工程陶瓷激光诱导变质湿式磨削加工方法技术

本发明专利技术涉及一种工程陶瓷材料激光诱导变质湿式磨削加工方法，一种工程陶瓷材料激光诱导变质湿式磨削加工方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1、采用Nd:YAG激光在无辅助气体条件下对工程陶瓷零件表面进行辐射，预先诱导工程陶瓷表面出现初始变质层；步骤2、在所述工程陶瓷零件表面产生变质层后，再进行精密湿式磨削加工，其中，选用水基冷却液，供液压力为6MPa，砂轮线速度60m/s，磨削深度1.5mm，进给速度2.0m/min。应用本发明专利技术方法可获得无裂纹、无熔凝变质层、低粗糙度的高质量加工表面，将大幅提高陶瓷材料的可加工性，与工程陶瓷传统磨削加工相比，允许使用较大的磨削深度进行加工。为工程陶瓷等硬脆难加工材料提供一种新的加工方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种工程陶瓷材料激光诱导变质湿式磨削加工方法，一种工程陶瓷材料激光诱导变质湿式磨削加工方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1、采用Nd:YAG激光在无辅助气体条件下对工程陶瓷零件表面进行辐射，预先诱导工程陶瓷表面出现初始变质层；步骤2、在所述工程陶瓷零件表面产生变质层后，再进行精密湿式磨削加工，其中，选用水基冷却液，供液压力为6MPa，砂轮线速度60m/s，磨削深度1.5mm，进给速度2.0m/min。应用本专利技术方法可获得无裂纹、无熔凝变质层、低粗糙度的高质量加工表面，将大幅提高陶瓷材料的可加工性，与工程陶瓷传统磨削加工相比，允许使用较大的磨削深度进行加工。为工程陶瓷等硬脆难加工材料提供一种新的加工方法。【专利说明】
本专利技术涉及一种磨削加工方法，尤其涉及一种工程陶瓷激光诱导变质磨削的加工方法。
技术介绍
工程陶瓷以其诸多优越性能，如高硬度、高抗压强度、优异的耐磨性和耐腐蚀性、高温下强度保持不变以及低密度和低热膨胀系数，在航空航天、电子电器、汽车以及制造领域的应用日益广泛。目前，它广泛应用于航天机械的喷嘴、发动机的耐高温部件、陶瓷刀具、电子元器件、机械行业基础瓷件，矿山冶金系统工程陶瓷部件、实验仪器等。但是工程陶瓷难以采用传统的车、铣等方法进行加工，目前主要采用金刚石砂轮磨削，存在加工效率低、金刚石砂轮消耗大、制造成本高(几乎占陶瓷零件成本的75%以上)等问题。其加工难问题主要体现在以下两个方面: 一是加工质量差。工程陶瓷材料的脆性大，热抗震性差，对加工过程中的力和热影响非常敏感，工件容易产生崩碎性破坏和热裂纹；二是加工效率低，成本高。工程陶瓷材料的强度和硬度高，加工过程产生很大的磨削力，砂轮磨损严重。由此可见，改善加工质量和提高加工效率是工程陶瓷加工过程中亟待解决的问题。目前，对工程陶瓷材料的加工方法除了金刚石砂轮磨削加工以外，还包括采用光、电、声、化学、离子弧等能量的特种加工，主要包括激光加工、辅助加热加工、电火花加工、超声辅助加工、化学辅助加工、等离子弧加工、水射流加工等。尤其是激光辅助加热技术现已成为改善工程陶瓷材料加工性能的一种新的途径。但现有技术，往往关注如何防止激光诱导或磨削过程中产生的损伤变质层，从而获得相对平坦的加工平面。例如，2013年7月10日公开的，申请号为201310092938.6的专利公开了一种“移动激光焦点诱导的脉冲微弧放电方法及其应用”;例如，2007年5月9日公开的，申请号为200610134249.7的专利公开了一种“一种硬脆晶体基片的无损伤磨削方法”。但现有技术从未研究过如何利用激光诱导或磨削过程中产生的变质层，从而辅助完成超硬材料的加工。由于变质层与工程陶瓷基体在物理、力学性能上呈现出完全不同的表现，在陶瓷零件的使用过程中易产生裂纹和脱落，导致陶瓷表面的抗磨损性能降低，抗疲劳性能下降，从而大幅降低陶瓷零件的使用寿命和工作可靠性。目前在国内尚无人对工程陶瓷激光诱导变质湿式磨削加工进行研究，因此深入系统地研究如何采用激光诱导变质湿式磨削加工技术实现工程陶瓷的低成本高质量加工，是工程陶瓷加工研究中值得探讨的一个重要技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种工程陶瓷材料激光诱导变质湿式磨削加工方法，应用该方法可获得无裂纹、无熔凝变质层、低粗糙度的高质量加工表面，将大幅提高工程陶瓷材料的可加工性，与工程陶瓷传统磨削加工相比，允许使用较大的磨削深度进行加工。本专利技术的技术解决方案是提供一种工程陶瓷材料激光诱导变质湿式磨削加工方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: 步骤1、采用Nd:YAG激光在无辅助气体条件下对工程陶瓷零件表面进行辐射，预先诱导工程陶瓷表面出现初始变质层； 其中:激光诱导变质方法条件:a.激光输出功率:15W-50W ；b.光斑直径:0.2mm~0.5mm ;c.重复频率:50KHz_100KHz ；d.扫描速度:50mm/min-200mm/min ； 步骤2、在所述工程陶瓷零件表面产生初始变质层后，再进行精密湿式磨削加工，其中，选用水基冷却液，供液压力为6MPa，砂轮线速度60m/s，磨削深度1.5mm，工件进给速度2.0m/mino优选地，所述激光诱导变质方法条件为:激光输出功率:20W，光斑直径:0.3mm,重复频率:60KHz,扫描速度:50mm/min。优选地，所述激光诱导变质方法条件为:激光输出功率:30W，光斑直径:0.4mm,重复频率:80KHz,扫描速度:150mm/min。优选地，所述激光诱导变质方法条件为:激光输出功率:50W，光斑直径:0.3mm，重复频率:90KHz，扫描速度:200mm/min。本专利技术的有益效果是: 1、本专利技术所述的激光诱导变质技术应用于工程陶瓷的加工能极大地提高工程陶瓷的加工效率、降低加工成本，并能得到高的表面质量； 2、本专利技术中，激光输出功率增加，采用较小的光斑直径，提高重复频率，采用较小的扫描速度等方法可以使激光诱导变质湿式磨削加工过程磨削力减小，比磨削能增加，加工表面塑性去除痕迹增多。但是当激光输出功率过高,光斑直径过小、重复频率过高、扫描速度过低时，加工表面反而出现较多的微裂纹和熔融层，这是变质层扩展深度超过磨削深度的缘故，结果导致了加工表面恶化。3、在本专利技术中，激光诱导变质湿式磨削加工过程中采用较小的光斑直径，会有效降低激光诱导变质湿式磨削加工中的磨削力，有利于加工表面质量的提高。激光光斑直径为0.3mm-0.4mm时的磨削表面加工质量最好。4、本专利技术中，提高重复频率，能提高工件被辐照范围内激光辐照区域温度，从而有效地使待去除材料吸收热量而得到分布理想的变质层，降低其强度，降低磨削力和砂轮磨损状况，改善加工条件。试验发现在其他条件相同的情况下，重复频率为60KHz-90KHz时的磨削表面加工质量最好。5、本专利技术中，激光诱导变质湿式磨削加工过程中采用较小的扫描速度，会有效降低激光诱导变质湿式磨削加工中的磨削力，有利于加工表面质量的提高。扫描速度为50_/min-200mm/min时的磨削表面加工质量最好。【专利附图】【附图说明】图1是氮化硅激光诱导变质层表面型貌图； 图2是99%氧化铝激光诱导变质层表面型貌图； 图3是氧化锆激光诱导变质层表面型貌图； 图4是氮化硅激光诱导变质层磨削加工后表面型貌图； 图5是99%氧化铝激光诱导变质层磨削加工后表面型貌图； 图6是氧化锆激光诱导变质层磨削加工后表面型貌图； 图7是激光诱导装置示意图。其中:1 一 Nd:YAG激光器,2—第一反射镜,3—第二反射镜,4 一第三反射镜,5 —第四反射镜，6 一聚焦镜，7 一工程陶瓷工件。图8是磨削装置示意图，其中:8 —砂轮，9 —喷嘴，10 —激光诱导变质后工程陶瓷工件，11 一测力仪。【具体实施方式】以下将结合附图1-8对本专利技术做出进一步说明。现有的研究工作都集中于如何避免或尽可能减少加工过程中变质层的出现这一问题。鉴于变质层结构疏松、易于磨削去除，本专利技术采用逆向思维，提出主动引入变质层以提高工程陶瓷可加工性的新方法，即激光诱导变质湿式磨削加工方法，该方法具体包括以下步骤: 第一步，采用脉冲激光诱导工程陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工程陶瓷材料激光诱导变质湿式磨削加工方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1、采用Nd:YAG激光在无辅助气体条件下对工程陶瓷零件表面进行辐射，预先诱导工程陶瓷表面出现初始变质层；其中：激光诱导变质方法条件：a.激光输出功率：15W?50W；b.光斑直径：0.2mm?0.5mm；c.重复频率：50KHz?100KHz；d.扫描速度：50mm/min?200mm/min；步骤2、在所述工程陶瓷零件表面产生初始变质层后，再进行精密湿式磨削加工，其中，选用水基冷却液，供液压力为6MPa，砂轮线速度60m/s，磨削深度1.5mm，工件进给速度2.0m/min。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓红，安伟科，陈根余，邓朝晖，周志雄，
申请(专利权)人：湖南理工学院，
类型：发明
国别省市：