硬脆材料磨削特点共40页文档
硬脆材料切削加工特性分析研究
硬脆材料切削加工特性分析研究近年来，随着科学技术的不断发展，工业制造领域中的材料加工也得到了极大的发展。
硬脆材料是其中一类重要的工程材料，其硬度高、脆性大的特点使得其加工变得更加具有挑战性。
本文将对硬脆材料切削加工特性进行深入分析研究。
一、硬脆材料的切削加工难点硬脆材料的切削加工由于其硬度高和脆性大的特点，使得其在加工过程中容易产生裂纹和断裂。
这种高难度的加工需求使得对硬脆材料的加工技术提出了更高的要求。
1.1 硬脆材料的特性硬脆材料的硬度高，常见的硬脆材料有氧化铝、碳化硅等。
其硬度为金属材料的几倍甚至几十倍，因此很难通过传统的金属切削工具进行加工。
同时，硬脆材料的脆性也非常大，对应力的承受能力较低。
因此，在切削加工时容易出现断裂和损坏的情况。
1.2 切削加工难题硬脆材料的切削加工过程中，容易出现一些难题。
例如，由于硬脆材料表面的硬度高，切削工具很容易磨损，导致切削效果下降，进而影响加工质量。
此外，硬脆材料的断裂风险较大，需要考虑如何减小应力集中、降低裂纹的产生。
二、硬脆材料切削加工分析为了解决硬脆材料切削加工过程中的难题，研究人员通过各种手段进行了深入的分析，以下将从切削效果、切削机理以及加工参数等方面进行分析。
2.1 切削效果分析硬脆材料的切削效果是评估加工质量的重要指标之一。
在硬脆材料切削过程中，切屑的形态、加工表面的光洁度等均会对切削效果产生影响。
研究人员通过实验观察和表面分析等手段，分析切削效果与切削刃的形状、切削速度、进给速度等因素之间的关联。
2.2 切削机理分析硬脆材料的切削机理是指硬脆材料在切削过程中物质的去向和能量的转化规律。
常见的切削机理有破碎型切削、切削溶熔、塑性变形等。
通过对切削机理的深入研究，可以优化切削工具的设计和加工工艺的控制，提高切削加工的效率和质量。
2.3 加工参数分析加工参数是切削加工过程中的重要因素，包括切削速度、进给速度、切削深度等。
研究表明，合理的加工参数选择对硬脆材料的切削加工效果具有重要的影响。
硬脆材料精密磨削的磨削力及表面质量测试与分析实验
硬脆材料精密磨削的磨削力及表面质量测试与分析实验硬脆材料精密磨削的磨削力及表面质量测试与分析实验一、实验目的了解硬脆材料精密磨削加工方法以及磨削过程中磨削力的变化特点；了解磨削后表面质量测试分析方法；了解相关测试分析仪器（Kistler、SEM、AFM、Leica）的工作原理、功能及使用方法。
二、磨削力测试磨削(Grinding)是一种精密加工方法，能获得很高的加工精度和表面粗糙度。
对于当今的高温结构陶瓷、钛合金、高温合金、超高强度钢等难加工材料而言，磨削是一种非常有效的加工方法。
高温结构陶瓷属于一种典型的硬脆材料，其性能主要有：硬度比金属高一倍多，具有好的耐磨性；高温结构陶瓷的脆性高，受到外力作用下容易发生断裂；在1200~1500℃的高温下能保持较高的强度，具有良好的抗热冲击性；高温结构陶瓷的导热性较差，热膨胀系数小；高温结构陶瓷的密度仅为普通钢材的二分之一至三分之一；高温结构陶瓷的弹性模量比金属高的多，受力后弹性变形小。
由于高温结构陶瓷的脆硬性，通常用超硬磨料磨具进行精密与超精密加工。
其磨削过程中磨削力比较大、磨削比小、砂轮磨耗量大、表面质量不易控制导致生产率低。
1、实验原理及设备磨削力是研究磨削现象的一个重要参数，磨削力测量和采集是磨削实验中重要内容，需要使用测力仪和采集软件。
测量磨削力的设备使用瑞士生产的KISTLER9257BA三坐标测力仪，采集磨削力的软件采用DYSLAB软件。
KISTLER9257BA三坐标测力设备原理：利用压电陶瓷原理，将微弱的由力产生的变形信号转换为电信号，根据事先标定的值得到力值。
测力仪在上面板和底板之间有四个三向力传感器，它们都不接地。
隔热层保护传感器不受外界温度影响。
将测力仪用管接头和控制单元设备5233A1连接构成了测力系统(图1) 。
2、检测软件DASYLab是一个集数据采集、过程控制及数据分析于一体的软件系统。
在DASYLab中，通过选择和任意摆放模块元素，并且把鼠标把这些模块元素连接起来，能够直接在屏幕上对测量、过程控制或者仿真任务进行设置。
硬脆材料切削机理研究
硬脆材料切削机理研究切削是一种常见且重要的材料加工方式。
在切削过程中，机械工具通过对工件的物质进行削减或磨削，来达到所需的形状和尺寸。
而硬脆材料的切削则是具有一定挑战性的。
硬脆材料一般具有高硬度和易脆的特点，比如玻璃、陶瓷以及硬质合金等。
针对硬脆材料的切削机理研究，有助于改善切削过程中的切削效率和加工质量。
首先，了解硬脆材料的切削特性是研究其切削机理的基础。
硬脆材料一般具有高硬度，这意味着它们较难被切削工具削减。
此外，硬脆材料容易产生裂纹和破碎，这增加了切削过程中的难度。
在切削过程中，切削力会集中在刀具与工件的接触面上，因此容易引起应力集中，从而导致裂纹的产生和扩展。
这种易脆性使硬脆材料的切削过程更加困难。
其次，切削力的研究是探究硬脆材料切削机理的关键。
切削力是指切削过程中施加在刀具上的力量，它的大小和方向对切削质量和切削效率都有影响。
在硬脆材料切削过程中，切削力往往较大且非均匀分布，这与硬脆材料的高硬度和易脆性有关。
研究切削力的变化规律，可以帮助我们了解硬脆材料的切削机理并优化切削过程。
此外，切削工具的设计也是硬脆材料切削机理研究的重要方面。
常见的切削工具包括硬质合金刀具和多晶立方氮化硼（PCBN）刀具等。
硬质合金刀具由金属粉末和粘结剂混合制成，具有优秀的耐磨性和抗断裂性能。
PCBN刀具则由多晶立方氮化硼制成，硬度和耐磨性都比硬质合金刀具更高。
通过优化切削工具的设计，可以改善硬脆材料的切削效率和切削质量。
另外，研究表面质量和切削温度等因素也对硬脆材料切削机理的研究有所裨益。
硬脆材料的切削过程容易造成表面质量的恶化，例如产生毛刺、裂纹等。
因此，提高硬脆材料的表面质量是切削机理研究中的一个重要问题。
此外，在切削过程中，由于切削力的存在，会产生大量的热量。
这些热量会导致切削温度升高，从而影响切削质量和刀具的寿命。
因此，研究切削温度的变化规律有助于优化切削工艺参数和选择合适的切削液。
总之，硬脆材料的切削机理研究对于改善切削效率和加工质量具有重要意义。
硬脆材料的延性磨削技术
硬脆材料的延性磨削技术1.概述随着现代高新技术的发展，具有优良性能的硬脆材料的加工已成为普遍关注的新焦点。
硬脆材料在电子、光学、仪器仪表、航天航空、民用等行业用来制造高技产品的前景十分广阔。
如大规模集成电路基片的加工，要求具有极小的不平度和极低的表面粗糙度，且加工表面应无杂质和缺陷。
但是先进陶瓷、单晶硅、人工晶体、红蓝宝石、石材等硬脆材料在传统的材料去除方式下不能达到要求。
由于靠脆性断裂来去除材料引起表面损伤。
硬脆材料的压印实验证明：即使是硬脆材料，在很小的载荷作用下，仍会产生一定的塑性变形，基于“压痕断裂模型”的理论分析，磨粒的切削深度小于临界切削深度时。
可以实现硬脆性材料的延性磨削加工。
1980年代前半期，欧美等国的研究人员以切削方面的超精密切削加工为基础，提出了脆性材料的延性方式磨削。
延性磨削加工是指在一定条件下，玻璃和陶瓷等脆性材料能用金刚石砂轮，在塑性方式下加工，产生无裂纹无缺陷的表面。
这种加工称为延性磨削加工技术。
主要是针对脆性材料而言，致力于追求无损伤的磨削。
切屑的形成与磨削金属等塑性材料类似，磨削后表面和亚表面不产生裂纹，是一种损伤极小的磨削方式。
这对于复杂且高精度的光学零件和陶瓷零件的加工具有很重要的意义。
2 延性磨削技术的机理2.1 延性转变的可行性(1)现象分析硬脆材料的延性域加工思想来源于压痕和研磨等过程中出现的现象:当采用尖锐压头(磨粒)压入玻璃等硬脆材料表面时，压应力的作用使压头正下方的试件材料发生不可逆的塑性流动，如果压头载荷足够小，就不会出现脆性断裂;采用微细粒度的磨粒对玻璃等硬脆材料进行研磨时，如果磨粒的切深足够浅，所生成的沟槽非常光滑，类似于研磨塑性材料时所生成的沟槽;对磨粒进行破碎时，磨粒尺寸越小，将磨粒磨碎越困难。
这些现象使人们认识到在硬脆材料加工时，存在着“尺寸效应”，当材料的去除体积极小时，即使对玻璃等硬脆材料，塑性变形将先于脆性断裂发生。
因此，不产生脆性裂纹的、低损伤的硬脆材料加工是可能的。
硬脆材料的elid精密镜面磨削机理和技术的研究
硬脆材料的elid精密镜面磨削机理和技术的研究硬脆材料的ELID精密镜面磨削机理和技术的研究一、引言硬脆材料的磨削一直以来都是制约高精度加工的瓶颈之一。
传统的研磨技术在处理硬脆材料时容易产生较大的划痕和组织损伤，严重影响了工件的表面质量和性能。
近年来，电解抛光镜面磨削（ELID）技术在硬脆材料加工领域得到了广泛应用，具有磨削精度高、表面质量良好以及工件材料损伤小的优点。
本文将从机理和技术两个方面探讨硬脆材料的ELID精密镜面磨削。
二、ELID精密镜面磨削机理1. 基本原理ELID精密镜面磨削是在研磨过程中通过在磨粒、砂轮和工件间施加低电压直流电进行电化学反应，从而实现对硬脆材料表面的精密磨削。
磨削过程中，磨粒、砂轮和工件形成一个电解质层，该电解质层能够加速磨削产物的去除、减小热量的输送并改善磨削表面的质量。
2. 电化学反应机理ELID精密镜面磨削的关键在于砂轮表面形成了一层硬脆材料的致密抛光层。
这是通过电化学反应实现的，其中砂轮表面的氧化层在电解质中发生电离，生成OH-离子和氧化铁或氧化铁的混合物，进而与硬脆材料的表面发生反应形成致密抛光层。
3. ELID电解质的选择ELID磨削中的电解质是影响磨削效果的一个重要因素。
常用的电解质有硫酸、硝酸及其混合物等。
不同的电解质对于磨削表面的质量、磨削速度和电解质的消耗等方面都有影响。
三、ELID精密镜面磨削技术1. 砂轮制备技术ELID磨削中的砂轮具有较高的表面质量，其制备技术对于磨削效果和表面质量具有重要影响。
常见的砂轮制备技术包括经典ELID制备技术和局部ELID制备技术。
2. 加工参数优化不同硬脆材料的ELID精密镜面磨削过程中，加工参数的优化是关键。
加工参数包括电流密度、砂轮粒度、进给速度等，这些参数会直接影响砂轮磨削效率、磨粒尺寸和表面质量。
3. 先进监测技术ELID精密镜面磨削过程中的质量控制是确保加工效果的关键。
随着先进监测技术的发展，通过磨削力、磨削声音、表面温度等多参数监测，可以及时调整磨削参数，提高加工效率和表面质量。
硬脆材料端面微磨削的磨削力及试验研究
硬脆材料端面微磨削的磨削力及试验研究王克军;刘璇;李辉;王力影【摘要】端面微磨削对于加工硬脆材料具有显著的优势.磨削力是磨削机理研究的主要参数之一.本文基于微磨削的特点和逆磨与顺磨的不同,建立了磨削力模型.采用石英玻璃对端面微磨削进行实验研究.通过实验数据对理论模型参数值进行确定,完善并修正磨削力模型.通过实验测得的数据验证磨削力理论模型的正确性,并分析误差产生的原因.%Micro end grinding has significant advantages for processing hard and brittle materials.Grinding forces are important characteristic parameters of micro grinding mechanism research.A theoretical model of the grinding force is built which considers micro grinding characteristics and the differences between up grinding and down grinding.The silica glass is used for grinding experiment research.Through the experiment data, parameter values of the theoretical model can be determined, and the grinding force model can be perfected.The experimental data verifies the theoretical model of grinding force and the error is analyzed.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(000)029【总页数】5页(P212-216)【关键词】端面微磨削;磨削力;顺磨;逆磨【作者】王克军;刘璇;李辉;王力影【作者单位】河北工业大学机械工程学院,天津 300130;河北工业大学机械工程学院,天津 300130;河北工业大学机械工程学院,天津 300130;河北工业大学机械工程学院,天津 300130【正文语种】中文【中图分类】TG580.61微磨削技术采用磨头直径小于1 mm的微砂轮，加工尺寸在1 mm以下，加工精度在0.01～0.001 mm的零件，根据所需工件形貌对材料进行机械去除，尤其适用于加工脆硬材料微型零件[1]。
硬脆材料椭圆超声振动磨削的脆塑性转变行为研究(2015上海)
0 am ym p
xm vw tm _1 xm , ym em 0 e10 ym
0 am ym p
t1 m 1 rs vw
Y coordinate values (μm)
t1 m 1 rs vw
15
10
侵彻深度
Scratch groove Scratch direction
c
h
Inelastic zone
d
r
s
b
y
b
x
z
2015/12/7
机械与运载工程学院 工程力学系
6/25
2015中国力学大会
二 主要研究工作
主要研究工作 3、进行了难加工材料40Cr的单颗磨粒高速磨削仿真研究，主要分析 了工件残余应力分布情况，仿真结果可以为揭示脆性材料高速磨削热 力耦合效应以及材料去除机制提供科学依据。( International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2014, DOI 10.1007/s00170014-6128-5 )
(增大vw会使单颗磨粒的侵彻深度增大)
40 38 35 38 28 25 4
42 40
40 38 36 34 32 30 28 4.9 SSD vs. SR fit curve (vw=0.5m/s)
SSD vs. SR fit curve (vw=0.4m/s)
4.2
4.4
4.6 4.8 SR(μm)
图4.1 工件速度对SR及SSD的影响
表4.1 工件速度对SR/SSD拟合结果的影响
②SSD可以较好地用SR的二次多项式进行拟合 ③vw 越小，拟合精度越高
磨削加工技术演示文稿
2. 砂轮的特性及选用
3）磨料粒度
取决于加工表面的粗糙度
以刚能通过的那一号筛网的网号来表示磨料的粒度。
微粉的粒度号：磨粒的直径＜63um时，用磨粒最大尺寸表
示。如W20表示磨粒的直径在20～14um。
粗磨用粗粒度,精磨用细粒度;当工件材料软，塑性大, 磨削面积大时，采用粗粒度，以免堵塞砂轮烧伤工件 。
万能型外圆磨床加工各种典型表面时，机床各部件的相 对位置关系和所需要的各种运动：
磨外圆砂轮的旋转运动N砂；磨内孔砂轮的旋转运 动N内；工件旋转运动N周；工件纵向往复运动F纵；砂 轮横向进给运动f横（往复纵磨时是周期的间歇运动；切
入磨削时 是连续进给运动）。此外，机床还有两个辅助 运动：砂轮架的横向快速进退运动；尾架套筒的伸缩移 动。
疏松组织 不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨平面 、内圆等接触面积较大时，磨削热敏感性强的材料或薄件 。
第十四页，共46页。
3. 砂轮的型号、代号、标记和尺寸
形状—尺寸—磨料—粒度号—硬度—组织号—结合剂— 最高线速度
形状
白刚玉 硬度 结合剂
例： P300×30×75WA60L6V35
外径×厚度×内径
④精密磨中的精细修整等。
常用修整工具是单颗粒金刚石。
第十七页，特征
1）磨粒在砂轮工作表面上是 随机分布的； 2）每一颗磨粒的形状和大小 都是不规则的。
第十八页，共46页。
三、磨削过程
1.砂轮工作表面的形貌特征
第十九页，共46页。
三、磨削过程
2. 磨屑的形成过程
硬度中软2 60号粒度 磨料（棕刚玉） 内径d＝60mm 厚度H＝40mm 外径D＝400mm
形状代号薄片