陶瓷塑性法加工

傳統(tǒng)的材料去除過程一般可分為脆性去除和塑性去除兩種。在脆性去除過程中，材料去除是通過裂紋的擴(kuò)展和交叉來完成的；而塑性去除則是以剪切加工切屑的形式來產(chǎn)生材料的塑性流。對(duì)于金屬的加工，塑性切削機(jī)理很容易實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于脆性材料如工程陶瓷和光學(xué)玻璃等，采用傳統(tǒng)的加工技術(shù)及工藝參數(shù)只會(huì)導(dǎo)致脆性去除而沒有顯著的塑性流，在超過強(qiáng)度極限的切削力作用下，材料的大小粒子發(fā)生脆性斷裂，這無(wú)疑將影響被加工表面的質(zhì)量和完整性。由加工實(shí)踐可知，在加工陶瓷等脆性材料時(shí)，可采用極小的切深來實(shí)現(xiàn)塑性去除，即材料去除機(jī)理可在微小去除條件下從脆性破壞向塑性變形轉(zhuǎn)變。超精加工技術(shù)的最新進(jìn)展已可將加工進(jìn)給量控制在幾個(gè)納米，從而使脆性材料加工的主要去除機(jī)理有可能由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄粤鳌Ｋ苄郧行甲冃芜^程可以顯著降低次表面(表層)破壞，這種硬脆材料的新型加工技術(shù)稱為塑性法加工。


近年來，許多學(xué)者應(yīng)用金剛石磨削方法對(duì)脆性材料塑性方式磨削的理論和工藝、脆-塑性轉(zhuǎn)變、材料特性、切削力和其它參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究重點(diǎn)是被加工零件的塑性方式表面形成機(jī)理和幾何精度，其中包括相關(guān)機(jī)床和砂輪技術(shù)的研究與開發(fā)。1991年，英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員首先采用四面體(Tetraform)結(jié)構(gòu)并應(yīng)用具有良好工程性的減振機(jī)理來設(shè)計(jì)機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)，研制出世界上第一臺(tái)Tetraform－1型超精密磨床。用該磨床對(duì)陶瓷、硅片和單晶石英試件進(jìn)行了大量塑性磨削試驗(yàn)，獲得了高質(zhì)量的樣品，其特點(diǎn)是：(1)可采用相對(duì)較大的切深(大至10µm)進(jìn)行加工；(2)表面幾何形狀精度高，試件周圍幾乎沒有碾痕；(3)機(jī)床可在無(wú)環(huán)境隔離條件下磨削高質(zhì)量試件；(4)次表面破壞深度僅為傳統(tǒng)磨削的1%～2%，甚至小于拋光加工對(duì)光學(xué)元件的影響。基于Tetraform原理，1995年英國(guó)Fra-zer-Nash咨詢有限公司和Granfield精密工程有限公司聯(lián)合研制了Tetraform-2型多功能磨床。發(fā)展趨勢(shì)表明，脆性材料塑性加工技術(shù)在超精加工領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。 

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