精密加工硬脆材料的常用方法
06-05-2025
  精密加工硬脆材料的常用方法
  硬脆(cuì)材料(如工程(chéng)陶瓷、光(guāng)學玻璃、藍寶石、單晶矽、碳化矽、硬質合(hé)金等)因其高硬度、高脆性、耐磨耐腐蝕等優異性(xìng)能,廣泛應用(yòng)於航(háng)空(kōng)航天、半導體、光學、醫療器械等領域(yù)。但其加工難度大,易(yì)產生裂紋和崩邊。常用的精(jīng)密加工方法主(zhǔ)要(yào)包括:
  磨削(xuē):
  原理:使用(yòng)金剛石或CBN等高硬度磨粒的砂輪進行微量去除。
  特點:應用最廣泛,可(kě)達到較高的形狀精度和表麵光潔度。包括(kuò)平麵磨削、外圓磨削、內圓磨削、無心磨削等。
  關鍵:需要高(gāo)剛度機床、高精(jīng)度主軸(zhóu)、合適的砂輪(粒度、結(jié)合劑、濃度)和冷卻液(通常為水基,有時需添加劑)。常采(cǎi)用精密/超精密磨削技術。
  研磨:
  原理:工(gōng)件與研磨盤(鑄鐵、錫、銅等軟(ruǎn)金屬或(huò)複合材料(liào))之間加入遊(yóu)離的磨料(金剛石、碳化硼、氧化鋁等)和研磨液,在相對運動(dòng)下進行微量去除(chú)和表麵修整。
  特點:主要用於獲得高平麵度、低表麵粗糙度,或為拋(pāo)光做準備。效率相對磨(mó)削較(jiào)低。
  形式:雙麵研磨、單麵研磨。
  拋光:
  原理:使用更細的磨料(微米(mǐ)級(jí)或亞微米(mǐ)級,如(rú)金剛石、氧化鈰、氧化(huà)鋁懸浮液)和更軟的拋光盤(瀝青、聚氨酯、絨(róng)布等),通過機械、化學或(huò)化學機(jī)械作用去除極微量的材料,獲得超光滑、無損傷表麵。
  特點(diǎn):加工去除率最(zuì)低,但能達到最(zuì)高的表麵光潔(jié)度和最低的表麵/亞表麵損傷。是獲得光學表麵的(de)關鍵工序。
  形式:機械拋光、化學機械(xiè)拋(pāo)光(guāng)、磁流變拋光、離子(zǐ)束拋光等。
  激光加工(gōng):
  原理(lǐ):利用高能量密度激光束(shù)照射材料,通過熱效應(熔化、氣化)或光化學效應(冷加工,如紫外(wài)激光)去除材料。
  特點:非接觸式(shì)加(jiā)工,無刀具磨損,可加工複(fù)雜形(xíng)狀和微小結構(鑽孔、切割、刻蝕、表麵處理)。熱影響區控製和裂紋抑製是(shì)關(guān)鍵挑戰。超短脈衝激光(皮秒、飛秒)在(zài)減少熱損傷方麵(miàn)優勢顯(xiǎn)著。
  應用:精密打孔、精密切割、微結構加工、表(biǎo)麵織構化。
  超聲加工:
  原理:工具頭(通常為軟金屬)在超聲頻率下(xià)(>20kHz)高頻振動,驅動工具頭與工件之(zhī)間的磨料懸浮液(碳(tàn)化硼、金剛石等)衝擊材料表麵(miàn)實現微量去除。
  特點:特別適(shì)合加工高硬度、高脆性(xìng)的絕緣材料,加工力小,不易產生裂紋和(hé)熱影響區。可(kě)加工複雜形狀孔和型腔。
  應用:精密打孔(尤其異形孔)、型腔加工、雕刻。
  電火花加工:
  原理:利用工具電極和工件電極之間脈衝放電產(chǎn)生的(de)瞬時高(gāo)溫蝕除材料。要求工件材料具有導電性。
  特點:非接觸式,加工力極小,可加工複雜形狀(zhuàng)和微小結構,不受材料硬度(dù)限製。
  應用:主要用於加工導電的(de)硬脆材料(如硬質合(hé)金、金屬陶瓷、導電陶瓷)的(de)模具、異形孔、微(wēi)細結構。
  注意:純絕緣的硬脆材料(如氧化鋁陶瓷、玻璃)不能直接用EDM加工,但可通過輔(fǔ)助電極法或(huò)導電化處理實現。
  複合加工:
  原理:結合兩種(zhǒng)或多種上述加工方法的優勢(shì),克服單一方法的局限性。
  常見組合:
  超聲輔助磨削/研磨/拋光:利用超聲振動提高(gāo)材料去除率、降低加工力、減少砂輪堵塞、改善表麵質量。
  激光輔助加工:用激光局(jú)部軟化材料,降低其硬度(dù)和脆(cuì)性,再結合(hé)機械(xiè)加工(如車削、磨削),提高加工效率和表麵質量。
  電解輔助加工:主要(yào)用於導電硬脆材料,結合電解作用和機械作用(如電解(jiě)磨削)。
  選擇哪種方法取(qǔ)決於:
  材料的具體種類和性質(zhì)(硬(yìng)度、脆性、導電性)
  加工目標(形狀精度、尺寸(cùn)精度、表麵粗糙(cāo)度、表麵完整性/亞表麵損傷)
  加工效(xiào)率要求
  成本考量
  工件幾何形狀和尺寸
  在實際生產中,往往需要多種方法組合使用(例如(rú):粗磨->精磨->研磨->拋光)。
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