工程陶瓷磨削表面残余应力与磨削条件及零件性能的关系研究
影响磨削表面质量因素的分析与讨论
（４）直角喷嘴。直角喷嘴设计简单，但效果突出，已广泛为高速磨削所采用。直角喷嘴在很宽的砂 轮速度（４０～１５０ｍ／ｓ）范围内基本消除了空气流对磨削液的阻滞影响。 （５）浸渍砂轮。将液态固体润滑剂渗入砂轮孔隙内，覆盖于磨粒表面，起到对磨粒与切屑以及磨粒
粗，则单颗粒切削厚度增加，也使磨削力增加，硬化程度增加。
３．４冷却条件
冷却条件对磨削表面硬化的影响也很大。提高冷却效果，一方面可以减少热软化，另一方面可以使
材料发生淬火而提高了硬度。 ３．５砂轮修整
将砂轮作精细修整，使其保持锋利，并给以充分的冷却，切削深度较小，走刀量小，产生的磨削力及 磨削热效应小，从而在磨削极薄表面形成轻微的硬化层，可以强化零件表面质量。
２
圉３工作台速度与粗糙度的关系
３磨削液
由于磨削液的润滑、冷却、渗透与清洗、防锈等特性，对改善砂轮的磨损、堵塞及磨削质量十分有益。 舍理选择磨削液、增加冷却效果．可降低表面粗糙度值。应根据磨削加工的具体要求来选择磨削液种 娄，可参考表ｉ。
２
４砂轮的修整参数 砂轮修整参数不同。修整出的砂轮表面形貌不同。在蘑削工件时．砂轮表面形貌将直接复印到工件
上。砂轮表面越粗糙．工件表面粗糙度值也越大。下面主要讨论金刚石滚轮修整陶瓷ＣＢＮ砂轮时，修
整参数对表面粗糙度的影响。
袭ｌ 磨削液的种类及可能获得的磨削效果 磨削性能 增大减小砂减小 改善表面尺寸防止表面防止砂 粗糙度
Ｂ Ａ Ａ Ｂ Ｂ Ｄ
磨削液的三个作用 项 目 添加剂 情况 润滑 作用 混合油 油基 磨削液 含添加帮 含添加剂
工程陶瓷材料磨削加工技术的研究
工程陶瓷材料磨削加工技术的研究摘要：工程陶瓷具有许多优良的物理、化学、力学性能，在航空航天、石油化工等领域具有十分广阔的应用前景。
但工程陶瓷的热压、烧结、真空热挤压等成形工艺成形形状简单、精度低，而多为离子键和共价键组成的晶体结构决定了其硬脆性和难加工性，使成形后的加工成为一个研究热点。
关键词：工程陶瓷材料；磨削加工技术引言工程陶瓷材料具有优良的物理、化学、力学性能，在许多领域得到广泛应用。
目前，使用金刚石工具（主要是砂轮）的磨削加工是工程陶瓷去除加工的基本途径。
本文概述了陶瓷材料磨削加工技术的进展，并对磨削后的陶瓷工件表面损伤进行分析。
一、瓷砖薄板的加工铺贴瓷砖薄板（简称薄瓷板）是一种由高岭土黏土和其它无机非金属材料，经成形、经1200度高温煅烧等生产工艺制成的板状陶瓷制品。
1.1地面湿法铺贴其施工工艺流程为：基层处理→弹线分格→材料制备→薄板粘贴面清理→粘结剂施工→面材背涂→面材铺贴→平整度调整→表面清洁及保护1.2墙面湿挂铺贴其施工工艺流程：基层处理→弹线分格→材料制备→薄板粘贴面清理→粘结剂施工→薄板背涂→薄板铺贴→表面清洁及保护1.3墙面挂贴施工（外墙面24米以上）其施工工艺流程：薄板背贴挂件预固定→基层处理→弹线分格→材料制备→薄板粘贴面清理→粘结剂施工→薄板背涂→薄板铺贴→平整度调整→固定件与墙的固定→表面清洁及保护二、磨削加工机理磨削加工是目前陶瓷材料已有加工方法中应用最多的一种，特别适用于加工平面及柱形工件，所选用的砂轮一般是金刚石砂轮。
对金刚石砂轮磨削工程陶瓷的磨削机理有不同解释，有学者采用瞬间微观变形和破碎累计、压痕断裂力学模型近似、切削模型近似等理论对工程陶瓷材料磨削机理进行解释。
对工程陶瓷材料磨削机理的解释有很多，但有一个共同点，即塑性变形和脆性断裂是形成材料去除的主要原因。
随着科学技术的进步，加工机理研究已经深入到微观乃至纳观领域。
借助于SPM技术，国外学者对超精密加工机理进行研究：美国俄亥俄州立大学用 AFM 对单晶硅的（100）面在室温下进行微切削实验；德国布莱梅大学用 AFM 对金刚石车削单晶硅的加工表面进行成像研究；日本宇都宫大学用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）对单点金刚石车削获得的硅表面及切屑检测。
工程陶瓷材料磨削加工技术研究-02
工程陶瓷材料磨削加工技术及工艺研究摘要：工程陶瓷材料具有优良的物理、化学、力学性能，在许多领域得到广泛的应用。
磨削加工是工程陶瓷材料去除加工的基本途径，磨削加工工艺是现今最成熟的陶瓷材料加工工艺，本文概述了工程陶瓷材料磨削加工机理、加工方式、对磨削加工的影响因素，表面损伤（表面裂纹、残余应力）及测试，提出了其高效高精密加工的研究方向。
关键词：工程陶瓷；磨削机理；磨削方式；表面损伤Engineering Ceramics grinding technology and process researchAbstract: Engineering Ceramics material with excellent physical, chemical, mechanical had a wide range of applications in many fields. Grinding was the basic way to removal machining of engineering ceramics, grinding technology was the most sophisticated ceramic materials processing technology. This paper provides an overview of engineering Ceramic grinding mechanism, processing methods and affecting of the grinding, surface damage (cracks, residual stresses on the surface) and test, introduced its high efficiency and high precision machining research direction.Key words: ceramics; Grinding mechanism; Grinding mode; Cosmetic damage工程陶瓷具有高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及轻质量、导热性能好等诸多优点，是继金属和塑料之后的“第三代结构材料”，在国防、航空航天、电子、汽车等领域而得到了广泛的应用[1]。
工程陶瓷磨削力的影响因素研究
高 效 深 磨磨 削机 制 ’ ；ｓ ． Ｍａ ｌ ｋ ｉ ｎ等人 分析 了陶瓷
材料 磨 削 时产 生 的磨 削 力 … ；Ｂ． Ｒ ． Ｌ ａ ｗｎ 等 人 针对
差在 ３ ％左右 ’ 。山东大学 建 立 了工程 陶瓷 加 ｌ Ｔ 性 能预测 及加 工 参数优 化 仿真 系 统 ，建立 的工程 陶 瓷
加 工 性能 预测 模型 ，不 仅适 合 于稳 定加 工区 的加 工
试 验 研究 。湖 南 大学 邓朝 晖等 人研 究 了陶 瓷磨削 的 材 料去 除机 制 …；天津 大 学林 滨等 人研 究 了陶瓷 材
料 去除机制等有着密切关系。从陶 瓷磨 削模 型和 工程 陶瓷材料磨削过程中的材料 去除机制 出发 ，分 析了陶瓷磨削 过程，研 究了磨 削力的形成，分析 了磨 削力的特 点，并从磨削力的影响因素出发，分别研 究了陶瓷材料性能 、磨 削方 向、砂轮磨削速度 、工件速 度、磨削深度和砂轮粒 度对磨削力 的影 响，对 陶瓷磨削理 论有 了进一 步的认识 。 关键词 工程陶瓷 磨削机制 磨削力 影响 因素
磨 削的磨 屑形 成机 制 ，建 立 了 以裂 纹 的产生 与发 展 为基础 的工程 陶瓷 材 料 的磨削 模型 ，横 向裂 纹是 材
料被 破坏 的 主要 因素 ，推 导 了陶瓷 磨削 的 磨削 力 与
是采 用金 刚 石砂 轮磨 削法 。磨 削加 工是 高速 旋转 砂 轮对 材料 表 面进 行挤 压 ，通过 塑性 变形 或脆 性 断裂
网 络 的 回 归 分 析 在 回 归 精 度 上 优 于 传 统 回 归 分
析 方 法 。 Ｋ ｕ ａ ｎ ｇ ． Ｈｕ ａ Ｆ ｕ ｈ和 Ｓ ｈ ｕ ｈ －Ｂ ｉ ｎ Ｗａ ｎ ｇ等 人
用 改进 的 Ｂ Ｐ神 经 网络 建模 ，预 测 了缓 进给 磨削 中
陶瓷材料磨削加工的技术研究与发展现状
陶瓷材料磨削加工的技术讨论与进呈现状工程陶瓷具有很多优良的性能，比如较高的硬度和强度，很强的耐腐蚀、耐磨损、耐高温本领和良好的化学惰性等，因此在航空航天、化工、军事、机械、电子电器以及精密制造领域的应用日益广泛。
目前各发达国家如德、日、美、英等国特别重视工程陶瓷的开发及应用。
80时代以来，各国竞相投人大量的资金及人力，在工程陶瓷加工理论和技术、产品开发和应用等方面取得了很大的进展。
由于陶瓷材料的高硬度和高脆性，被加工陶瓷元件大多会产生各种类型的表面或亚表面损伤，这会导致陶瓷元件强度的降低，进而限制了大材料去除率的采纳。
对陶瓷高效磨削加工而言，根本目标就是在保持材料表面完整性和尺寸精度的同时获得最大的材料去除率。
目前陶瓷的加工成本己达到整个陶瓷元件成本的80%～90%，高加工成本以及难以测控的加工表面损伤层限制了陶瓷元件更广泛的应用。
陶瓷材料广阔的应用前景和多而杂的加工特性，都要求对陶瓷的磨削加工过程进行全面而深入的了解。
从上世纪90时代开始，国内外学者进行了大量的讨论，在陶瓷磨削的新型方式、陶瓷磨削的材料去除机理、磨削烧伤、磨削表面完整性等的影响因素、不同磨削条件的最佳磨削参数等多方面都取得了积极的讨论成果。
本文重要就陶瓷磨削的讨论现状及进展情形进行了归纳和总结。
1陶瓷材料磨削机理的进展1）磨削机理的讨论由于砂轮的磨粒尺寸、形状和磨粒分布的随机性以及磨削运动规律的多而杂性，给磨削机理的讨论带来了很大的困难。
在陶瓷磨削方面由于陶瓷的高硬度和高脆性，大多数讨论都使用了“压痕断裂力学”模型或“切削加工”模型来貌似处理。
20世纪80时代初，Frank和Lawn 首先建立了钝压痕器、尖锐压痕器和接触滑动三种机理分析讨论模型，提出了应力强度因子公式K=aEP/C2/3，依据脆性断裂力学条件KKC，导出了脆性断裂的临界载荷PBC＝CbK，他又依据材料的屈服条件ssY，导出了塑性变形模式下临界载荷PYYC=s3/g3（或PYYC=H3Y/g3）。
陶瓷磨削机理及磨削加工技术研究进展
文献［２３］的研究结果表明，通过几 种新的磨削液．可明显降低加工区
应力．减少表面损伤．从而使磨削液 除了传统的冷却、润滑及冲洗磨屑 等三个主要作用外又增加了化学软
‘ａ）磨损麓量剖时阄的变化
化的作用，而且这些新的磨削液添§ 加成份无毒，无任何环境污染．在磨≥ 削Ｓｉ。Ｎ。陶瓷时．使砂轮修整周期 从原来的每磨３０件～次，延长到每 磨５００件修一次．磨削液在提高加 工效率，延长砂轮寿命以及减少加
湖南大学学报（自拣科学版）
１９９９皇
３．２化学辅助■削 陶瓷的精密磨削对机床的刚性 要求非常严格．一般的机床都较难 满足要求．为此．美国标准局最近深。
人开展了如何利用化学效应在普通墨
磨床上提高陶瓷加工效率、减少表
面缺陷的研究课题．通过评价材料
去除率．表面质量以及金刚石磨损， 研究了多种磨削液的使用效果，并 与公司合作，进行了生产现场实验．
的塑性变形，并借用ｕｐｐｅｒ
ｂｏｕｎｄ方法…］求解了耕犁能．更进一步的研究表明．表面耕犁
能与陶瓷材料性能指标阃有一定的对应关系，特别是与材料的硬度Ｈ和断裂韧性缸关 系最为密切，表面能正比于ｋ３”Ｈ．这点和压痕断裂模型分析中所得到的产生临界裂纹的 压力与Ｈ和缸的关系十分相似，其间可能暗示着某种关系，图２是磨削几种典型陶瓷时 单位宽度功耗与材料特性以及耕犁面积的对应关系．
轮廓，磨粒形貌以及磨粒的表面密度评价 了砂轮工作表面的变化．该文同时指出，建
＾
粒度 刃口瞳蕾
魍 大
工件材料 细 操作参数 高 小 薄 砂轮遗度 切削深度 切属摹度 氍大单
粒度
粗
立一个能用于预测砂轮状态的模型对深入 揭示磨削过程是非常重要的，但由于砂轮 磨损过程的复杂性，现阶段要建立这样的 模型也是非常困难的 ２．５砂轮规格殛金刚石磨粒性能的影晌 决定陶瓷加工过程的根本应该是所使 用磨具性能的优劣，以往在陶瓷的磨削加 工中，广泛研究了磨粒粒度、浓度以及结合 剂种类等因素对加工过程的影响，但在上
残余应力对磨削的影响
残余应力对轴承套圈磨削变形的影响顾立(铁姆肯(无锡)轴承有限公司江苏无锡214028)摘要：针对薄壁类轴承套圈的磨削变形问题,从内应力的角度加以分析和讨论,提出以调整热处理工艺为主,调整磨削工艺为辅的方法,解决薄壁类轴承套圈的磨削变形问题。
关键词：轴承套圈、磨削变形、残余应力、淬回火工艺Residual Stress’s Impact on Grinding Distortion of the Bearing Ring Abstrac t：With regard to the issue of distortion from grinding of the thin wall-thickness bearing rings, it is mentioned to go through analysis or discussion from the riew-point of internal stress. Conclusion is to take adjusting the heat-treat process as the main while taking adjusting the grinding process as the subsidiary. By this method we seek a final solution of the issue of distortion from grinding of the thin wall-thickness bearing rings.Key words：bearing rings, distortion of grinding,residual stress, process of quenching and tempering.1 引言本公司是一家专门生产轴承的外资企业，生产国际品牌的调心滚子轴承。
在生产过程中，经常出现套圈粗磨后直径变动量（V DP）超差，后道工序无法消除而报废的问题。
陶瓷磨削材料去除机理的研究进展
文章编号!"##$%"&’()’##’*"+%",#+%#$陶瓷磨削材料去除机理的研究进展邓朝晖副教授邓朝晖张璧孙宗禹周志雄摘要!磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法-为了开发新的高效.低成本.低损伤加工陶瓷的方法-需要更深入地揭示其加工机理/介绍了陶瓷磨削的材料去除机理方面的研究进展-就其进行了一定的讨论-并得出相关的结论/关键词!先进陶瓷0材料去除机理0脆性断裂0塑性变形0延性域磨削中图分类号!12",文献标识码!3收稿日期!’##"4#54’6基金项目!国家+,&高技术研究发展计划资助项目)’##"33$’""+#*工程陶瓷具有高硬度.高耐磨损.抗腐蚀.耐热特性.高刚度重量比.低密度和极强的化学惰性等诸多优越性能-被广泛应用于精密轴承.汽车零部件.仿生兼容植入体.密封元件.耐火材料.切削刀具和电子元器件等/这些陶瓷元器件的应用是需要高的尺寸精度和表面完整性的-其加工成本已达整个陶瓷元件成本的+#785#7/显然-陶瓷元件的加工高成本以及难以控测的加工表面损伤层-使其更广泛地应用受到限制9":/在陶瓷加工中-使用金刚石工具的磨削加工仍然是目前最常用的加工方法-占所有加工工艺的+#7/由于陶瓷材料的高硬度和高脆性-被磨陶瓷元件大多会产生各种类型的表面;亚表面损伤9’8<:/陶瓷高效磨削加工的目标是在保持足够材料表面完整性和尺寸精度的同时获得最大的材料去除率/然而-采用大的材料去除率降低加工成本-又受到导致陶瓷元件强度损失的表面;亚表面损伤所限制9,-6:/本文主要就国内外在陶瓷磨削的材料去除机理方面所取得的研究进展做一个介绍-并就其展开一些讨论/"陶瓷磨削的材料去除机理材料去除机理一般有脆性断裂和塑性成形9+:/通常情况下-脆性断裂的材料去除方式是通过空隙和裂纹的成形或延展.剥落及碎裂9<-5:等方式来完成的/而塑性成形去除方式类似于金属磨削中的切屑成形过程-其中涉及了滑擦.耕犁和切屑成形-材料是以剪切切屑成形方式去除的9<-"#:/陶瓷磨削大多使用了压痕断裂力学模型或切削加工模型近似处理/材料去除基于晶粒去除.剥落.脆性断裂.破碎.晶界微破碎粉末化去除和塑性成形去除方式等9"#8"&:/=>=压痕断裂力学模型和切削加工模型压痕断裂力学模型是把陶瓷磨削中磨粒与工件的相互作用看作小规模的压痕现象-由普通维氏四面体压头在玻璃和陶瓷的法向方向接触下所获得的变形和断裂-见图"9"$:/在压头正下方是塑性变形区-从这个永久变形区开始形成’个主要的裂纹系统!中央;径向裂纹和横向裂纹/材料强度的降低通常是由中央;径向裂纹和残余应力的扩展引起的/图"普通维氏四面体压头作用变形和裂纹系统图横向裂纹是在卸载时产生于靠近塑性区底部-并在与样件表面几乎平行的面上横向扩展-裂纹向自由表面的偏移导致材料的断裂去除9"<:/研究表明-当用钝的压头对脆性材料进行压痕试验时-将产生赫兹锥形裂纹-显然-由钝压头和锐压头所产生的应力场是不同的/对于锋锐压头-将在压头尖端正下方相当小的区域里产生压应力场-在径向方向-存在特别的拉应力以至会产生裂纹/对于钝的压头-所产生的应力场主要为压应力-这些自激压裂纹将会抑制裂纹生成/?+#,"中国机械工程第"&卷第"+期’##’年5月下半月万方数据根据压痕断裂力学模型!只要压头上所受的力超过一临界值!就会产生裂纹!材料便以断裂方式去除"研究表明!产生中央#径向裂纹的临界载荷为$%&’()*+,-+./#012,3.4,5#673.%3式中!/为常数!普通维氏压头/*1890和2为常数!0:%!2:;<1945为陶瓷材料的断裂韧性96为材料的硬度"图%中横向裂纹长度=>可用简单的样板原理建立模型$%+’!如果用?表示自由表面到裂纹表面的距离!若=>@?!则横向裂纹大小$%+’为=>*=>$%A (;#B 3%#,’%#1.13(;C .D ;#E 13.F G H I3A 1#7.4,5#673.J #63.73=>C $D %.F G H I3+#&E A %#1.4563A %J 7#,’%#1(+#K .,3式中!D ;L D %和E 为常数"对于大接触载荷.(@(;3!由式.13可简化为(A M =+#K>!这与中央#径向裂纹的公式.(A M=7#1>3相似"产生横向裂纹的最小临界载荷()>为$%N ’()>*D .4,5#673O .J #63.+3式中!D 为量纲一常数9O .J #63为衰减函数!这里D O .J #63:1P %;+"将()>值与单颗磨粒平均载荷相比较!可以用来预测磨削过程是横向断裂过程还是塑性切除过程"从式.+3看出!产生裂纹的载荷临界值与陶瓷材料的硬度及断裂韧性相关!当载荷低于这一临界值!横向裂纹就不会出现!磨粒与工件界面将产生塑性流动"切削加工模型则是近似包括了切削力测量和磨屑及加工表面形貌显微观察在内的通用磨削机理研究方法"该模型近似研究常常要用到扫描电子显微镜L 透射电子显微镜或其它一些观测方法"从陶瓷磨削加工过程中产生的磨屑形态来看!材料主要以脆性断裂方式被去除!但脆性断裂所消耗的能量不足实测比能的%Q"在磨削表面存在大量磨粒耕犁留下的纹路!而且在纹路两侧有明显的塑性变形凸起及撕裂涂覆物"引入磨粒耕犁面积的概念!发现能量消耗与其存在较好的线性关系!因而推断陶瓷磨削中能量主要消耗于发生在耕犁过程中的塑性变形"进一步研究表明!表面耕犁能与陶瓷材料性能指标间有一定的对应关系!特别是与材料硬度6和断裂韧性45关系最为密切!表面能正比于47#156"R -S 陶瓷磨削中的材料脆性去除脆性去除主要有晶粒去除L 材料剥落L 脆性断裂L 晶界微破碎等"在晶粒去除过程中!材料是以整个晶粒从工件表面上脱落方式被去除的"这种材料去除机理发生同时伴有材料的剥落去除方式!而剥落去除方式是陶瓷材料磨削中十分重要的去除机理$%1’"在材料剥落去除机理中!材料是因磨削过程中所产生的横向和径向裂纹的扩展而形成局部剥落块来去除的!但裂纹的扩展会大大降低工件的机械强度"当用金刚石砂轮磨削多晶结构氧化铝陶瓷时!材料去除主要以脆性断裂方式完成"当磨粒从一开始磨过陶瓷表面时!在材料亚表面层产生了内应力!裂纹形成及扩展导致材料强度和精度的损失"因此!当砂轮再次磨过表面时!大部分磨削比能并不消耗于切屑成形方面!这缘于材料已脆裂!也就是说!一些结合键.剂3已被破坏!磨粒仅仅是在移去这些材料"除了横向裂纹断裂.剥落3方式外!材料脆性去除还和破碎.碎裂3有关$K !%7’!磨粒前端和其下面的材料破碎是表面圆周应力和剪切应力分布引起的各种形式破坏的结果$%K ’"对氮化硅$T ’和氧化铝陶瓷$%T ’的刻划实验显示了沿沟痕的塑性变形L 横向断裂以及刀头前方的破碎现象"热压氧化铝陶瓷的观察结果见图1"当切深为%U V 时!只有塑性变形引起的耕犁脊峰.见图1W 3!这表明径向载荷低于产生裂纹的临界载荷值9当切深为%X 7<+U V 时.见图1Y 3!在沟痕表面可同时观察到鳞状破裂裂纹和塑性流动!且材料的去除多为细小破碎微粒形式9当切深达到%;U V 时.见图1F 3!横向裂纹从切沟径向扩展!当切深更大时将导致大规模的铲除和破碎"图1氧化铝陶瓷的刻划实验过程示意图最近对氧化铝L 玻璃陶瓷L 氮化硅L 碳化硅等ZT ;&%Z 陶瓷磨削材料去除机理的研究进展[[邓朝晖张璧孙宗禹等万方数据陶瓷材料加工的观察表明!在陶瓷磨削过程中晶界微破碎和材料晶粒状位错在材料去除过程中也起了关键作用"#$%&在磨削过程中!单个金刚石颗粒与陶瓷工件的接触会产生一个含有分布状晶界微裂纹的损伤区!磨削中材料去除则是通过单个颗粒从这些晶界微破碎处的位错方式来完成的&’()材料的粉末化去除机理"*%在精密磨削过程中!当磨削深度在亚微米级时!碎裂和破碎机理不会发生!此时主要可能发生材料粉末化现象&材料粉末机理是磨削过程磨粒引起的流体静态压应力所包围的局部剪切应力场所引起的晶界和晶间微破碎的结果!陶瓷材料晶粒因粉末化去除被碎裂成更细的晶粒!并形成粉末域&在一配有空气静压主轴与导轨的精密磨床上进行了一系列单刃磨削和金刚石砂轮磨削实验!被磨材料为热压氮化硅和热压氧化铝陶瓷&对于单刃磨削!砂轮速度为+,$$-.-/0!切除为$1 +,2-!不加冷却液3对于金刚石磨削!砂轮速度为+,$$-.-/0!切深为+*2-!加冷却液&用锥度抛光法4断裂法4腐蚀法4扫描电子显微镜及透射电子显微镜等技术检测了磨削工件的表面!结论是在单刃陶瓷磨削中观测到的是粉末形成而不是延展形式!这产生于复合应力状态引起的微粉碎&被粉碎的材料与主体材料相比结合比较松散!可通过在接触区的磨粒与工件接触面处施加流体静压应力使其重新紧密&当切深小于临界值时!陶瓷材料只经历粉碎无宏观断裂!磨粒尺寸越大!产生的粉末越多&在单刃磨削中!材料横向滚动形成堆积!切深越小!堆积系数越大&在给定切深条件下!氮化硅堆积系数比氧化铝陶瓷的略大!这是因为在氮化硅上产生的粉末层厚度大于在氧化铝上产生的粉末层厚度&’(5陶瓷材料的塑性变形去除机理在一定的加工条件下!任何脆性材料能够以塑性流动的方式被去除!压痕断裂力学模型预测了产生横向裂纹临界载荷"+,%!在低于这一临界载荷加工条件时!材料去除将以塑性变形去除为主&在硅和锗的单刃倾斜切削实验中"+6%!达到临界切削深度后!最初的塑性流动不断地转变为脆性断裂状态!法向力在塑性区域里随切削深度呈线性增大&而在脆性区域里!法向力波动且并未增大多少!这表明了切削力和加工能量主要消耗于塑性流动!塑性区域被磨的试件呈现出更好的表面质量及强度&文献"+$%对陶瓷材料的塑性域磨削进行了系统的研究!研究中采用了配有超精密进给控制装置的专用磨床!结构刚性好!实时控制磨削进给!使用先进砂轮修整技术和环境抗干扰技术&在磨削深度足够小的情况下!所有脆性材料将以塑性流动去除而不是以脆性断裂去除&研究表明!对于各种脆性材料在对应的脆性转变时的磨削进给量与材料性能7如断裂韧性4硬度4弹性模量8之间存在一定的关系!这种关系可通过一个简单的能量原理方程来描述&碳化硅的塑性状态磨削的磨粒切削深度9:;约为$<#2-或更少!当9:;大于这个数值时!磨削方式从塑性转变为脆性去除&=/>?0@对塑性域磨削方式的定义是基于脆性材料被磨表面的破碎表面相对面积率为+$A以下&不同的结论来自于B?C D E等"#+%的研究!在他们的研究中!临界值9:;比经采用=/>?0@定义所确定的9:;值要稍大点!这表明!破碎损伤表面率应大于+$A&如果把塑性域磨削方式定义为获得最大表面强度的磨削方式!可发现对于热压氮化硅陶瓷的金刚石磨削!其临界的9:;约等于$<+, 2-&尽管塑性域磨削方式能获得相当好的表面质量!但这种加工方式效率较低且成本高&一种可能的增加塑性流动并也能得到高磨除率的加工方式是采用高的砂轮磨削速度&提高砂轮速度FG可以在不降低材料去除率的前提下降低单颗磨粒的未变形切屑厚度!这就意味着单颗磨粒的磨削力较小!表面粗糙度小!表面碎裂少!表面强度损失减小&用+#$H金刚石砂轮磨削I=J K的实验结果表明!在+L$-.M速度下!表面崩裂的比例由#*-.M 的N O A降到+#A&尽管高速磨削可降低磨削力和砂轮磨损!提高被磨陶瓷工件表面加工质量和强度!但对高速和超高速磨削!还有许多问题需要解决!如砂轮平衡4安全性!大的主轴功率!充足的冷却液以及高速情况下急剧增加的滑擦效应和动水压力影响等问题&研究还表明!高速4超高速磨削中的表面破碎减少和塑性流动的显著增加可能与在较高磨削温度下所形成的玻璃相有关"L%!至于当磨削温度高时破碎比例减少是否能使强度损失减少还有待进一步研究&#讨论和结论陶瓷磨削在材料去除机理4损伤机理和其它加工现象等方面与金属磨削有很大的不同!陶瓷的磨削加工受很多因素的影响!如机床刚度4砂轮磨粒尺寸和粘结剂类型4磨削加工工艺参数4工件P$+,+P 中国机械工程第+Q卷第+O期#$$#年6月下半月万方数据材料特性!修整条件和冷却液的供给状况等"用来磨削加工陶瓷的机床必须是机床刚度高!振动小!冷却系统好!运动定位精确!动态平稳及具有多轴#$#功能"在陶瓷加工中%其目标就是在不损伤最终加工产品的机械性能前提下尽可能地提高材料的磨除性能和加工效率"显然%开发新的高效!低成本!低损伤的加工方法%还需要深入地研究陶瓷磨削加工的材料去除机理"可以认为%在陶瓷材料的材料去除机理中%一般有脆性断裂去除!粉末化去除以及塑性成形去除等&种方式"陶瓷工件材料的特性如其强度!硬度和断裂韧性显然是控制其材料去除中脆性断裂和塑性变形的主要因素"当然其它因素诸如磨粒切削深度!砂轮及其修整条件!机床刚度等%也是影响陶瓷元件磨削加工中材料去除机理的主要因素"参考文献’()*于怡青%徐西鹏%沈剑云等+陶瓷磨削机理及磨削加工技术研究进展+湖南大学学报%),,,%-./-0’1234.(-*567896::;<%5=>?@6A B;%C=D7E8?F D F=GH I J K+G L>A M>N D676:O M=:>P F Q>R F=86:S>P9D7F B#F=>?D P8+T77>A86:N9F#U V W%),2,%&2/-0’.,,3X Y2(&*Z[;;<%\>9>7?D=O%U L F8Q<+S>N F=D>A V F?6L>A>7B]>?>^F_6=?>N D67SF P9>7D8?8D7‘=D7B D7^O D A D P67$D N=D B F+\+S>N F=+V F8+%),,.%))’)X)X3)X-1(1*Q U<%Q D>L5a+O M=:>P F b O M c8M A:>P F]>?>^F>7B N9F_=>P N M=F O N=F7^N96:‘=6M7B#F=>=7D P8+\+S>N F=+W=6F+5F P976A+%),,.%4X’-Y X3--Y(4*d;T$‘C D%;6e F85]+S>N F=D>A f V F P N>A SF P9>7D8?8D7‘=D7B D7^#F=>?D P8+T77>A86:N9F#U V W%),,1%1&/)0’&Y43&Y2(.*S>A E D7O%V D N N F=\G+‘=D7B D7^SF P9>7D8?>7B O N=F7^N9]F^=>B>N D67:6=#F=>?D P8+T O SG+\+6:G7^+:6=U7B+%),2,%)))’).X3)X&(X*S>A E D7O%;e>7^5a+‘=D7B D7^SF P9>7D8?8:6= #=>?D P8+T77>A86:N9F#U V W%),,.%14/-0’4.,342Y(2*#67e>R\#%<D=P97F=;W+#=>P EC=>7P9D7^>8> SF P9>7D8?6:#=M89D7^]M=D7^‘=D7B D7^+\+T?F=%#F=>?+O6P+%),2.%.,’.Y&3.Y X(,*<D=P97F=;W+]>?>^FW F7F N=>N D67>NG A67^>N F B S>P9D7D7^‘=66L F8D7;6N f W=F88F B O D&$1+\+T?F=+#F=>?+O6P+%),21%.X’)-X3)&-()Y*C D:>765‘%]6e5T%O P>N N F=^66B V g+ ]M P N D A F f V F^D?F‘=D7B D7^’T$F e5F P976A6^R:6=S>P9D7D7^C=D N 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ENGINEERING年，卷(期)：2002,13(18)被引用次数：13次1.Kirchner H P Damage Penetration at Elongated Machining Grooves in Hot-Pressed Si3N4 19842.Conway J C;Kirchner H P Crack Branching as a Mechanism of Crushing During Grinding 19863.Malkin S;Hwang T W Grinding Mechanisms for Cramics 1996(02)4.Malkin S;Ritter J E Grinding Mechanism and Strength Degradation for Ceramics 19895.Xu H H K;Jahanmir S;Ives L k Material removal and damage formation mechanisms in grinding silicon nitride[外文期刊] 1996(11)6.Tonshoff H K;Trampold H;Brinksmeier E Evaluation of Surface Layers of Machined Ceramics 1989(02)7.于怡青;徐西鹏;沈剑云陶瓷磨削机理及磨削加工技术研究进展 1999(02)8.Marshall D B;Lawn B R;Evans A G Elastic/Plastic Indentation Damage in Ceramics:The Latered Crack System 1982w B R;Swain M V Microfracture Beneath Point Indentation in Brittle Solids 1975(10)rchuk T J;Conway Jr J C;Kirchner H P Crushing as a Mechanism of Material Romoval During Abrasiue Machining 198511.Subramanian K;Ramanath S;Matsuda Y O Precision Produotion Ginding of Fine Ceramics1990(540)12.Inacio Regiani;Fortulan C A;Purquerio B de M Abrasive Machining of Advance Ceramics2000(01)13.Bifano T G;Dow T A;Scattergood R O Ductile-Regime Grinding:A New Technology for Machining Brittle Materials 199114.Zhang Bi;Howes T D Material-Rectal Mechanisms in Grinding Ceramics 199415.Li K;Liav T W Surface/Subsulface Damage and the Fracture Strength of Ground Cerarnics 199616.Mayer J E;Fang G P Diamond Grinding of Silicon Nitride Ceramic 199317.Xu H H K;Jahamir S Microstructure and Material Removal in Scratching of Alumina 199518.Zhang B;Tokura H;Yoshikawa M Study on Surface Cracking of Alumia Scratched by Single-point Diamond 198819.ConwayJr J C;Kirchner H P The Mechanics of Crack Inititation and Propagation Beneath a Moving Sharp Indentor 198020.Chiang S S;Marshall D B;Evans A G The Response of Solids to Elastic/PlasticIndentation.II.Fracture Indentation 1982wn B R;Evans A G A Model for Crack Initiation in Elastic/Plastic Indentation Field[外文期刊] 1977(12)1.张国青.黄辉.徐西鹏钎焊单层金刚石薄壁钻头钻削工程陶瓷的研究[期刊论文]-矿冶工程 2008(3)2.郭力.李波.盛晓敏.黄含工程陶瓷磨削温度研究的进展[期刊论文]-中国机械工程 2007(19)3.张国青.徐健钻削工程陶瓷时的金刚石磨粒磨损特征研究[期刊论文]-池州师专学报 2007(3)4.郭力.李波工程陶瓷磨削温度研究的现状与进展[期刊论文]-精密制造与自动化 2007(4)5.郑建新.徐家文.吕正兵陶瓷材料延性域磨削机理[期刊论文]-硅酸盐学报 2006(1)6.程锋纳米结构WC/Co涂层的精密磨削及磨削后磨损性能研究[学位论文]硕士 20067.顾金泉石英玻璃ELID磨削表面质量研究[学位论文]硕士 20068.郭丽高性能轻质装甲材料加工技术的研究[学位论文]硕士 20069.李少华陶瓷复合装甲的加工技术研究[学位论文]硕士 200610.邓朝晖.张璧卧矩台精密平面磨削纳米结构WC/12Co涂层材料去除机理[期刊论文]-南京航空航天大学学报 2005(z1)11.朱洪涛.林滨.吴辉.于思远.王志峰陶瓷磨削机理及其对表面/亚表面损伤的影响[期刊论文]-精密制造与自动化 2004(2)12.沈剑云结构陶瓷磨削机理与热特性分析[学位论文]博士 200413.郑建新硬脆材料精密微孔缓进给超声钻磨理论与试验研究[学位论文]硕士 2003本文链接：/Periodical_zgjxgc200218024.aspx。
工程陶瓷磨削力的研究现状与进展
工程陶瓷磨削力的研究现状与进展116024 大连理工大学机械工程学院 贺永 董海 马勇 张弘 摘要 本文综述了近几年来国内外关于工程陶瓷磨削加工中磨削力的研究现状及进展,包括磨削力与陶瓷材料的显微结构及性能、磨削用量、机床刚度、磨削砂轮及磨削液的关系的研究。
最后提出了在工程陶瓷磨削力方面,今后应重点开展的研究工作。
关键词 工程陶瓷 磨削力 研究进展ABSTRACT The present paper is intended to provide a summarization about the research development of grinding force during grinding engineering ceramics home and abroad in recent years,including the investigations about the relationship be2 tween grinding force and microstructure&characteristics of ceramics,grinding parameters,machine rigitity,diam ond wheels and grinding fluid.At the end of the paper,several new methods and research aspects concerning grinding force during grind2 ing engineering ceramics are brought forward.KE YWOR DS Engineering ceramics G rinding force Research development1 前言工程陶瓷因其独特的分子构成而具有许多优良的物理、化学、机械性能,如较高的硬度和强度,较强的耐腐蚀、耐磨损、耐高温能力等,在航空航天、化工、军事、机械、电子等领域的应用前景十分广阔,它可用来制造发动机的耐热件、机械传动中的耐磨件、化工设备中的耐蚀件及密封件等等。
纳米结构陶瓷涂层磨削表面残余应力的研究
６ ・ ２
纳米 结构 陶瓷涂层磨 削表面残余应力 的研 究 术
刘 伟香 周 忠 于 ，
（． １ 湖南理 工学院 机械 学院， 南 岳阳 ４ ４０ ；． 阳市交通培训 中心 ， 湖 １００２ 岳 湖南 岳 阳 ４ ４０ １００）
摘要 ： 用金刚石砂轮对 ｎ ＷＣ １Ｃ 涂层精 密磨 削后 ， — ／２ ｏ 零件表 面存在 残余应 力， 出本 次研 究的 结论 ， 出进 一步研 究的 得 提
ＬＩ ｅｘ ａ ｇ ，ＺＨ ＯＵ ｏ ｙ Ｕ Ｗ ｉｉ ｎ Ｚｈ ｎｇ ｕ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｔｒｐ ｅ ｉｅ ｇ ｉ ｄ ｎ — Ｃ １ Ｃｏ ｃ ａｉ ｇ ｔ ｉｍｏ ｄ ｗ ｅ ｌ，ｔ ｅｅ ｉ ｒ ｓｄ ａ ｔ ｓ ｎ ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ｆｐ ｒ ， ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｆｅ ｒ ｃｓ ｒｎ ｉ ｇ ｎ Ｗ ／ ２ ｏ ｔ ｓｗｉ ｄ ａ ｎ ｈ ｅ ｎ ｈ ｈ ｒ ｓ ｅ ｉ ｕ ｌ ｓ ｅ ｓ ｏ ｈ ｕ ｆ ｅ ｏ ａｔ ｔ ｒ ａ ｓ ｈ
纳米结构 ＷＣ １Ｃ （ —ＷＣ １Ｃ ） ／２ｏ ｎ ／２ ｏ 涂层材料是近年
磨损性能 、 表面硬度 、 断裂强度 、 疲劳强度 、 腐蚀强度都有
影响。
来国内外迅速发展的一种新型工程材料 ， 良的性能使 其优
其在工程上有着』 泛的应用前景。然而正 由于它的高硬
度和 良好 的耐磨 性使 其很 难加 工 ， 采用金 刚石 砂 轮 的磨 削 加工 是纳 米结 构 ＷＣ １Ｃ 涂 层 的 主要 加 工 方法 ， ／２ ｏ 由于磨
如何降低磨削表面残余应力 ， 提高零件表面质量 ， 提高其 使用可靠性和寿命 ， 着重要的意义。 有
面残余应力 的影响最大 ， 切削应力对残余应 力的影 响
陶瓷磨表面残余应力对零件强度的影响研究
关
键
词 ： 瓷 磨 刺 ； 奈 应 力 ｝ 裂 强 度 陶 践 断
文献标识码： Ａ
中 国分 类号 ： 牟 ． ； ３ ０３ ６ ４ＴＢ ２
Ｏｎ ｔ ｆ ｅ ｔｏ ｔｒ ａ ｅＲ ｅｉ ｅ ！Ｓ ｒ ｓｅ ｆＣｅ ａ ｃ Ｇｒ ｎ ｉ ｇ ｏ ａ ｔｒ ｔｅ ｇ ｈ ｈｅＥｆ ｃ ｆＳ ｌｒ ｃ ｓｄ ｓ ｔｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｍｉ ｉ ｄ ｎ ｎ Ｆｒ ｃ ｕ ｅ Ｓ ｒ ｎ ｔ
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Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｈｓ ｐ ｐ ｒ ｈ ｎ ｌｅ ｃ ｈ ｕ ｆｃ ｅ ｉｕ ｌ ｔ ｅ ｓ ｓ ｏ ｅ ａ ｉｓｇｒ ｄｉｇ ｏｌｆａ ｔ ｒ ｔ ｅ ｇ ｈ ｈ ｓ ｓｒ ｃ ：ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ｔｔ ｅ ｉ ｆｕ ｎ ｅｏｆｔ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ ｒ ｓｄ ａ ｒ ｓ ｅ ｆ ｃ ｒ ｍ ｃ ｉ ｎ ｉ ｒ ｃ ｕ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ａ ｓ ｎ
陶瓷磨削温度对表面残余应力的影响
广 试件
削 温 度 对 表 面残 余 应 力 和 变 质 层 的 影 响进 行 实 验
研究 。
１ 实 验 条 件
（ ）测 温试 件 结构 采 用 夹 式测 温结 构 。 １ 即在 两 试 件本 体 间 夹 入镍 铬 丝 和 镍 硅 丝 组 成 的 热 电偶 。 为 绝缘 起 见 ， 在镍 铬 丝 和 镍 硅 丝 之 间 加 入 云母 片并 用 环 氧 树 脂粘 接 。夹 式 热 电偶 在 磨 削过 程 中 ， 于 由 磨 削高 温 的作 用 。 试件 本 体 与 热 电偶 丝 在 顶 部 互 相 搭 接 或 焊在 一 起 形 成热 电偶 结 点 。见 图 １ 。
田 欣 利 于 爱 兵 林 彬
摘 要 ： 究 了磨削 热 对 陶 瓷表 面 残余 应 力 的影 响 。采 用 夹 式 热 电偶 结 构 和 研
高精 度 信 号 调 理 器 测 试 陶 瓷 磨 削 温 度 ， 据 正 交 设 计 法 测 量 的 磨 削 温 度 实 验 根
结果说 明 ： 削 温度 随 着磨 削深 度 和 砂 轮 速 度 的增 加 而提 高 ； 削深 度 ｎ 一 ３ 磨 磨 Ｏ ｍ 是 磨 削残 余 应 力 和 磨 削 温 度 曲 线 的转 变 点 ； 削 温度 随 着 连 续 磨 削 次 数 的 磨 增加 而增 加 ， 磨 削过 程 中磨 削 温度 具 有 明 显的 累积 效 应 。 在 关键词 ： 陶瓷 磨 削 ； 余 应 力 ； 削 温 度 ； 削参 数 残 磨 磨
压 范 围为 ５ 。 Ｖ
至 断裂 是 影 响 陶 瓷加 工 质量 的 关 键 ， 残 余 应 力 是 而 磨 削 裂纹 产 生 的 主要 原 因 。 产 生 残 余 应 力 的 多种 在 影 响 因 素 中 ， 削温 度 是 影 响 磨 削 残 余 应 力数 值和 磨
工程陶瓷材料磨削加工技术研究
文章编号：1000-2278（2012）01-0100-04工程陶瓷材料磨削加工技术研究邵水军赵波（河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作454000）摘要工程陶瓷材料具有优良的物理、化学、力学性能，在许多领域得到广泛的应用。
目前，使用金刚石工具（主要是砂轮）的磨削加工是工程陶瓷去除加工的基本途径。
本文概述了陶瓷材料磨削加工技术的进展，并对磨削后的陶瓷工件表面损伤进行了分析。
关键词工程陶瓷；磨削机理；磨削方式；表面损伤中图分类号：TQ174.75文献标识码：A0引言工程陶瓷具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及质量轻、导热性能好等优点，是继金属和塑料之后的“第三代结构材料”，在国防、航空航天、电子、汽车等领域得到了广泛的应用[1,2]。
但是，工程陶瓷也存在着某些缺陷，主要表现为它的脆性大(易产生裂纹)、均匀性差，韧性、强度不高，可靠性低，可加工性差等。
而工程陶瓷材料的应用需要高表面完整性和尺寸精度，而且其对加工表面层特性的要求也非常苛刻。
工程陶瓷材料加工占材料的总成本的50～70%，高加工成本以及难以控测的加工表面损伤层，极大地限制了其广泛应用[2,3]。
当前，传统的加工方法已经不能满足现代科技的需要，有关工程陶瓷精密超精密磨削加工技术和材料表面成形技术已成为当今世界各国研究的热点[4]。
1工程陶瓷的特性[5-7]陶瓷材料是典型的硬脆材料，是指由金属和非金属元素的氧化物、碳化物、氨化物、硼化物、硫化物、硅化物及复合化合物所构成的材料。
工程陶瓷主要指可用于工程方面的具有高强度、高耐磨性、耐高温、由氧、碳、硅、硼等材料烧结而成的陶瓷材料。
陶瓷材料的性能取决于晶体点阵结构。
陶瓷材料的原子间结合力主要为离子键、共价键或离子共价混合键。
不同陶瓷材料的共价键和离子键所占的比例不同，性能也有所差异。
共价键的主要特点是它的方向性，使晶体拥有较高的抗晶格畸变和阻碍位错运动发展的能力，使陶瓷呈现出较高的硬度和弹性模量；离子键晶体的方向性不明显，主要表现为静电作用力，它是决定离子键陶瓷结构的主要因素。
磨削参数对陶瓷加工表面粗糙度影响的实验研究
第3期(总第130期)2005年6月机械工程与自动化ME C H A N I C A L E N G I N E E R I N G &A U T O MA T I O NN o .3=====================================================================J u n .文章编号:1672-6413(2005)03-0090-03磨削参数对陶瓷加工表面粗糙度影响的实验研究李向东(山西机电职业技术学院,山西长治046011)摘要:介绍用正交实验法分析磨削反应烧结S i 3N 4陶瓷时,树脂结合剂金刚石砂轮磨削参数对表面粗糙度的影响。
通过对砂轮粒度、砂轮速度、磨削深度、进给速度等四因素及各因素之间交互三水平实验的数据分析,找出了对表面粗糙度影响的一些规律,确定了降低表面粗糙度的磨削参数优化组合。
该研究结果完善了单因素分析形成的影响规律,对生产领域有重要的指导意义。
关键词:陶瓷;磨削参数;表面粗糙度;研究中图分类号:T G 580.6文献标识码:A收稿日期:2004-12-30作者简介:李向东(1962-),男,山西高平人,副教授,硕士。
0引言本实验采用正交试验法研究用金刚石砂轮磨削加工陶瓷材料时砂轮粒度、磨削深度、砂轮速度、工件进给速度等因素及不同因素搭配对磨削加工表面粗糙度的影响,从而寻找砂轮特性和磨削用量参数的合理组合,提供合理选用砂轮特性和磨削用量参数的规律。
1实验设计1.1实验条件本实验选择使用陶瓷磨削加工中应用最广泛的树脂结合剂金刚石砂轮,砂轮浓度为100%(砂轮中金钢石的质量分数为100%),砂轮直径300m m 。
试件采用反应烧结氮化硅陶瓷材料,磨削加工使用H Z -63型精密卧轴矩台平面磨床,水基磨削液,以R a 值作为表面粗糙度评定参数。
1.2实验因素和因素水平本实验研究的单因素有四个,各因素取三水平,详见表1。
陶瓷梯度耐磨涂层中残余热应力的有限元分析_曾庆东
va ria bles betw een its inter na l fo rce a nd coefficient of elastic founda tion is fo rmula ted. Creep o f concre te producing effec t on str ess o f beam bo dy structure is a naly zed. For instance o f the co nstr uc tion o f a concre te beam on ela stic founda tio n, eno ugh stiffness o f elastic founda tion must be co nst ructed, so that the beam body is ensur ed not to split during the co nstructio n. Thr ough discussion of limit stiffness and flexible fo undatio n, those r esults a re accor ded with primar y str uctur e a na ly sis theo ries. Acco rding to stress test and so lutio n theo re tica lly , it is v ery impo r tant to co nstruct ra tional mo del of finite element analys is .
磨削工艺对车轴表面应力状态影响分析及工艺优化
极 差
１１ １２ ０ ７ １０ ．７ ．８
在表 ５ ～表 ７中 ， 用隶 属 度 来 表示 分 数 。隶 属
度 ｙ ＝（ Ｉ ）（ｍ —Ｃｉ ， 中， 表示指标 Ｃ—ｃｌ ／Ｃ ａ ｍ ）其 Ｔ ｉ ｘ Ｃ 值 ， 和 Ｃｉ ｃ 分别表示指标 的最大值 和最小值 。 ｍ
显 然 ，， ＝ １ ）１ ０所 以 ０≤ ７ ≤ １两个 方 ） ，，ｉ Ｉ Ｔ ＝ ， 。 向应力 的权 重 分别 为 １０ ＝０ ５ ９ ０ ５那 么 ７ ａ ． ， ＝ ． ， １
３ 结束语
通 过 以上研 究 发 现 ， 削深 度 、 轮 转 速 以及 磨 砂
工件转速等参数是影响磨削表面残余应力 的主要
过 改变 加工 工艺 来 改 善 车 轴 表 面状 态 的研 究 则 较
少 。至于磨削残余应力的形成机理， 普遍认为其产 生 主要是 由磨 削 力 及 磨 削 温 度 决 定 的＿＿ ５ ８。有 学 Ｊ 者 针 对 特 定 的材 料 进 行 了磨 削 残 余 应 力 的研 究［ 加 ， Ｊ提出可以通过选择较小磨削深度 、 较低 的 砂轮速度和较高 的工作 台速度来 达到减小残余拉
残余应力 为考察对象 ， 对磨 削工艺参数进行 了优
化 ， 出 了各 参 数 的一 个 相 对 理想 的 区间 范 围 ， 得 对 于生产 实践 具有 相 当的指 导意 义 。
参考 文献 ：
［ ］ 封全保 ， １ 刘建新 ， 吕士勇 ． 车轴表面应力分析［］ 交通运输工 Ｊ． 程学报 ，０ ５ ５ ３ ： ４． ２ ０ ， （ ）１ ［］ 徐 ２ 悦 ．经喷丸处理后 ４ ０＃车轴 钢裂纹的萌 生及其沿 表面 的扩展 ［］河北理工学院学报 ，９ ７ １ （ ） １ Ｊ． １ ９ ，９ ２ ：３—１ ． ８
纳米结构陶瓷涂层磨削表面残余应力的研究
纳米结构陶瓷涂层磨削表面残余应力的研究纳米结构陶瓷涂层具有优异的物理和化学性质，在工业领域得到了广泛应用。
然而，在制造过程中，涂层表面会存在磨削表面残余应力，会影响其性能。
本文将介绍一些关于纳米结构陶瓷涂层表面残余应力磨削的研究。
将纳米结构陶瓷涂层施加于基础材料表面，往往是利用化学气相沉积等方法得到的。
然而，磨削涂层表面可能会引起塑性变形，如材料弯曲和切割等。
这些变形会导致残余应力的产生，进而导致材料的破裂和损伤。
考虑到材料表面的残余应力是否存在，以及其强度和分布方式的研究是非常重要的。
研究发现，纳米结构陶瓷涂层表面的残余应力与其制备过程中涂层薄层内部的应力、强度等性质密切相关。
在磨削涂层表面时，由于材料内部的晶体畸变引起了弹性能的差异，因此表面出现残余应力也是可以理解的。
在磨削过程中，塑性变形也会导致残余应力的变化，而不同的磨削方式和参数也会对残余应力产生影响。
最近的一些研究表明，通过在涂层表面添加界面含量，可以显着地提高其磨削表面残余应力的抵抗力。
另外，纳米结构陶瓷涂层中的晶界、缺陷和微孔等结构也会对残余应力产生显著影响。
因此，在制备涂层时，可以通过控制粉末中的缺陷和孔隙等因素，来调节磨削表面残余应力的分布。
为了更深入地了解纳米结构陶瓷涂层中表面残余应力的形成和演化机制，还需要进一步的研究。
例如，可以利用电子显微镜和成像技术等手段，对材料结构和变形进行更直接的观察和分析。
同时，也需要引入新的理论和模型，以定量预测和描述纳米结构陶瓷涂层中表面残余应力的分布和演化规律。
总之，磨削表面残余应力是影响纳米结构陶瓷涂层性能和寿命的重要因素之一。
通过加强对材料中残余应力的研究，可以指导材料的制备和加工，提升其性能和应用范围。
由于没有数据提供，因此在此无法进行详细分析。
但是可以提供一些可能与磨削表面残余应力相关的数据。
1. 材料结构数据：纳米结构陶瓷涂层材料的晶体结构、晶粒尺寸、形貌等结构参数都对其残余应力产生显著影响。
磨削过程残余应力
1 磨削表面残余应力的形成机理塑性凸出效应的影响磨削时，由于磨粒切刃具有大的负前角，变形区的塑性变形非常严重，在磨粒刃尖前方区域将形成复杂的应力状态。
在磨粒切刃刚走过的表面部分上，沿表面方向出现塑性收缩、而在表面的垂直方向出现拉伸塑性变形——这就是塑性凸出效应，结果磨削表面出现残余拉应力。
挤光作用的影响在切削加工过程中，刀具和工件之间会产生作用力。
垂直于被加工表面的作用力和由此产生的摩擦力一起对被加工表面产生挤光作用。
当刀刃不锋利或切削条件恶劣时，挤光作用的影响更为明显，挤光作用会使零件表面产生残余压应力。
热应力的影响磨削时，磨削表面层在磨削热的作用下产生热膨胀，而此时基体温度较低，磨削表面层的热膨胀受到基体的限制而产生压缩应力。
当表面层的温度超过材料的弹性变形所允许的温度时，表面层的温度下降至与基体温度一致时，表面层产生残余拉应力。
磨削液冷却效应磨削过程中，由于磨削液的使用，磨削表面层在冷却过程中会产生一个降温梯度，它与热应力的影响刚好相反，它可减缓由热应力造成的表面残余拉应力。
磨削过程中，除了上述影响残余应力的因素外，还有表面层的二次淬火及表层的回火现象。
2 磨削表面残余应力数学模型的建立通过上述分析可知，影响磨削表面残余应力的主要因素可归纳为：磨削力、磨削温度和磨削液的冷却性。
力和温度是磨削过程中产生的两种磨削现象，直接对残余应力产生影响；而磨削液对残余应力的影响，一方面是通过表面的降温过程直接产生的，另一方面是通过对力和温度的影响间接产生的。
本文试图通过对力和温度的试验数据，以及磨削表面二维残余应力测试数据的数学处理，给出一种反映力、温度和磨削液的冷却性能与表面残余应力关系的数学模型。
数学模型中应包括上述影响磨削表面残余应力的因素，即σRT=σF+σR+σL式中：σRT——磨削表面残余应力σF——磨削力的影响σR——磨削温度的影响σL——磨削液冷却性能的影响1) 磨削力与残余应力关系的数学模型首先依据图1所示的模型来分析残余应力与塑性变形之间的关系。
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工程陶瓷材料具有高强度 、高硬度 、高化学稳定性 ，它耐高温 、耐腐蚀 、耐磨损 ，所以在电子 、机
械 、化工 、通讯等领域得到了广泛 的应用。 然而 ，由于陶瓷材料的高硬度和高脆性 ，使其很难加工 ，磨削是工程陶瓷的主要加工方法 ，使用金 刚石工具 （ 主要是砂轮 ） 的磨削加工 ，是最合适的加工工程陶瓷 的方法 ，但不幸的是 ，陶瓷零件在磨削
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第 １ ９卷 第 ３期
２０ ０ ６年 ９月
湖南 理工 学 院学报 （ｆ然科 学 版 ） ｛
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｎ ｎＩｓｉｕｅｏ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ Ｎａｕａ Ｓ ｉｎ ｅ ） ｏ ｒａ ａ ｎｔ ｔ ｆ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ（ ｔ ｒｌ ｃｅ ｃ ｓ ｏ Ｈｕ ｔ Ｓｃ
ＶＯ ．９ Ｎｏ ３ Ｉ ． １ Ｓ ｎ２ ０ ｅ ．Ｏ ６
工程 陶瓷磨削表面 残余应 力与
磨削条件 及零件性 能 的关系研 究
刘伟香
（ 湖南 理工学院 机 电系，湖南 岳 阳 ４ ４ ０ １０ ０） 摘 要：作 为特殊 的硬脆 工程 材料 ，陶瓷零 件的表 面性能对表面应力状 态非常敏感 ，残余压应力在一定程度可以提 高 零件强度和表 面性能，尤 其是提 高断裂强度 ，残余拉应 力的作 用则相反；磨 削参数的选择和磨 削温度对残余应 力有很 大的 影响 ，改善磨 削条件可 以改善表 面性 能，在一 定范围内加 大磨 削深度 、降低磨 削温度有利于产生对表面性能有益的残余压
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应力。
关键词：工程 陶瓷；磨 削；表 面残余应 力：强度 ；磨 削温度
中图分类号 ：Ｔ ４ ４５ Ｂ８． 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：ｌ７ ．２ ８２ ０ ）３０ ６ ．４ ６ ２５ ９ （０ ６０ ．０４０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ０ ｅａ ｉ ｎ ｍ ｏ ｇ ｒ ｓｄ ａ ｒｎ ｉ ｇｓｒ ｓ ｓ ａ ｃ ｆ ｌ ｔｏ ｓａ ｒ ｎ ｅ ｉ ｕ ｌ ｉ ｄ ｎ ｔ ｅ ｓ， ｇ
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