一种陶瓷切槽-推磨复合砂轮及其加工方法技术

本发明专利技术提出的一种陶瓷切槽‑推磨复合砂轮及其加工方法，复合砂轮包含两部分，第一部分为切槽砂轮，第二部分为推磨砂轮。本发明专利技术是针对工程陶瓷等硬脆材料进行切槽‑推磨复合式大余量平面高效去除加工，所使用的加工工具，其通过推磨砂轮在进给过程中对凸缘的推挤作用，利用陶瓷等硬脆材料裂纹极易扩展的特点，变坏事为好事，具有制造简单、成本低廉、加工效率高等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷切槽-推磨复合砂轮及其加工方法
本专利技术提出一种陶瓷切槽-推磨复合砂轮及其加工方法，特别涉及到基于裂纹扩展效应的切槽-推磨复合式平面工程陶瓷(如SiC、AL2O3、Si3N4、ZrO2、莫来石等)等硬脆材料大余量去除材料的方法。
技术介绍
当前，市场上用于磨削或切槽工程陶瓷等硬脆材料的砂轮种类繁多，按结合剂大致可分为陶瓷砂轮、金属砂轮、树脂砂轮以及电镀砂轮等，整体来讲，这些砂轮功能比较单一，或为专用于切槽的砂轮片，或为专用于磨削的金刚石砂轮、立方氮化硼砂轮等；且使用范围较广，既可以用于圆柱面陶瓷石料等的加工，也可以用于平面陶瓷等的加工。目前，树脂结合剂砂轮的热点集中于开发出新型酚醛树脂以提高该类砂轮的耐热性，金属结合剂砂轮的研究热点则集中于通过改善工艺以提高金属结合剂对金刚石磨料的把持力和修整能力，相比于前述的两种砂轮，陶瓷结合剂砂轮性能最为优越，其研究热点为改进工艺以降低烧结过程中的氧化现象，以及进一步提高使用性能等方面。基于裂纹扩展效应的陶瓷切槽-推磨复合式平面加工技术是近几年兴起的一种低成本高效率的陶瓷加工方式。装甲兵工程学院田欣利、王龙课题组对此展开了深入研究。该方法利用陶瓷材料在外载荷作用下裂纹极易扩展的特性实现材料的去除加工，具有低成本、高效率、设备简单、操作性强等特点，前期主要用该方法加工陶瓷外圆，后又发展成为一种陶瓷平面的粗加工技术。使用该技术加工陶瓷需要先切槽、后推磨，当前市场上尚无可同时实现这两种功能的砂轮。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种陶瓷切槽-推磨复合砂轮及其加工方法，此种集切槽、推磨两种功能于一体的复合砂轮，实现了切槽-推磨两道工序的合二为一，具有降低砂轮磨损、降低加工成本、提高加工效率、易于实现的特点，可进一步推动工程陶瓷的工程实际应用。一种陶瓷切槽-推磨复合砂轮，其包括推磨砂轮和切槽砂轮；其中，所述推磨砂轮由圆锥部分和柱体部分一体成型，圆锥部分的顶部为圆面，且圆锥体的圆锥角为45°；圆锥部分和柱体部分的外表面均镀有金刚石颗粒，粒度为90-110目；所述切槽砂轮外表面均镀有金刚石颗粒；所述推磨砂轮圆锥部分的圆面与切槽砂轮通过柄连接，柄的直径大于13mm，且推磨砂轮、柄和切槽砂轮三者通过六角螺栓固定。进一步的，利用上述的陶瓷切槽-推磨复合砂轮进行加工，内容为：通过切槽砂轮切槽，使切槽形成的凸缘在推磨砂轮后续的推挤作用下裂纹扩展，最终驱动裂纹联网破碎使凸缘去除。进一步的，上述基于裂纹扩展效应的陶瓷切槽-推磨复合砂轮加工方法，其包括以下步骤：步骤1，固定好硬脆材料平板，在硬脆材料平板上按加工需要利用切槽砂轮沿X方向加工出沟槽后自然形成第一道凸缘，设定凸缘高度为h、凸缘壁厚为b；步骤2，复合砂轮沿Y方向进给一个槽距l,再沿X方向加工出沟槽形成第二道凸缘；继续沿Y方向再行进给一个槽距l,并沿X向加工出沟槽形成第三道凸缘，按照此路径持续走刀，继续完成剩下的切槽和凸缘加工，直至完成最终的加工。效果较好的，l＝s-(n+1)b-n*ω(n＝0,1,2)，式中，s为复合砂轮柱面与圆锥面交界处至切槽砂轮的距离，ω为槽宽，n为0,1或2。效果较好的，b为2～5mm，h为1.5～6mm。效果较好的，所述陶瓷切槽-推磨复合砂轮的线速度>20m/秒，进给速度v为1.5mm/min～16mm/min。本专利技术的有益效果是：本专利技术是基于裂纹扩展效应的陶瓷切槽-推磨复合式平面加工方法具体实施的砂轮工具，提出一种集切槽、推磨两种功能于一体的复合砂轮，具有降低砂轮磨损、降低加工成本、提高加工效率、易于实现的特点。通过推磨砂轮在进给过程中对凸缘的推挤作用，利用陶瓷等硬脆材料裂纹极易扩展的特点，变坏事为好事，首先用复合砂轮切槽部分切槽沟槽，切槽过程中在凸缘表面和底部形成了许多微裂纹，然后位于中部的砂轮锥面在进给推挤作用下使裂纹扩展，最终驱动裂纹联网破碎使凸缘去除，最后位于砂轮后部的圆柱表面磨削残余表面。从而，减少砂轮磨损，降低加工成本。附图说明图1为推磨砂轮切槽砂轮与推磨砂轮上端面距离s、槽宽示意图；图2为凸缘厚度h和宽度b示意图；图3本专利技术实物图；图4a-c为本专利技术的加工方法原理示意图；具体实施方式下面通过具体的实施例及附图1-3以及图4a-c，对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明。本专利技术提出一种应用于基于裂纹扩展效应的工程陶瓷切槽-推磨复合式大余量平面去除加工方法的复合砂轮，是一项针对工程陶瓷等硬脆材料的较大余量粗加工方法加工工具，其特征在于，实现切槽-推磨两道工序合二为一，前部砂轮负责切槽，后部砂轮在推挤作用下使裂纹扩展，最终驱动裂纹联网破碎使凸缘去除，位于砂轮后部的圆周表面并磨削残余表面。所述的基于裂纹扩展效应的陶瓷切槽-推磨复合式平面加工方法，具体包括以下步骤：(1)在平面陶瓷工件上按加工需要采用金刚石砂轮片沿某一方向X加工平行的沟槽形成凸缘，凸缘高度为h、凸缘壁厚为b，如图1所示；为保证加工效果，凸缘高度h应大于1.5mm，当槽深较大时，可采用多次切槽进给的方式进行加工，为避免切削砂轮过度磨损而报废并考虑到施工安全，单次切槽深度h’必须小于6mm，而槽深太小又会影响加工效率，因此单次切槽时h’最佳值应为1.5mm～6mm之间；凸缘壁厚b应介于2mm-5mm之间；所述切削砂轮为常规的通用电镀金刚石砂轮片，使用时直接安装到复合砂轮上即可；(2)第一刀(指砂轮开始运动到完全切出第一道槽)走完以后，复合砂轮沿砂轮轴向进给一个距离l,再沿反方向加工出沟槽形成第一道。第二刀走完以后，沿砂轮轴向进给一个距离l,再沿原方向加工出沟槽形成第二道，按照此路径持续走刀。(3)用推磨砂轮进行单道凸缘的推磨(做径向进给运动)；推磨时，为保证加工的连续性，推磨砂轮以转速n(r/min)转动，砂轮圆锥端面接触凸缘，推磨砂轮推挤凸缘，对凸缘的作用力可以分解为垂直于凸缘的力Fv和Fh，去除凸缘主要依靠Fv.该步骤中所采用推磨砂轮为中部设有柄的柱状砂轮，为避免推磨时柄径向刚度不够而造成推磨砂轮的震颤，所述柄直径应大于13mm；该推磨砂轮的柱面和圆锥端面均镀有金刚石颗粒，粒度为100目左右，推磨砂轮的直径为100mm左右，为保证去除效果，推磨砂轮圆周磨粒的转动线速度应达到20m/s以上；同时，考虑推磨砂轮寿命和安全，并保证加工效果，所述速度v为1.5mm/min～16mm/min；该工序中，凸缘在推磨砂轮的磨削和推挤作用下大量去除，同时由于砂轮端面和外圆表面均有砂粒，所以在端面推挤凸缘的同时，外圆部分对已推挤表面进行磨削，使工件表面质量满足基本要求，整体加工过程如图4所示，包括切槽如图4a所示，锥面加工如图4b所示，柱面加工如图4c所示；其中，待加工陶瓷板标记为1、切槽砂轮标记为2、推磨砂轮标记为3。(4)通过合理设置l与b完成凸缘的去除，为保证去除效果，l与b应满足：l＝s-(n+1)b-n*ω(n＝0,1,2)，式中，s为复合砂轮柱面与圆锥面交界处至切槽砂轮的距离，ω为槽宽，如图1所示n为正整数，考虑实际b和s，n仅取0,1,2。(5)继续按照步骤(2)，继续完成切槽和加工凸缘。直至完成最终的加工。所述的工程陶瓷工件材料可包括氮化硅、氧化铝、氧化锆、碳化硅以及莫来石。本专利技术的主要原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷切槽‑推磨复合砂轮，其特征在于，包括推磨砂轮和切槽砂轮；其中，所述推磨砂轮由圆锥部分和柱体部分一体成型，圆锥部分的顶部为圆面，且圆锥体的圆锥角为45°；圆锥部分和柱体部分的外表面均镀有金刚石颗粒，粒度为90‑110目；所述切槽砂轮外表面均镀有金刚石颗粒；所述推磨砂轮圆锥部分的圆面与切槽砂轮通过柄连接，柄的直径大于13mm，且推磨砂轮、柄和切槽砂轮三者通过六角螺栓固定。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷切槽-推磨复合砂轮，其特征在于，包括推磨砂轮和切槽砂轮；其中，所述推磨砂轮由圆锥部分和柱体部分一体成型，圆锥部分的顶部为圆面，且圆锥体的圆锥角为45°；圆锥部分和柱体部分的外表面均镀有金刚石颗粒，粒度为90-110目；所述切槽砂轮外表面均镀有金刚石颗粒；所述推磨砂轮圆锥部分的圆面与切槽砂轮通过柄连接，柄的直径大于13mm，且推磨砂轮、柄和切槽砂轮三者通过六角螺栓固定。2.一种基于裂纹扩展效应的陶瓷切槽-推磨复合砂轮加工方法，其特征在于，利用权利要求1所述的陶瓷切槽-推磨复合砂轮进行加工，内容为：通过切槽砂轮切槽，使切槽形成的凸缘在推磨砂轮后续的推挤作用下裂纹扩展，最终驱动裂纹联网破碎使凸缘去除。3.如权利要求2所述的基于裂纹扩展效应的陶瓷切槽-推磨复合砂轮加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，固定好硬脆材料平板，在硬脆材料平板上按加工需要利用切槽砂轮沿X方向加工出...

【专利技术属性】
技术研发人员：田欣利，姚巨坤，杨绪啟，王龙，吴志远，唐修检，江宏亮，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：北京,11