精密加工硬脆材(cái)料的常用方法
硬脆材料(如工程陶瓷、光學玻璃、藍寶石、單晶矽、碳化矽、硬質合金等)因其高(gāo)硬度、高脆性、耐磨耐腐蝕等優異(yì)性能,廣泛應用於航空(kōng)航(háng)天、半導體、光學、醫(yī)療器械等領域。但其加(jiā)工難度大,易產生裂紋和崩邊。常用的精密加工方法主要包括:
磨削:
原理:使用金剛石或CBN等高硬度(dù)磨(mó)粒的砂輪進(jìn)行微量去除。
特點:應用最廣泛,可達到較高的形狀精度和表麵光潔度。包括平麵磨削、外圓磨削(xuē)、內圓磨削、無心(xīn)磨削等。
關鍵:需(xū)要高剛(gāng)度機床、高精度主軸、合適的砂輪(粒度、結合劑、濃度)和冷卻液(yè)(通常為水基,有時需添加劑)。常采用精密/超精密磨削技術。
研磨:
原理:工件與研磨盤(鑄鐵、錫、銅等軟金屬或複合材料)之間加入遊離的磨料(金剛石(shí)、碳化硼、氧化鋁(lǚ)等)和研磨(mó)液,在相對運動下進行微量去除(chú)和表麵修整。
特點:主要用於獲得高平麵度、低表麵粗糙度,或為拋光做(zuò)準備。效率相對磨削較低。
形式:雙麵研磨、單麵研磨。
拋光:
原(yuán)理:使用更細的(de)磨料(微米級或亞微(wēi)米級,如金剛石、氧化鈰、氧化鋁懸浮液(yè))和更軟的拋光盤(瀝青(qīng)、聚氨酯、絨布等),通過機械、化學(xué)或化(huà)學機械作用去除極(jí)微量的材(cái)料(liào),獲得超光滑(huá)、無損傷表麵。
特點:加(jiā)工去除率最低,但能達到最高的表麵光潔度和最低的表麵/亞表麵損傷。是獲得光學(xué)表麵的關鍵工序。
形式(shì):機械拋光、化(huà)學機(jī)械拋光、磁流變拋光、離子束(shù)拋光等。
激光加工:
原(yuán)理:利用高能量密度激光束照射材(cái)料,通過熱效應(熔化、氣(qì)化)或光化學效應(冷加工,如紫外激光)去除材料。
特點:非接觸式加工,無刀具(jù)磨損,可加工複雜形狀和微小結構(鑽孔(kǒng)、切割、刻蝕、表麵處理)。熱影響區控製和裂紋抑製是關鍵挑戰(zhàn)。超短脈衝激光(皮秒、飛秒)在減少熱損傷方(fāng)麵優(yōu)勢顯著。
應用:精密打孔、精(jīng)密切割、微結構(gòu)加工、表麵織構化。
超聲加工:
原理:工具(jù)頭(通常為軟金屬)在超聲頻率下(>20kHz)高頻振動(dòng),驅動工具頭與工件之間的磨料懸浮液(yè)(碳化(huà)硼、金剛石等)衝擊材料表麵實現微量去除。
特點:特別適合加工高硬度、高脆性的絕緣材料,加工力小,不(bú)易產生裂紋和熱影響區。可加工複雜形(xíng)狀孔和型腔。
應(yīng)用:精密打(dǎ)孔(尤其(qí)異形孔)、型腔(qiāng)加工、雕刻。
電火花加工:
原理:利用工具(jù)電極和工件電極之間脈衝(chōng)放電產生(shēng)的瞬時高(gāo)溫蝕除材料。要(yào)求工件材料具有導電性。
特點:非接觸式,加工力極(jí)小,可加工複雜形狀和微小結構(gòu),不受材料(liào)硬(yìng)度限製。
應用:主要用於加工導電的硬脆材料(如硬(yìng)質合(hé)金、金屬陶瓷、導電陶瓷)的模具、異形孔、微細結構。
注(zhù)意:純絕緣的硬脆材料(如(rú)氧化鋁陶瓷、玻璃)不能直接用EDM加工,但可通過輔助電極法或導電(diàn)化處理實(shí)現。
複合加工:
原理:結合兩種或多種上述(shù)加(jiā)工方法的優勢,克服單一(yī)方法的局限性。
常見組合:
超聲輔助磨削/研磨/拋光:利用超聲振動提高材料去除率、降低加工力、減少砂輪堵塞、改善表麵質量。
激光(guāng)輔助加工:用激光局(jú)部軟化材料,降低其硬度和脆性,再結合(hé)機械加工(如車削、磨削),提高加工效率和表麵(miàn)質量。
電解輔助加工:主要用於導電硬脆材料,結合電解作用和機械作用(如電解磨削)。
選擇哪種(zhǒng)方法取決於:
材料的具體種類和性質(硬度、脆性(xìng)、導電性)
加(jiā)工目標(形狀精度、尺寸精(jīng)度、表麵粗糙度、表麵完整性/亞表麵損傷)
加工效率(lǜ)要求
成本考量
工件幾何形狀和尺寸
在實(shí)際生產中,往往需要多種方法組合使用(例如:粗磨->精磨->研磨->拋光)。
精密(mì)加工硬脆材料的常用方法
06-05-2025
