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做和工程陶瓷的切削加工上

发布时间:2021-09-21 19:10:58 阅读: 来源:衬塑设备厂家

工程陶瓷的切削加工(上)

1.工程陶瓷有哪些性能和用途?

陶瓷制品在人们生活中到处可见,如各种陶瓷器TIPS加工技术已成为生产PVDF膜的首选技术、玻璃、水泥和耐火材料,统称为传统陶瓷。传统陶瓷是粘土、长石和石英等天然原料,经粉碎一成形一烧结而成的烧结体,其主要成分是硅酸盐。与传统陶瓷相比,工程陶瓷是以人工合成的高纯度化合物为原料,经精致成形和烧结而成。工程陶瓷具有传统陶瓷无法比拟的优异性能,故称为精细陶瓷,也称高级陶瓷或特种陶瓷。

工程陶瓷有很多种,主要分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷中有高温陶瓷和高强度陶瓷,包括高硬工具陶瓷。功能陶瓷包括磁性陶瓷、介电陶瓷、半导体陶瓷、光学陶瓷和生物陶瓷等。

工程陶瓷具有高抗压强度、高硬度、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀、低密度和低的线膨胀系数、导热系数等优越性能,已越来越多地应用于化工、冶金、机械、电子、能源、航天及核动力等领域。

工程陶瓷可以用来制造轴承、密封环、活塞、凸轮、缸套、缸盖、燃汽轮机燃烧器、涡轮叶片、减速齿轮、耐蚀泵等。其应用领域正在不断扩大,同金属材料、复合材料一样,工程陶瓷正在成为现代工程结构材料的三大重要支柱之一。

2.工程陶瓷有哪些切削加工特点?

对于陶瓷材料,传统的加工方法是用金刚石磨轮磨削,还有研磨和抛光。随着烧结金刚石刀具的出现和易切陶瓷的开发,陶瓷材料的切削加工得到了日益广泛的应用。工程陶瓷的切削加工有以下特点:

(1)陶瓷材料具有很高的硬度,比如Al2O3陶瓷、TiC陶瓷的硬度可达HV2 250~3000,比硬质合金还要高,仅次于金刚石和立方氮化硼。工程陶瓷具有很高的耐磨性,除了易切陶瓷,一般工程陶瓷的切削,只有超硬刀具材料(金刚石和立方氮化硼)才能胜任。

天然单晶金刚石切削刃锋利,硬度高,耐磨性为Al2O3陶瓷的10倍,切削时热磨损很小。但天然金刚石有解理性,遇冲击或振动易破损,耐用度不高且价格昂贵。因此,一般用烧结金刚石(聚晶金刚石)作刀具材料,它是由人造金刚石微粒在高温高压下烧结而成的,硬度稍低于金刚石。

(2)陶瓷是典型的硬脆材料,其去除机理(见图)是刀具刃口附近的被切材料产生脆性破坏,而不是像金属材料那样产生剪切滑移变形。加工后表面不会有由塑性变形引起的加工变质层,但切削时的脆性龟裂会残留在加工表面上,从而影响陶瓷零件的强度和工作可靠性。

(3)陶瓷材料的切削加工性,依其种类、制造方法的不同有很大差别。从机械加工的角度看,断裂韧度低的陶瓷材料容易被切削加工。陶瓷材料的断裂韧度与结构组成和烧结情况有关,烧结温度和压力越高,材料越致密,硬度越高,切削加工性越差,刀具耐用度越低。

(4)陶瓷材料常温下几乎无塑性。某些陶瓷只有在高温区才会软化呈塑性,产生剪切滑移变形。此时切削陶瓷材料也同切削金属一样,可以得到连续形切屑。SiO2玻璃的镜面加工就具有这种特点。

(5)切削陶瓷材料时的单位切削力比切削一般金属材料时大得多,刀具切入困难。应注意防止刀具破损,切削深度与进给量应小些。

(6)切削陶瓷材料时,刀具磨损严重。可适当加大刀尖圆弧半径,增加刀尖强度和散热性。切削用量的选择也影响刀具磨损。切削速度高、切削深度和进给量大都会增加刀具磨损。

3.怎样对Al2O3陶瓷进行切削?

Al2O3陶瓷的密度为3.83g/cm ,抗压强度为2800MPa,抗弯强度为300 MPa,硬度为HV2100~2200,即使在1200℃时,硬度仍可保持在HV1500。

切削Al2O3陶瓷可选用烧结金刚石刀具, 13mm圆形刀片, O=-15 ~-10 。刃不含水、酸及其不需要复杂后期保护他混合物口研磨成 Ol=-30 ,b =0.05mm的负倒棱,以提高刀具耐用度。

在选择切削用量时必须考虑对刀具磨损的影响。切削速度高,切削深度和进给量大都会使刀具磨损VB值加大。因此,切削Al2O3陶瓷不宜选用很高的切削用量。一般 C=30~80m/min,ap=1~2mm,f=0.05~0.12mm/r。切削时浇注乳化液,以避免因切削温度高而使金刚石变软,金刚石微粒的切削性能因热化学作用而降低。

4.怎样对si3N4陶瓷进行切削?

si3N4陶瓷的常温硬度不如Al2O3陶瓷高,但高温硬度好,在900℃时的硬度是几种陶瓷中最高的。其抗压强度、抗弯强度也高于Al2O3陶瓷。si3N4陶瓷的导热系数约为Al2O3陶瓷的2.5~3倍,是所有陶瓷中最难加工的材料。如车削HV1600、抗弯强度为950MPa的si3N4陶瓷,当 C=10m/min时,切削不到10min,金刚石刀具的磨损就已超过0.1mm,切削刃出现剥落磨损。si3N4陶瓷的高温硬度很高,1000℃时仍保持HV1100。切削时径向分力很大,刀刃因强度不够易出现微小崩刃,加工表面出现凸凹不平,表面粗糙度值增大。

切削si3N4陶瓷可选用烧结金刚石刀具或CBN刀具。应特别注意加强切削刃,取 O=-15 。,刃口必须研磨,以提高刀具耐用度。使用CBN刀具可选择较高切削速度。使用较低的切削速度( C<50m/min)切削si3N4陶瓷时,可不加乳化液。低速湿切时,温新法规要求更加规范和严格度升高不多,陶瓷强度没有什么降低,刀具刃口附近的被切材料破坏规模加大,作用在刀具上的负荷也加大,使金刚石颗粒破损、脱落,因此应采用较小进给量,一般f<0.1mm/r。

5.怎样对ZrO2陶瓷进行切削?

ZrO2陶瓷的硬度为HV1 853,比Al2O3、Si3N4陶瓷的硬度低,切削时刀具磨损小。在相同的切削条件下,切削ZrO2陶瓷时刀具后面磨损值只有切削Al2O3陶瓷的1/2,是切削Si3N4陶瓷的1/10。例如,当 c=20 m/min时,切削ZrO2陶瓷50 min后,后面磨损值VB 0.04 mm,还可继续使用。而切削Si3N4陶瓷仅5min,后面磨损值VB就达0.12mm,且有微小崩刃产生。可见,ZrO2陶瓷的切削加工性比Al2O3和Si3N4好。切削时可选用较高的切削速度。车削时 c=50~100 m/min,铣削时可取 c=200~400m/min。切削时应浇注切削液。

6.怎样对型材易切陶瓷进行切削?

AlN系型材易切陶瓷是在云母系陶瓷基础上改进得到的,它以烧结后的型材供货,用户再进行加工成形。这种陶瓷由于在AlN基体中加入了微细的BN粒子而成均匀分散结构,大大改善了原云母系陶瓷材料强度低、导热系数小的缺点。它的抗弯强度比Al2O3陶瓷稍低些,可磨制出25 m厚的薄板。

AlN陶瓷导热性好,是现有陶瓷材料中导热系数最大的,为Al2O3陶瓷的5倍,不用冷却也可正常切削。AlN陶瓷的线膨胀系数低,尺寸精度较易控制。AlN陶瓷被称作 第二代易切陶瓷 ,其切削机理也属于脆性破坏。切削时,被切材料在刀具刃口处产生裂纹,但分散的BN粒子阻止裂纹扩展,使其局限于微小区域内形成很细微的裂纹,使脆性大大改善,且可得到连续状切屑。

切削AlN陶瓷可采用硬质合金刀具,切削速度应比切削金属材料低些。车削小直径内螺纹宜用耐磨性好的烧结金刚石刀具。铣削时,因为是断续切削,应减小进给量,以减少崩刃。加工表面的切屑应及时清除,否则会加剧刀具磨损。

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