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结构陶瓷磨削机理与热特性分析

沈剑云  
【摘要】:结构陶瓷材料因其优异的机械、热学等性能而被广泛应用于各个 工业领域,显示出优良的适应性和广阔的应用前景。而陶瓷材料的难 加工性使其磨削加工成本居高不下,对其磨削加工机理和先进加工工 艺的研究一直是行业的热点课题。磨削温度直接影响砂轮寿命和工件 加工质量,是磨削加工领域研究加工过程及其本质的重点。在结构陶 瓷材料的磨削过程中,磨削温度可能造成金刚石磨粒石墨化、工件表 面残余应力等各种形式的热损伤,从而严重影响金刚石砂轮的寿命和 结构陶瓷零件的使用性能。 本论文研究了不同材料性能的结构陶瓷材料在不同磨削方式情况 下的磨削机理和磨削温度特征及磨削过程中的磨削热传输特性,通过 对磨削过程中磨削热的产生和传递机制的分析,有针对性地采取增强 冷却和润滑作用的磨削热抑制实验研究。通过对理论解析和实验结果 的分析,探讨结构陶瓷磨削过程中磨削热的产生和传输特性以及有效 解决磨削热造成工件或者砂轮热损伤问题的手段。 研究结果表明,结构陶瓷磨削过程中材料以塑性变形和脆性断裂 两种方式去除,而大部分磨削能量是消耗于金刚石磨粒与工件间的塑 性滑擦耕犁过程,因此在较小的单颗磨粒切削厚度条件下和磨削延性 相对较好的陶瓷材料时磨削比能较高,高的磨削比能使其必须消耗更 多的磨削能量,并在磨削弧区砂轮与工件的接触界面上转化为磨削热, 而结构陶瓷材料导热性能差和金刚石磨料 良好的热特性使得磨削热传 入工件的比例降低,更多的磨削热通过金刚石磨粒来传递使得磨粒点 上的温度大幅上升,并可能导致金刚石磨料热损伤及因树脂结合剂软 化而产生非正常脱落;通过运用内 冷却方式可以使冷却液 更充分地进 入磨削弧区从而带走更多的磨削热而起到更有效的冷却作用,降低磨 削温度;而通过施加润滑剂可以减少磨具 表面上金刚石磨粒塑性滑擦 耕犁工件过程中两者间的摩擦作用,从而降低了磨削过程中能量消耗, 达到了抑制磨削热的目的。


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