可加工陶瓷机械加工工艺探讨

摘要：主要研究可加工陶瓷机械加工工艺，对可加工玻璃陶瓷、可加工氧化物陶瓷可加工非氧化物陶瓷三种材料进行了介绍，并提出了一套基于可加工陶瓷加工正交实验数据的优选加工参数方案，对提高可加工机械加工性能，减缓刀具磨损，减少零件崩裂都有着明显的效果。

关键词：可加工陶瓷；机械加工

可加工陶瓷是常温下使用普通金属切削刀具就能够加工出一定形状精度表面质量的陶瓷材料，按照材料成分划分主要有云母玻璃陶瓷、非氧化物陶瓷以及氧化物可加工陶瓷等，关于可加工陶瓷材料去除机理以及弱界面和材料缺陷作用形式、制备工艺等问题是当前可加工陶瓷机械加工工艺的重点内容，对可加工陶瓷在航空航天以及工程领域中的广泛应用有着重要意义。

1.可加工陶瓷

1.1可加工玻璃陶瓷

云母玻璃陶瓷材料有着特殊的电性能和良好的生物活性，在航空航天、电子以及生物医学领域都有着广泛的应用，最常见的是氟金云母相结构，通过生产工艺和组分控制，能够在玻璃基体中随机析出大长径比针状或者层云母晶体结构，外载荷作用下，裂缝沿着云母晶体薄弱面传播，耗散裂纹扩展能量，材料有可加工性。

1.2可加工氧化物陶瓷

可加工稀土磷酸盐和氧化物陶瓷化学相容性十分理想，其氧化物和磷酸盐晶粒之间弱界面之间形成并连接的微裂纹是其可加工性的主要来源。比较常见的稀土氧化物陶瓷材料使用普通金属刀具就能够实现加工。

1.3可加工非氧化物陶瓷

先进已经研制开发的非氧化物陶瓷已经比较丰富，包括复相陶瓷、多孔陶瓷等。其中使用原位制备方法制备的含钇铝石榴石复相陶瓷剪裁纤维结构包含长晶粒、弱界面和热膨胀失配高内应力，形成了松散连接层片状结构，若见面容易产生主应力迹线偏转，能够避免产生宏观裂缝，断裂模式以沿晶断裂为主。

2.加工工艺

刀尖轨迹法是最常用的一种可加工陶瓷加工方法：

2.1刀具材料、切削角度

可加工陶瓷材料都有着很大硬度，使用普通刀具加工会造成刀具的过快磨损，机械加工性能很差，零件尺寸一致性很差，加工表面有很大锥度，零件容易崩裂。为了避免加工破坏，提高加工精度，有必要研究陶瓷切削刀具材料与切削工艺。通过长期试验，发现硬质合金刀允许切削最大速度是高速钢刀具的3倍，因此在相同加工条件下，钻削可加工陶瓷，硬质合金钢刀具的磨损要比高速钢刀具小很多，所以硬质合金钢刀具加工可加工陶瓷是比较理想的。

2.2切削参数

2.2.1切削速度

切削可加工玻璃陶瓷应该尽量降低切削速度，控制在铸铁切削速度的一半即可，通过降低切削速度来减缓刀具和零件发热，减少加工避免出现明显的裂纹，允许的最大切削速度通常都调整在45.72m/min，可加工陶瓷材料正交试验中，可优选参数主要有：粗车外圆切削速度15m/min，精车外圆需要进一步调低速度，取10m/min，采用这套加工参数能够保证相当的加工效率，同时减少零件报废率和刀具的磨损。

2.2.2进给量

进给量是影响零件表面加工精度的主要因素。进给量需要选择一个较小的取值，保证表面加工质量。切削可加工陶瓷材料，进给量超过0.228mm/r就会造成陶瓷表面严重的破裂。通过正交试验，有优选参数如下：

粗车外圈，进给量控制在0.15m/r左右，精车外圆时加工精度很高，进给量进一步取小，调整到0.06mm/r。

2.2.3切割深度

切割深度不会明显影响加工质量和刀具耐用度，切削加工玻璃陶瓷切削深度最大可达6.35mm，正交试验获得的优选参数如下：

粗车外圆切削深度控制在1.5-4mm；精车外圆，切削深度取值需要适当降低，调整在0.02-0.1mm范围内比较合理。

2.3表面粗糙度控制

根据硬质合金刀具加工可加工陶瓷材料的试验，建立表面粗糙度理论模型：

根据该模型，表明进给量f对加工表面粗糙度起到主要影响，切削深度、切削速度也会对加工表面粗糙度产生一定影响。使用表面粗糙度评价可加工陶瓷材料的可加工性时，上式则表明进给量f是影响可加工陶瓷材料可加工性能最关键的因素，其次分别为切削深度和切削速度。

2.4冷却

可加工陶瓷的热导率不高，而切削过程会产生很大的切削热，散发相对困难，容易造成零件的崩裂破碎，同时也会导致刀具在短时间内温度上升，降低了刀具的切削能力，所以采取有效的冷却措施是十分必要的。

3.结束语

可加工陶瓷是一种新型的高强度材料，采用传统的金属切削刀具、参数会加剧刀具的磨损，加工精度和成材率也难以保障。确定可加工陶瓷机械加工工艺需要对各种影响因素进行综合考虑，通过正交试验获得多方最优解，才能全面提高可加工陶瓷机械加工水平。

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