工程陶瓷磨削加工材料去除模型的建立與應用分析

劉折

摘 要：本文結合應脆材料去除機理研究成果，基于磨削原理，建立了工程陶瓷磨削加工材料去除理論模型，并對模型的應用做了簡要分析。論文指出，影響材料去除率的因素不僅有磨削參數，還有材料本身的性能參數；材料去除率的大小和材料的去除方式有關，材料以何種方式被去除取決于實際切削深度與臨界切削深度的關系。本論文的理論研究和應用分析有利于指導工程實踐，對降低工程陶瓷的加工成本，實現工程陶瓷更廣泛的應用有重大意義。

關鍵詞：工程陶瓷；磨削；材料去除率；模型

工程陶瓷因其強度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等諸多優越性能而廣泛應用于機械、電子、宇航、汽車、冶金、化工等領域。然而由于工程陶瓷硬度和脆性極高，成形加工十分困難，其加工成本達整個陶瓷元件成本的80%～90%，這也是妨礙其更廣泛推廣應用的主要原因。

在硬脆材料的加工制造方面，使用金剛石工具的磨削加工仍然是目前最常用的加工方法，占所有加工工藝的80%以上。由于陶瓷材料的高硬度和高脆性，大的材料去除率會使被磨陶瓷元器件產生各種類型的表面、亞表面損傷。因此，如何高效地獲得所需的加工表面，降低加工成本一直是該領域亟待解決的主要問題。

本文結合應脆材料去除機理方面的研究成果，基于磨削原理，建立了工程陶瓷磨削加工材料去除理論模型，并對模型的應用做了簡要分析。

1 硬脆材料去除機理

由BIFANO等人關于硬脆材料的延性域去除機理研究可知，當加工切深小于某個臨界值時，塑性變形成為在微小加工單元條件下材料的主要去除機理，從而避免脆性破壞；一旦切深超過臨界值，材料就可能產生宏觀裂紋。在磨削加工中，磨削表面究竟是由塑性變形形成還是由脆性斷裂形成，主要取決于磨粒的實際切削深度與延性去除的臨界切深hc。當式中 β-常數

E-陶瓷材料的彈性模量

KIC-陶瓷材料的斷裂韌度

H-材料的硬度。

2 工程陶瓷磨削加工材料去除模型

基于硬脆材料的去除機理，接下來建立陶瓷材料在塑性變形和脆性斷裂兩種不同去除方式下的材料去除數學模型。

2.1 單顆磨粒去除材料的體積

（1）材料以塑性變形去除為主。由BIFANO等人關于硬脆材料的延性域去除機理研究可知，當