非金屬材料的機(jī)械加工

1、非金屬材料的機(jī)械加工第一節(jié) 石材的加工天然石材( nature stones) ：建筑物的裝飾材料, 自然本色、絢麗多彩、美觀耐用、豪華氣派，現(xiàn)代高檔建筑裝飾的理想選擇。我國石材資源極為豐富，目前已探明的花崗石儲量達(dá)千億m3,有150多個花色品種，大理石儲量為2000億m3,有390多個花色品種，其資源儲量及花色品種占世界首位。石材加工由平面板材為主向平面板材、圓柱體、多面體、曲面體、雕刻品等多品種石材制品發(fā)展。采用鑿子和鏨子等進(jìn)行剝落和研磨的手工方式加工石材的傳統(tǒng)加工方法，有著悠久的歷史， 但粉塵和勞動強(qiáng)度大， 工效低， 尺寸精度和表面質(zhì)量較差。 從本世紀(jì) 70 年代至今，陸續(xù)研制出各種專用

2、機(jī)械加工石材設(shè)備，如金剛石繩鋸、金剛石鋸切機(jī)、立式雕刻機(jī)、多功能數(shù)控加工中心等，其工作效率大大超過了手工加工，并且實現(xiàn)了石材的工業(yè)化批量生產(chǎn)。一、石材的切割加工1金剛石鋸切機(jī)加工金剛石鋸切工具( diamond sawing tools) ：切削性能和抗磨損性能優(yōu)越，在石材等許多工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，但金剛石鋸片造價較高，其使用壽命直接影響石材的加工成本。因此，在正確選擇鋸片的同時，應(yīng)采用合理的鋸切工藝參數(shù)，以提高鋸片使用壽命和切割效率。( 1) 金剛石鋸片的磨損金剛石鋸片(diamond blade)的磨損性能是反映鋸切工藝參數(shù)合理性、鋸切工具性能、石材可鋸切加工性的重要指標(biāo)之一。典型的金剛石

3、磨損過程為：金剛石出刃-達(dá)到工作高度-破碎-結(jié)合劑磨蝕-金剛石再出刃-磨粒破碎-磨粒完全脫落。金剛石磨粒的磨損過程中， 不斷進(jìn)行的微破碎、 局部破碎過程使得新的切削刃不斷產(chǎn)生，鋸片處于鋒利切削狀態(tài)，切削效率高，切削功率消耗降低，但鋸片使用壽命降低；而金剛石的不斷磨平和拋光，會使切削刃鈍化，切削力增大，切割效率降低，而鋸片的使用壽命有所( 2)鋸切工藝參數(shù)選擇鋸切工藝參數(shù)中，鋸切速度對鋸片磨損性能影響最大，它主要是通過引起鋸切溫度和機(jī)械載荷的變化，導(dǎo)致金剛石磨粒產(chǎn)生不同形態(tài)的磨損。在低速區(qū)，機(jī)械載荷對鋸片磨損起著主要作用，增大鋸切速度，單顆金剛石磨粒切削厚度及有效切削面積減小，因此，機(jī)械載荷隨之

4、減小，鋸片徑向磨損減小，金剛石磨損形態(tài)以磨平、脫落為主；在高速區(qū)，機(jī)械載荷沖 擊及熱載荷對鋸片磨損有決定性影響，隨著鋸切速度的提高，熱載荷及機(jī)械載荷沖擊作用增 大，鋸片磨損加劇，金剛石磨粒以破碎形式居多。鋸切深度和進(jìn)給速度的改變主要是通過引起機(jī)械載荷的變化影響鋸片磨損性能。增大鋸切深度或進(jìn)給速度，單顆金剛石磨料切削厚度隨之增大，切削載荷增大，鋸片磨損加劇。此 外，增大鋸切深度，還會使金剛石磨粒與巖石接觸弧長隨之增大，由于摩擦作用，金剛石磨 損形態(tài)以磨平為主，切削刃變鈍，從而使切削載荷增大，鋸切過程不穩(wěn)定。在相同鋸切率情 況下，采用大鋸切深度小進(jìn)給速度時，金剛石磨粒的切削厚度相對減小，切削路徑長

5、，金剛 石磨粒的磨損形式以熱載荷作用導(dǎo)致的磨平為主，而破碎的磨粒數(shù)減少；采用小鋸切深度、 大進(jìn)給速度時。金剛石磨粒的切削厚度增大，切削路徑短，此時，金剛石磨粒的磨損形式以 機(jī)械載荷及其沖擊作用導(dǎo)致的金剛石破碎為主。止匕外，鋸片本身的形狀，如直徑、齒數(shù)、槽 石材的材質(zhì)、冷卻液的選擇等對鋸切過程也有 響。因此，在石材的鋸切加工中，需對多方面 慮，以獲得最理想的鋸切效果。(3)石材鋸切機(jī)加工方法1)圓筒切機(jī)加工用金剛石圓筒切機(jī)可進(jìn) 柱面加工，圖41為圓筒切機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。將圖4-1寬等，以及著重要的影因素綜合考行石材的圓4-3荒料固定在料車7上，由進(jìn)給電機(jī)4帶動進(jìn)給傳動軸31.圓筒刀具2-主電機(jī)3-

6、進(jìn)給傳動絲杠轉(zhuǎn)動，并帶動橫梁 6作垂直方向進(jìn)給運(yùn)動。同時，主4-進(jìn)給電機(jī)5-立柱&橫梁7-料車電機(jī)2經(jīng)皮帶帶動金剛石圓筒刀具1作旋轉(zhuǎn)切割運(yùn)動。進(jìn)給電機(jī)采用無級調(diào)速，其速度范圍 為0.99mm/min。圓筒金剛石刀具剛度大，加工精度好，效率高2)仿形切機(jī)加工 仿形切機(jī)可進(jìn)行石材曲面的加工，圖 4-2為其結(jié)構(gòu)簡圖。根據(jù)所需曲面形狀，用其它材料制作同形樣板 5,并固定在橫梁6上；與鋸片3同直徑的靠輪4,由電機(jī)驅(qū)動沿樣板5作曲面運(yùn)動，并控制液壓缸 9上下位移；以帶動金剛石鋸片3的主軸作垂主切削運(yùn)動 壓缸垂直運(yùn) 所決定。當(dāng)直進(jìn)給運(yùn)動。金剛石鋸片3由電機(jī)帶動，作 鋸片的進(jìn)給運(yùn)動，由主軸橫向進(jìn)給運(yùn)動

7、和液 動合成。因此，石材橫向廓形由樣板的形狀靠模輪在樣板上完成一次橫向行程后，由電機(jī)帶動橫梁6沿縱向?qū)к?運(yùn)動，其縱向位移距離等于鋸片寬度，然后再進(jìn)行橫向切割，重復(fù)上述動作即可切出所需尺寸的石圖42仿形切機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖材曲面。仿形切削適于大批量生產(chǎn)，可以切割各1-工作臺2-石料3-鋸片4-靠輪5-樣板種凹凸曲面。6-橫梁7-操作臺8-縱向?qū)к?-液壓3)數(shù)控機(jī)床加工和數(shù)金剛石運(yùn)動和坐標(biāo)直接在計算設(shè)什，并按加工順序在屏幕上演示全部圖4 3數(shù)控車床結(jié)構(gòu)簡圖加工石材的數(shù)控機(jī)床主要有：數(shù)控車床 控銃床。圖43為數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)簡圖。 刀具由計算機(jī)控制，可實現(xiàn)三個坐標(biāo)方向的 軸聯(lián)動，以加工各種異型曲面。操作人

8、員可 機(jī)的屏幕上，對被加工石材的圖樣進(jìn)行造型加工運(yùn)動軌跡(可進(jìn)行剪裁、編輯和修改)并根1-床身2-工件3-主軸箱4-主軸5-橋架馬達(dá)據(jù)其廓形編程。符合要求后，將設(shè)計的石材廓形片升降電機(jī)6-橫梁7-金剛石切片8-切片升降導(dǎo)軌9-切轉(zhuǎn)換成數(shù)控加工程序，輸入到機(jī)床的控制系統(tǒng)中，10-橫向運(yùn)動電機(jī)11-金剛石切片動力頭控制系統(tǒng)發(fā)出位移和速度指令，以控制機(jī)床伺服12-磨頭13-縱向橋架系統(tǒng)的運(yùn)動。伺服系統(tǒng)通過伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，帶動刀架完成各坐標(biāo)方向的運(yùn)動,實現(xiàn)各種曲面的加工。數(shù)控機(jī)床加工精度高，但相應(yīng)地加工成本也高2.金剛石純鋸加工(1)金剛石純鋸結(jié)構(gòu)金剛石純鋸(diamond wire saw

9、)由彈 載體金屬絲網(wǎng)、金剛石環(huán)塊與連接件組成。 圖4 4所小。金剛石環(huán)塊安裝在金屬絲網(wǎng) 間墊以特殊橡膠套，用來保護(hù)金屬絲網(wǎng)，性橡膠套、 其結(jié)構(gòu)如 上，兩環(huán)塊 同時使純鋸有較高的柔性。金剛石環(huán)塊圖4 4金剛石純鋸簡圖可用電鍍法將金剛石顆粒固定在環(huán)上，也可用燒結(jié)法制備。燒結(jié)法制備的金剛石環(huán)塊更耐磨 損，并有自銳性，使用壽命較長。金屬絲網(wǎng)使純鋸具有足夠的強(qiáng)度。在絲網(wǎng)中供冷卻液，使其容易進(jìn)入切削區(qū)內(nèi)，以冷卻潤滑金剛 并能清除磨屑使鋸切順利進(jìn)行。(2)純鋸的安裝石環(huán)塊,定。因其段間利用 連接，并 環(huán)的外徑 目的是保證全長上各金剛石環(huán)均勻磨圖4 5金剛石純鋸工作示意圖金剛石純鋸長度一般根據(jù)需要來選 較長，

10、多做成很多分段，純鋸是由各分 其端面緊固用的鋼套(或銅套)管螺紋 將純鋸張緊。繩鋸在安裝前要檢查各個 使其大小均勻一致，其差要小于0.2mm,損。純鋸總長應(yīng)是所需長度的11.5倍，使其能寬松地安裝在設(shè)備上為宜。但另一方面要盡可能的短，以防止工作時彈跳使繩鋸損壞(見圖 4 5)。在安裝純鋸前，先在礦山巖石上用特制鉆具鉆孔。鉆孔要求：在純鋸水平方向孔徑為80mm, 垂直方向孔徑為34mmo純鋸穿過孔并裝在主動輪上，然后用張緊輪張緊并緩慢轉(zhuǎn)動，當(dāng)純 鋸消除彎曲不離開工件時即可開始切削。在天然石材加工中，直徑為 6mm的純鋸常用于臺式設(shè)備上。用大型設(shè)備切割大型石材， 可選用直徑16mm的純鋸。金剛石純

11、鋸已在石材加工、建筑、土木工程中成功使用，但其缺點(diǎn)是純鋸為柔性刀具， 加工尺寸精度較差，表面粗糙度大。3.高壓水射流加工利用超高壓水射流技術(shù)切割石材、 具有加工效率高、噪聲低、無粉塵污染、石材切縫窄、 加工表面質(zhì)量好、易實現(xiàn)微機(jī)自動控制等特點(diǎn)。同時可以方便地切割不同硬度、不同厚度的 石材，特別是對于形狀復(fù)雜的異形石材加工，更具有憂越性。超高壓水射流(ultrahigh pressure water jet)加工設(shè)備主要由以下幾部分組成：供水系 統(tǒng)，由水泵、電機(jī)、水箱、過濾器等組成，其作用是提高水壓至3MPa,并供給增壓系統(tǒng)。增壓系統(tǒng)，在液壓泵的作用下，將水壓由 3MPa增到300400MPa。

12、蓄能器，其作用是積 存一定量的高壓水，以吸收來自增壓器的脈沖水流和工作時斷續(xù)引起的沖擊，保證工作時獲 得連續(xù)、穩(wěn)定的超高壓水流。噴嘴及運(yùn)動控制系統(tǒng)，主要采用寶石制造的噴嘴，其直徑據(jù) 石材硬度及厚度選擇，一般選擇 0.150.75mm。同時采用加磨料裝置，使磨料與水混合，共 同對石材進(jìn)行切割。磨料一般采用石榴石。水射流切割石材的原理如圖4 6所示。當(dāng)高 入混合室時，其流速可達(dá)到音速的 23倍左右， 處產(chǎn)生很大的負(fù)壓，抽吸來自磨料倉中的石榴石 石磨料在水射流的作用下產(chǎn)生較大的沖擊能量， 射出對被加工石材表面產(chǎn)生很大的沖擊力，沖擊 速度的平方成正比。當(dāng)這種沖擊強(qiáng)度達(dá)到和超過壓水射流進(jìn) 在磨料入口 磨

13、料。石榴 經(jīng)磨料噴嘴 強(qiáng)度與射流 石材的抗壓強(qiáng)度極限時，在射流沖擊處圖4-6超高壓水射流工作原理形成粉末狀的石材切屑，沿著磨料水射流噴嘴的運(yùn)動方1.石材；2-磨料；3-高壓水噴嘴；向，在石材上形成切口。4-混合室；5-磨料水噴嘴超高壓水射流切割石材時，切割參數(shù)的選擇對切割質(zhì)量有重要的影響。當(dāng)磨料水射流的 壓力增加時，其流速增加，磨料的沖擊動能增大，石材的切割深度也隨之增大。噴嘴移動速 度增大，磨料水射流切割能力降低。噴嘴靶距增大，磨料水射流集束性降低，切割能力降低。 所以應(yīng)選擇合理的切割參數(shù)以提高切割效率。二、石材的研磨與拋光研磨工序一般分為粗磨、半細(xì)磨、細(xì)磨、精磨、拋光等五道工序。拋光是石材

14、研磨加工的最后一道工序。進(jìn)行這道工序的結(jié)果，將使裝飾石材表面具有最 大的反射光線能力以及良好的光滑度，并使石材固有的花紋色澤最大限度地顯示出來。1 .石材磨拋方法與工具石材的拋光方法：一種方法是用散狀磨料與液體或軟膏混合成拋光懸浮液或拋光膏作為拋光劑，用適當(dāng)?shù)难b置加到磨具或工件上進(jìn)行拋光。所用磨料有金剛石微粉、碳化硅微粉和白剛玉微粉等。不同 的磨料要配合采用不同材質(zhì)的磨具。使用碳化硅磨料時要用灰鑄鐵磨具，而使用金剛石磨料 時則最好用鍍錫磨具。另一種方法是用粘結(jié)磨料，即把金剛石、碳化硅或白剛玉微粉作磨料 與結(jié)合劑，以燒結(jié)、電鍍或者粘結(jié)的方法制成磨塊。固定到磨盤上制成拋光磨頭。小磨塊一 般用瀝青或

15、硫磺等材料粘接，大磨塊則用燕尾槽連接到磨盤上。采用散狀磨料進(jìn)行拋光的缺點(diǎn)是：磨料要用人工或用計量裝置加到工件上，因此磨料分 布不均勻，而且需要由技術(shù)熟練的技工操作才能達(dá)到高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。而采用拋光磨頭則具有許 多優(yōu)點(diǎn)：磨料分布均勻，拋光質(zhì)量好而且質(zhì)量穩(wěn)定，易于實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，拋光效率高，一般 拋光時間比用散狀金剛石磨料減少 30%。石材磨削的實質(zhì)是在人力或機(jī)械力的作用下，回轉(zhuǎn)的磨盤對石料不斷垂直給進(jìn)，兩者在 接觸區(qū)內(nèi)相互摩擦、磨損，把板材表面層的凹凸面逐漸磨平。由于花崗石類巖石一般比較堅 硬，磨具的硬度一定要超過石材的硬度。一般情況要采用六套磨具來完成磨削、研磨拋光過 程。前兩個磨具要進(jìn)行強(qiáng)制定位磨

16、削，起找平和控制板材的厚度的作用；后面的磨具分別進(jìn) 行粗磨、細(xì)磨、研磨拋光等工序。根據(jù)直徑大小，磨塊形狀、數(shù)量和布置方式，磨料所用粘結(jié)劑以及磨料粒度等的不同，磨 頭有不同的結(jié)構(gòu)。磨頭直徑有 412英寸等多種，最常用的是10英寸。磨塊形狀有直條形、 長橢圓形、傘形、環(huán)形等，以直條形和長橢圓形最為普遍。磨塊數(shù)量視磨頭直徑和磨塊大小 而定，從數(shù)塊到十來塊。磨塊的布置方式以放射狀為最常見，但也有按螺線方式布置的。磨 料所用粘結(jié)劑有金屬粘結(jié)劑、樹脂粘結(jié)劑、菱苦土和聚合物等。各廠家選用磨料粒度的范圍30目到拋光磨頭用的幾個 小都有Nakayarna拋頭直徑為 為采用粉末 的磨頭結(jié)構(gòu), 石粒度分別不一。對金

17、剛石磨料來說，從粗磨磨頭用的日本大阪 大學(xué)機(jī)械工程系Mamoru 等人研究花崗石石材拋光技術(shù)時所用的磨 6英寸，結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。圖4- 7a） 冶金粘結(jié)劑（金屬粘結(jié)劑）的金剛石磨塊 磨塊為直條形。這種磨頭用于粗磨，金剛 為40目、60目和100目。圖4- 7b）為適宜于采用熱固性樹脂粘圖4-7花崗石石材拋光所用的磨拋頭 結(jié)構(gòu) 結(jié)劑金剛石磨塊的磨頭結(jié)構(gòu)，磨塊為長橢圓形。這種磨頭用于細(xì)磨和拋光。細(xì)磨時分別用200 目和500目（相當(dāng)于74小和30?。┑慕饎偸瑨伖鈺r則分別采用1000目和2000目（相當(dāng)進(jìn)了磨頭的 減少為兩道 剛石以銅焊 道工序用的 成傘形磨塊,于1525 n m和610 n

18、m）的金剛石。90年代初，英國 HASELTINE LAKE公司改 結(jié)構(gòu)，提高了它的工作性能，將原先的五道工序 工序。第一道工序用的磨頭是用120/140目的金 或電鍍或燒結(jié)的方法固結(jié)到金屬盤上制成。第二 磨頭是用200/300目的金剛石以樹脂粘結(jié)劑制再將此傘形磨塊以模壓方法或用4-8花崗石石材拋光磨拋頭結(jié)構(gòu)圖粘結(jié)劑粘合到支承盤上制成，如圖 4-8所示。傘形塊的總面積一般占磨頭面積的 2%5%。采用上述改進(jìn)的磨頭節(jié)省了加工時間，并且降低了成本。2 .石材磨拋質(zhì)量的影響因素石材的品種很多，其物理性質(zhì)、化學(xué)成分、晶粒粗細(xì)和礦物晶體組分的差異等都對拋光質(zhì) 量有影響。由于石材的品質(zhì)不同，在拋光時會形成

19、不均勻的表面。晶粒較大的石材，拋光的 不均勻性比晶粒小的石材明顯，所以小晶粒石材比大晶粒石材易于拋光。拋光磨頭進(jìn)給速率對拋光質(zhì)量影響很大，研究表明，隨著拋光磨頭進(jìn)給速率的提高，石材 表面光澤度會下降，但進(jìn)給速率過低則會加快磨頭磨損和降低生產(chǎn)效率。拋光磨頭的運(yùn)行方式要和粗磨、細(xì)磨磨頭的運(yùn)行方式配合進(jìn)行。磨頭運(yùn)行方式有縱向橫圖4 9拋磨頭的運(yùn)行方式向和疏密程度之分，如圖 4-9所示。一般來說，粗磨時采用A運(yùn)行方式；細(xì)磨時采用A +4-23B運(yùn)行方式，拋光時則采用 A + B + C+D運(yùn)行方式，根據(jù)具體情況可重復(fù)再磨一次可獲得較 高的表面光澤度。三、石材的雕刻雕刻（caving）石材制品也是裝飾石

20、材的一個重要品種。傳統(tǒng)的手工雕鑿是使用手錘和鑿 子，但其生產(chǎn)效率低、加工質(zhì)量差，而且加工中的破損率較高，限制了雕刻石材的發(fā)展。采用氣動鑿可以大大提高生產(chǎn)效率，在鑿刻粗加工階段，可使用沖擊力較大的氣動鑿，在精細(xì)雕刻階段，可使用沖擊頻率較高、沖擊力較小的近年來研制的超聲波精雕系統(tǒng)又使石材的雕刻進(jìn)超聲波石材精雕系統(tǒng)由超聲波發(fā)生器、換能及鑿具四部分組成，如圖 4-100雕刻不同的石材料的鑿具。例如雕刻大理石使用YG8硬質(zhì)合金入新的階段。器、變幅桿材使用不同鑿具比較適氣動鑿。而宜，而雕刻花崗石使用 YD15硬質(zhì)合金鑿 圖410超聲波石材精加工系統(tǒng)示意圖 具較好。變幅桿轉(zhuǎn)變成硬質(zhì)合金鑿超聲波精雕系統(tǒng)是將超

21、聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波通過換能器、 具的機(jī)械振動，利用鑿具高頻振動沖擊將石材碎成粉末，只要控制鑿頭，按所需表面的切線 方向緩慢移動，往返重復(fù)，所需表面就會雕鑿出來。由于超聲波精雕系統(tǒng)的頻率高振幅小，雕刻的表面粗糙度小。實驗結(jié)果表明，超聲波精雕系統(tǒng)雕鑿花崗石，表面粗糙度Ra在2.5 pm左右。超聲波精雕系統(tǒng)適用于石材的精雕生產(chǎn)。第二節(jié) 陶瓷的加工陶瓷（ceramics）是一種通過高溫?zé)Y(jié)而成的無機(jī)非金屬材料，具有耐高溫、耐腐蝕、耐 磨損及抗熱沖擊等優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著陶瓷增韌強(qiáng)化技術(shù)的進(jìn)步以及機(jī)械加工方法的開發(fā)， 陶瓷的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。、陶瓷的加工1.加工方法按照供給能量的方式，可將目前陶瓷的加

22、工方法進(jìn)行分類，具體情況如圖精加工布砂紙加工聲波加工桶拋光懸浮研磨力學(xué)法 彈流動加工噴射加工切削加工切割蝕刻化學(xué)法 化學(xué)拋光光化學(xué)法磨料加工刀具加工自由磨料加工411。1磨肖U2研3超4砂5研6超7拋8滾9磁10粘11121314151617光刻電化學(xué)法電解拋光18 電火花加工電19 電子束加工20離子束加工21等離子加工 光學(xué)法 22 激光加工圖4 11陶瓷材料的常用加工方法分類這些加工方法中，機(jī)械加工方法的效率高，因而在工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用，特別是金剛石 砂輪磨削、研磨和拋光較為普遍。進(jìn)行表面精加工時，可采用圖4-11中15, 71。和15所示的方法，其他加工方法大多適用于打孔、切割或微加工

23、等。切割時大多用金剛石砂輪進(jìn)行 磨削切割，打孔時按照不同孔徑分別進(jìn)行超聲波加工、研磨或磨削方式加工。2 .陶瓷加工的主要問題陶瓷加工雖然有許多方法，但加工成本高，加工效率低，加工精度差。其主要原因之一 是陶瓷的硬度非常高。對于陶瓷，未燒體或焙燒體主要用切削加工進(jìn)行粗加工，燒結(jié)后用磨削進(jìn)行精加工。 根據(jù)情況不同，也可以不經(jīng)加工，直接磨削加工燒結(jié)體使之達(dá)到設(shè)計精度。就加工過程而言，陶瓷與金屬零件幾乎是相似的，但陶瓷的加工余量則大得多。未燒體 或焙燒體陶瓷粗加工時，易于出現(xiàn)強(qiáng)度不足或表面加工缺陷問題，或由于裝卡不充分等原因， 而不能獲得所要求的最終加工形狀。由于燒結(jié)時不能保持收縮均勻，在粗加工時就要

24、使尺寸 不要太靠近最終尺寸，所以留有的精加工的余量就大。對于金屬加工，精加工余量如考慮熱 變形和熱處理產(chǎn)生的黑皮，則應(yīng)盡可能留百分之幾毫米。對陶瓷加工來說，精加工余量則需 有幾毫米甚至十幾毫米。加工余量大，生產(chǎn)率降低，生產(chǎn)成本升高。大。陶瓷的切陶瓷加工的另一個問題是加工刀具費(fèi)用llhJ £削Grndir< w E精加工也是切削所用刀條件是敏感二、加工技術(shù)1.機(jī)械加工削加工需使用高價的燒結(jié)金剛石、CBN刀具， 以金剛石砂輪為主，因此刀具費(fèi)用要高出金屬 具數(shù)十倍至百倍。止匕外，陶瓷的強(qiáng)度對于加工 的，難于實現(xiàn)高效率加工。機(jī)械加工是陶瓷材料的傳統(tǒng)加工技術(shù)，也是應(yīng)用范圍最廣的加工方法。

25、機(jī)械加工主要是指對陶瓷材料進(jìn)行車削、切割、磨削、鉆孔等。其工藝簡單，加工效率高，但由于陶瓷材料的高硬、高脆，因此機(jī)械加工難以加工形狀復(fù)雜、尺寸精度高、表面粗糙度低、高可靠性的工程陶瓷部件。圖 4 12 為切割、磨削、鉆削加工示意圖。（ 1）陶瓷材料的切削加工切削加工是利用金剛石、立方氮化硼、硬質(zhì)合金圖 4 12 陶瓷的機(jī)械加工示意圖等超硬刀具對陶瓷材料進(jìn)行平面加工， 通常采用 a 切割加工b 磨削加工c 鉆削加工濕法切削，即不斷向刀具噴射切削液。使用切削液的主要目的是帶走切削碎屑、減少刀具與材料的摩擦，降低刀具和加工材料的溫度，延長刀具使用壽命、減少材料表面損傷等。由于加工過程中，材料表面受到

26、機(jī)械應(yīng)力作用，容易在材料表面產(chǎn)生凹坑、崩口、表面及表下層微裂紋。刀具、切削液的選擇，刀具切削進(jìn)給速度、進(jìn)給量等工藝參數(shù)的優(yōu)化，是陶瓷材料切削加工的研究熱點(diǎn)問題。（ 2）陶瓷材料的磨削、拋光加工陶瓷燒結(jié)體表面，由于在成型、燒結(jié)以及加工過程中引人大量凹痕、微裂紋等缺陷，在工程使用及力學(xué)性能測試之前通常需經(jīng)過磨削、研磨和拋光處理。它們的加工機(jī)理都是通過磨料與陶瓷工件在一定壓力作用下，隨著磨料與材料表面的相互運(yùn)動，磨料顆粒與工件表面凹凸峰相互摩擦以實現(xiàn)材料表面的平整性。磨料、磨削液的選擇，作用壓力和相互滑移速度的控制是該加工方法的關(guān)鍵。（ 3）陶瓷材料的鉆孔加工陶瓷發(fā)動機(jī)、航天航空、化工機(jī)械等工程領(lǐng)域

27、應(yīng)用的陶瓷零件，通常需要進(jìn)行孔洞的鉆削加工。尤其帶有螺紋的孔洞加工是陶瓷材料加工工藝中要求極高的工藝操作。目前機(jī)械鉆削方法只能加工數(shù)毫米的陶瓷孔洞。微小孔洞的加工需要超聲、激光、放電加工，以及機(jī)械加工等加工技術(shù)的復(fù)合加工。2放電加工1947年B.R.Lazarenko等提出了放電加工硬質(zhì)金屬材料的新思路。80年代末，放電加工技術(shù)被引入陶瓷材料加工領(lǐng)域。 研究表明： 當(dāng)單相或陶瓷/陶瓷、陶瓷/金屬復(fù)合材料的電阻小于100Q .m時，陶瓷材料可以進(jìn)行放電加工，加工原理詳見第三章。根據(jù)放電加工的基本原理，材料的可加工性能主要取決于電學(xué)、熱物理性能，如：電導(dǎo)率、熔點(diǎn)、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)等。放電加工是制備高

28、尺寸精度、低表面粗糙度、復(fù)雜形狀高性能陶瓷元件很有應(yīng)用前景的 加工技術(shù)，深入研究放電加工工藝控制步驟，設(shè)計和制備導(dǎo)電性能和力學(xué)性能俱佳的復(fù)相陶 瓷材料是該方法未來發(fā)展的關(guān)鍵。3 .超聲波加工超聲波加工是利用產(chǎn)生超聲振動的工具 (模具)，帶動工具和陶瓷元件間的磨料懸浮液, 沖擊和拋磨工件進(jìn)行加工。隨著工具在三維方向上的進(jìn)給，工具端部的形狀被逐步復(fù)制在陶 瓷工件上。常用的磨料是碳化硼、碳化硅和氧化鋁等。一般選用的工作液為水，為提高材料 表面的加工質(zhì)量，也可用煤油或機(jī)油作液體介質(zhì)。研究表明：用金剛石砂輪作超聲波振動磨 削陶瓷材料時，材料的去除速率隨加工強(qiáng)度的增大而增高，只有達(dá)到某一臨界壓強(qiáng)時，磨料

29、對陶瓷材料才有磨削作用。超聲波加工的原理詳見第三章。部分陶瓷材料超聲波加工的工藝 參數(shù)如表4-1所小。表4-1部分陶瓷材料采用超聲波加工的參數(shù)制品名稱磨料加工速度(mm/min)磨料磨料目數(shù)石英SiC3205.5單晶ZrO2SiC3203.5紅寶石SiC2800.8A12O3SiC2803.6Si3N4B4c2803.0SiCB4c2803.05 .激光加工在陶瓷材料上采用激光鉆孔和切割，一般所需激光功率為150W15kW。但同放電加工一樣，由于陶瓷材料熱導(dǎo)率低，高能束可能會在材料表面產(chǎn)生熱應(yīng)力集中，形成微裂紋、大 的碎屑、甚至材料斷裂。激光加工適合于在有機(jī)物和陶瓷等無機(jī)物材料上進(jìn)行微鉆孔、微

30、切 割、制作微結(jié)構(gòu)。目前已能加工直徑為 45 pm、深徑比達(dá)10以上的微孔。通常所用激光源 為CO2和Nd: YAG激光。6 .復(fù)合加工針對不同陶瓷材料及陶瓷材料的不同熱力學(xué)、物化性能，傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)不斷完善，同時新型加工技術(shù)層出不窮。傳統(tǒng)加工技術(shù)效率高、尺寸精度低、表面光潔度差，各種新型電、熱、化學(xué)、激光等加工技術(shù)適合加工精度要求高、形狀復(fù)雜同時具有特定性能(導(dǎo)電性、化學(xué)特性等) 的陶瓷材料，但同時具有加工效率低、要求加工形狀尺寸小等。近年來，各種復(fù)合加工技術(shù)在實驗室及工程領(lǐng)域得到廣泛重視和應(yīng)用。各種復(fù)合加工技術(shù)包括：化學(xué)機(jī)械加工、電解磨削、超聲機(jī)械磨削、電火花磨削、超聲電火花復(fù)合加工、電

31、解電火花復(fù)合加工、電解電火花機(jī)械磨削復(fù)合加工等。工程實踐表明：復(fù)合加工技術(shù)可提高材料的加工效率和改善加工后材料的表面質(zhì)量，是陶瓷材料加工技術(shù)發(fā)展的趨勢之一。下面以化學(xué)機(jī)械加工中的化學(xué)機(jī)械效應(yīng)(Chemmechanica亦說明復(fù)合加工的優(yōu)勢。在陶瓷材料的磨削、切削過程中，噴射的磨削、切削液通過與加工件表面的相互化學(xué)鍵合，對材料的去除率及表面光潔度有顯著的影響。由于加工摩擦產(chǎn)生的機(jī)械能，引發(fā)許多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。這種所謂的“化學(xué)機(jī)械效應(yīng)”直接影響機(jī)加工過程中的摩擦系數(shù)、刀具或砂輪的磨損率、材料表面的粗糙度及力學(xué)性能、材料的去除率等。因此分析和研究磨削、切削液的理化性能對陶瓷材料加工性能的影響， 選擇

32、適當(dāng)?shù)那邢鳌?磨削液也非常重要。 Liang H 等研究了切削液、磨削液與藍(lán)寶石、氧化鋁多晶材料、單晶硅、氮化硅、碳化硅和硅玻璃等在加工中的化學(xué)機(jī)械作用。研究表明：硼酸和硅酸的水溶液分別作為不同陶瓷材料的切削液，其鉆孔效率比水和商用切削液提高50%左右。Jahanmir S等發(fā)現(xiàn)，在加工氧化鋁多晶材料時，硼酸替代水作切削液，鉆孔率提高，而硼酸對藍(lán)寶石和硅基陶瓷材料則末發(fā)現(xiàn)相同的效應(yīng)。估計可能是硼酸與氧化鋁多晶材料的無定形晶界相反應(yīng)，促使晶粒間發(fā)生斷裂，提高了材料加工過程中的去除率。另一種化合物硅酸不與氧化鋁相互作用，卻可提高單晶硅、氮化硅、碳化硅材料的加工性能，目前該化學(xué)機(jī)械作用的機(jī)理還不清楚

33、。第三節(jié) 塑料的加工工業(yè)上使用的塑料零件，大多是用注塑方法制成的。但是，在以下情況下需要經(jīng)過切削加工，方能獲得更精確、更復(fù)雜的零件，滿足使用要求。(1) 對于以板材、棒材和管材供貨的原材料，需經(jīng)過切斷、截料方能成為零件。(2) 當(dāng)產(chǎn)品批量較小，花費(fèi)大量基本投資進(jìn)行設(shè)計與制造注塑模具和模壓模具成本高時，用切削方法加工零件來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的成形方法較為適宜。在有些情況下，甚至完全用機(jī)械加工方法獲得塑料零件也是合算的，因為這樣可以利用現(xiàn)有的金屬切削設(shè)備。(3) 只有用車削、鉆削、擴(kuò)孔、磨孔和攻螺紋等方法進(jìn)行切削加工，方能達(dá)到機(jī)器零件要求的尺寸精度和表面粗糙度數(shù)值。（4）清理塑料坯件的澆口、冒口、飛邊、毛刺

34、和注塑成型時產(chǎn)生的傷疤等，只有用機(jī)械加 工方法才能修復(fù)。塑料制品或制件的機(jī)械加工，可分為單刃工具加工和多刃工具加工兩大類。單刃工具加 工有車、包I、無齒鋸加工等。多刃工具加工有剪、銃、沖鉆、攻螺紋、有齒鋸加工等。一、塑料切削基礎(chǔ)知識（一）塑料切屑的形成過程塑料切屑的形成過程，是由切削刀具擠壓而成，如圖 4-13所示（二）影響切削力的因切削力是由變形和摩擦 切削過程中凡是影響變形和 都會影響切削力。素產(chǎn)生的，所以 摩擦的因素圖4-13塑料切屑的形成1工件；2一刀具；3夾具；4一切屑；5壓頭1.塑料種類工件材料強(qiáng)度和硬度越高， 就越大，切削力也越大。若材料 度相近時，塑性大者，因為切屑摩擦大，因而

35、切削力也大。實驗 塑料的切削力一般為切削鋼材 力的1/61/7。2S0微IM7*如叫月234加削毒度d./mni進(jìn)妗 /(rtim/F)變形抗力 的強(qiáng)度、硬 和前刀面 證明，切削 切削2 .切削用量的影響背吃刀量ap和進(jìn)給量f加大,圖4-14 切削深度a p和進(jìn)給量f對主切削力Fz的影都會使切削力增大，但兩者的影響程度不同。二者對主切削力Fz的影響如圖4-14。切削速度v對主切削力Fz的影響如圖4-15所示。背吃刀量a P=1.5mm,進(jìn)給量f=0.2mm/r。從圖中可看出切削速度v對切削力影響較小。3.刀具角度的影響圖4-16a是切削聚碳酸酯塑料時，刀 削力大小的影響；圖4-16b是切削酚醛

36、紙 前角0對切削力大小的影響。圖中的實線 示主切削力Fz和徑向力Fy的變化情況。 見，前角0增大，切削力減小。如例建* m /ml a具前角。對切基層壓塑料時和虛線分別表從實驗情況可圖4-15切削速度v對主切削力Fz的影響二、塑料的單刃切削用單刃刀具加工塑料稱塑料的單刃切削，主要有車、包I、舌IJ、無齒鋸加工等。單刃切削各種塑料工件所使用的刀具類型和用途見表4-2。刀具的刀桿部分的材料為普通結(jié)構(gòu)鋼，而切 削部分可用碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷材料或金剛石等制造。(一)熱塑性塑料的單常用的熱塑性塑料有 酚醛樹脂、氨基樹脂和環(huán) 它們大多具有類似玻璃和 脆性，切削時常常形成擠 單元

37、切屑，在切削時極易 和表面凹坑。因此，為避 凹坑的出現(xiàn)，希望獲得連 連續(xù)的切屑表現(xiàn)為切屑長 明 且 表 面刃加工 聚酯樹脂、 氧樹脂等， 陶瓷的高 裂切屑和 產(chǎn)生裂紋 免裂紋和 續(xù)的切屑。度較長、透 a)無斷口，它僅在小進(jìn)給量、零圖4-16前角y。對切削力的影響b)前角或小的負(fù)前角以及中等以上的切削速度下獲得1.切削工藝特點(diǎn)與其它材料相比，熱塑性塑料的切削特點(diǎn)如下：(1)切削力小 實驗證明，在相同的切削條件下，切削 45鋼的主切削力Fz是切削熱塑性 塑料的14倍，切削熱固性塑料的主切削力 Fz是切削熱塑性塑料的2倍。(2)導(dǎo)熱系數(shù)小，切削區(qū)域溫度低由于切削力小，所以切削所消耗的功也少，產(chǎn)生的熱

38、量少。但由于塑料的導(dǎo)熱系數(shù)僅是鋼材的1/1751/458,相應(yīng)的，切削區(qū)域溫度有所提表4-2車刀的基本類型及用途稱 直頭外圓車刀 彎頭外圓車刀 汕偏刀 名簡圖和用途車外圓、倒角90車外圓、車臺階，多用于細(xì)長軸鏈 刀 切斷刀 精車刀簡圖和用途斷刀、切槽精車外圓高，但和鋼材的切削比起來是很低的。(3)斷屑難 在車削熱塑性塑料時，通常形成帶狀切屑，它往往纏繞在工件和刀具上， 有時會擠壓成硬團(tuán)，在車刀由刀架伸出量較小的情況下它將壓向工件，影響加工精度，甚至 使切削工作不能進(jìn)行，因而必須及時排出。(4)彈性模量小 熱塑性塑料的彈性模量僅是普通碳鋼的 1%,是熱固性塑料的80%,切 削時在切削力的作用下產(chǎn)

39、生的彈性變形較大。(5)線膨脹系數(shù)大熱塑性塑料的線膨脹系數(shù)是熱固性塑料和鋼材的四倍。在高速切削 時，必須考慮加工后的工件收縮量，尤其是用尺寸刀具切削時。(6)熔點(diǎn)低 熱塑性塑料熔點(diǎn)低，切削時，切削區(qū)域內(nèi)的溫度達(dá)不到熔點(diǎn)時就開始變軟，使被加工材料粘附于刀具的前刀面和后刀面上，影響正常切削；同時，由于材料的軟化，造成材料的涂抹現(xiàn)象，影響表面的光滑程度并有時使已加工表面產(chǎn)生裂紋。為了提高刀具的使用壽命和降低切削溫度，最好是研磨刀具的前刀面和后刀面，或者在前、后刀面上涂耐熱耐磨材料。經(jīng)過研磨的前刀面和后刀面，不但減少了摩擦、降低了切削溫度，而且可以使切屑順利排出。2刀具前角的選擇切削各種塑料的合理前角

40、(Front rake angle)應(yīng)根據(jù)下述原則來選擇：(1) 首先要保證已加工表面質(zhì)量如果被切削的塑料熔點(diǎn)低時， 則應(yīng)采用較大的前角。 否則由于前角小，切削區(qū)域內(nèi)的溫度高，被切削的材料容易軟化，致使已加工表面產(chǎn)生抹糊現(xiàn)象而降低加工質(zhì)量。(2) 不同的加工要求時合理前角不同 精加工時，要求刀具刃口鋒利，振動小，為此應(yīng)選擇較大的前角。粗加工時，由于切除切屑的截面積較大，產(chǎn)生的切削力相對也大，應(yīng)選擇較小的前角，一般為0o10。(3) 不同塑料品種的刀具前角應(yīng)有區(qū)別 車削熱塑性塑料時， 盡管它們的品種不同， 但前角變化不大。一般塑料的切削，如要形成不連續(xù)切屑，則選擇較小的前角。(4) 成形車刀要選

41、擇較小的前角 用成形車刀車削成型塑料工件時，為了防止車刀刃形畸變，必須取較小的前角才能保證加工精度。車削熱塑性塑料的刀具前角取臨界前角值。臨界前角值一般為15。20。3.后角ao的選擇后角(relief angle) a o的選擇原則：(1) 首先考慮加工表面質(zhì)量。后角越大，表面質(zhì)量越好，在其他因素允許的情況下，應(yīng)盡量選取較大的后角。(2)被加工塑料線膨脹系數(shù)越大，選用的后角a o應(yīng)越大，這樣可以避免由于加工表面膨脹而與后刀面摩擦嚴(yán)重。(3)粗加工時，為了提高刃口強(qiáng)度和散熱面積應(yīng)選用較小的后角，精加工則選用較大的后角。4切削用量的選擇選擇合理的切削用量，要考慮被加工材料性質(zhì)，加工性質(zhì)(粗加工或

42、精加工) ，工件的剛性，刀具材料的性質(zhì)等。(二) 熱固性塑料的單刃加工車削酚醛、環(huán)氧、氨基等熱固性塑料時，其工藝過程和基本規(guī)律和車削熱塑性塑料大致相同。但是熱固性塑料有其獨(dú)特的特性，尤其是有玻璃纖維基材的塑料，具強(qiáng)度近于金屬，所以又有些不同于熱塑性塑料的車削，具有如下特點(diǎn)：(1) 一般情況下熱固性塑料比熱塑性塑料耐熱溫度高，并且受壓不變形。(2)熱固性塑料的線膨脹系數(shù)僅是熱塑性塑料的1/5,所以加工過程中可以不考慮切削熱對工件加工精度的影響。(3)纖維增強(qiáng)的塑料在切削時刀具受力大，使刀具壽命下降，限制了切削速度的提高。(4)熱固性塑料強(qiáng)度大、硬度高、磨料磨損嚴(yán)重和熱導(dǎo)率低，切削區(qū)域的溫度比熱塑

43、性 的高。(5)車削某些熱固性塑料時，由于切削區(qū)域的溫度非常高，切削時除了采用高速鋼、硬 質(zhì)合金刀具材料外，還要根據(jù)被加工材料性質(zhì)，利用金剛石或陶瓷刀具。但陶瓷材料彎曲強(qiáng) 度和抗沖擊性能差，為了增強(qiáng)刀具的刃口強(qiáng)度，其前角和后角都要取小值，一般取 丫 0=00 5o, a o=120o車削熱固性塑料可選如下切削用量：進(jìn)給量 f<0.05mm/r,切削速度v>40m/min,背吃刀 量a p=0.5 0.8mm；刀具前角丫 o=0 -5 ,主偏角kr>45 ,后角a 0=3-6 ,刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn) VB = 0.2-0.3mm。車削的經(jīng)驗性數(shù)據(jù)見表4-3。表4-3車削塑料用切削參數(shù)參

44、考表工作材料刀 具材 料前角丫 (o)后角a (0)表面切削速度 m/min進(jìn)給量 (mm/r)背吃力量(mm)酚醛或氨 基塑料K類14121000.115硬質(zhì)聚氯 乙烯K類20106000.2 0.515硝化纖維K類0152000.1 0.615聚酰胺P類05815150200 10.1 0.215聚碳酸酯K類0515150 4500.3 0.515膠紙板K類.15850 800.2 0.415膠布板K類1154850 1500.1 0.615P類20630 500.2 0.315車削熱固性塑料時，由于切屑和前刀面的接觸面積小，正壓力也小，摩擦力小，并且為了提高刀具的刃口強(qiáng)度，所以采用的 丫

45、0通常要比車削熱塑性塑料小些。前角 丫。對刀具耐用 度T的影響如圖4-17所示。后角a0的大小影響加工表面質(zhì)量和刀具耐用度。后角小時，后刀面對加工表面摩擦大， 使已加工表面質(zhì)量惡化，在切削酚醛膠紙、棉布和玻璃纖維層壓塑料時，有起毛的現(xiàn)象；同 時，由于加工表面對刀具的磨損大，刀具耐用度也下降。圖 4-18是后角a 0對車刀耐用度T的影響圖 4-17 前角y 0對耐用 度T的影響 圖4-18后角 a 0對車刀耐用 度T的影響在塑料的機(jī)械加工中，鉆削應(yīng)用廣泛，主要用來鉆削塑料制品上的螺栓孔、怫釘孔、攻螺紋前的底孔等。鉆削塑料用的鉆頭可分為兩種：扁鉆 （圖4-19）和麻花鉆。麻花鉆應(yīng)用較廣泛，但扁鉆也

46、有一定的應(yīng)用價值。圖4-19扁鉆a.整體扁鉆；b.裝配式扁鉆鉆削熱塑性塑料很容易引起材料過熱。因此，在鉆削過程中要迅速地清除切屑，防止切屑粘附在鉆頭容屑槽上，引起材料過熱，造成工件表面熔化。對此問題，可采取兩種措施: 使用具有小螺旋角和光滑容屑槽的鉆頭，利于切屑排除；鉆削時用手動控制進(jìn)給，經(jīng)常退刀 排屑。在鉆削熱塑性塑料時可考慮使用切削液，但要謹(jǐn)慎，以防止工件表面出現(xiàn)應(yīng)力開裂。鉆削熱固性塑料時，裂紋往往出現(xiàn)在鉆入處或孔邊附近，裂紋尺寸不僅受鉆削用量的影響,還受鉆頭形狀的影響。鉆削用量中，進(jìn)給量影響最大。鉆頭參數(shù)中，頂角和前角影響最大。因此，應(yīng)選擇小進(jìn)給量、較低轉(zhuǎn)速、較大頂角、零前角和小螺旋角為

47、宜。另外，將工件預(yù)熱 到5080c時，可采用較大進(jìn)給量四、塑料的銃削加工可以利用不同的銃刀，對塑料進(jìn)行各種表面的加工。根據(jù)加工表面的不同，可選用以下 四類銃刀，如表4-4。銃削熱塑性塑料時，切削速度不小于 300m/min,表面粗糙度值隨進(jìn)給量減小而降低，它 與切削深度無關(guān)。另外，刀刃越鋒利銃削效果越好。在生產(chǎn)中建議采用側(cè)銃法，可避免工件 燒傷。銃刀幾何參數(shù)的選擇如下：(1)銃削熱塑性塑料時，銃刀的前角應(yīng)比銃削金屬的大些。銃刀的前角應(yīng)大于6o。表4-4銃刀的選擇加工表銃刀銃刀圖示說明加工平面的銃類型安裝于臥式銃床上，可以銃 削較窄的塑料工件的平面。安裝在臥式銃床或立式銃 床上，銃削較大的塑料工

48、 件的平面。分三面刃、雙面刃和單面 刃。三面刃可加工溝槽和臺 階面，雙面刃銃刀可以加工 溝槽和與側(cè)面齒相對應(yīng)的 臺階面，單面刃銃刀只能銃 削溝槽，工件只能做縱向和 垂直進(jìn)給。(2)無論銃削熱塑性塑料還是熱固性塑料，它們的彈性回復(fù)都比金屬大。為了提高刀具的壽命和已加工表面質(zhì)量，后角a 0均選擇得比切削金屬時的后角大，切削塑料時的后角應(yīng)大于 100。切削性能，因 數(shù)，增加了切(3)有B角的銃刀可以改善銃刀的 為螺旋角B可以同時增加參加工作的齒削的平穩(wěn)性，使得銃刀切削刃鋒利并且增大了實際前角 （4）切削塑料的銃刀齒背形式有兩種，如圖4-20所示。圖中a）為直線齒背式。直線齒 圖4-20銃削塑料銃刀齒

49、背形式背刀強(qiáng)度高，制造也簡單，多用于粗加工。b）所示的折線齒背齒刀強(qiáng)度小，但容屑空間大。五、塑料的磨削塑料工件的磨削是普遍應(yīng)用的一種切削加工方法。它能使塑料工件加工表面獲得較高的精度和表面粗糙度，是精加工或半精加工工序。塑料磨削常采用的方法有如下三種。1 .砂帶磨削熱塑性塑料制品，可以采用砂帶或砂輪打磨，但以用砂帶居多，如圖 4-21所示，其中圖 4-21a）是磨外圓；圖4-21b）是磨平面；圖4-21d）是自由磨削。熱固性塑料工件，一般用 干磨法，可以用砂帶，也可以用砂輪。采用砂帶時，線速度為9001200m/min。2 .砂輪磨削加工金屬零件的磨床均可用于加工精度要求較高的塑料工件。但由于

50、砂輪的線速度高，磨削時溫度高，而熱塑性塑料熔點(diǎn)低，所以在對表面質(zhì)量要求較高的情況下，砂輪磨削是不適宜于熱塑性塑料的磨削的。對于含有磨料添加劑的熱固性塑料的磨削，須采用精度較低且磨粒間隔較大的砂輪，并配以大量的冷卻液，以防止過熱和砂輪過載。3 .手工磨削對于小型或加工面不大的制品，磨削時，可以用砂布或砂紙，進(jìn)行手工打磨。圖4-21砂帶磨削的幾種形式4-211-被磨削工件；2砂帶；3從動輥；4主動輥；5支承輥；6加壓輥；7壓塊第四節(jié) 復(fù)合材料的加工一、概述復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度和比剛度，性能可自由設(shè)計，抗腐蝕和抗疲勞能力強(qiáng)，減震性能好?？梢灾瞥扇我庑螤畹漠a(chǎn)品，并可綜合發(fā)揮各組成材料的優(yōu)點(diǎn)。因此，復(fù)

51、合材料取得了飛速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，性能不斷優(yōu)化，加工工藝不斷改善，成本不斷降低。目前廣泛使用的復(fù)合材料，多以樹脂或鋁合金為基體，用纖維或顆粒增強(qiáng)，具有良好的綜合性能。但是復(fù)合材料的切削加工有較大難度，這是工業(yè)生產(chǎn)中面臨的新問題。復(fù)合材料的切削加工通常分為常規(guī)加工和特種加工兩類方法。常規(guī)加工基本上可以采用金屬切削加工工藝和裝備，也可以在一般木材加工機(jī)床上進(jìn)行，還可以在沖床上進(jìn)行沖切。由于復(fù)合材料的性質(zhì)與金屬不同，因此機(jī)械加工時有它的特殊性。在選擇機(jī)械加工方法時，一般要考慮所加工的復(fù)合材料類型。一般說來，常規(guī)方法較為簡單，工藝也較成熟，不足的是難以加工形狀復(fù)雜的工件，而且刀具磨損快，加工質(zhì)量

52、不高和所產(chǎn)生的切削粉末有害人體健康。特種加工有激光束加工、高壓水切割、電火花加工、超聲波加工、電子束加工和電化學(xué)加工等。這些方法獨(dú)特，具有常規(guī)機(jī)械加工方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此是復(fù)合材料機(jī)械加工的發(fā)展方向。二、各種復(fù)合材料的機(jī)械加工特點(diǎn)（1） 玻璃鋼玻璃鋼是玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料的俗稱，屬難切削材料。玻璃鋼有酚醛樹脂基、環(huán)氧樹脂基、不飽和聚酯樹脂基等。玻璃纖維填料的主要成分是SiO2,堅硬耐磨，強(qiáng)度高 , 耐熱，比木粉作填料的塑料可切性差。樹脂基體不同 ,可切削性也不相同。環(huán)氧樹脂基比酚醛樹脂基難切削。試驗證明，切削玻璃鋼的刀具材料以高速鋼磨損最嚴(yán)重， P 類及 M 類硬質(zhì)合金磨損也大

53、，以 K 類磨損最小。 K 類中又以含鈷量最少的K10 最耐磨損，而用金剛石或立方氮化硼刀具切削加工玻璃鋼，可大大提高生產(chǎn)效率。選擇刀具幾何參數(shù)時，對玻璃纖維含量高的玻璃鋼板材、模壓材料和纏繞材料，使0=2025° ;對纖維纏繞材料，使0 = 2030°。由于玻璃鋼回彈性較大，后角要選大值，使a0=814。；副偏角小些，可降低表面粗糙度，精車時為68°。加工易脫層、起毛的卷管和纖維纏繞玻璃鋼，應(yīng)采用615°刃傾角。切削時 v=40100m/min, f= 0.10.5 mm/r, ap= 0.53.5mm,精車時 ap= 0.050.2mmo（2） 熱塑

54、性樹脂基復(fù)合材料熱塑性樹脂基復(fù)合材料機(jī)械加工的基本加工特點(diǎn)是：1) 加工時加冷卻劑，以避免過熱，過熱會使工件熔化；2) 采用高速切削；3) 切削刀具要有足夠容量的排屑槽；4) 采用小的背吃刀量和小的進(jìn)給量；5) 車刀應(yīng)磨成一定的傾角，以盡量減少刀具切削力和推力；6) 熱塑性復(fù)合材料鉆孔應(yīng)用麻花鉆；7) 應(yīng)采用碳化鎢或金剛砂刀具，或用特殊的塑料用高速鋼刀具；8) 工件必須適當(dāng)支承(背部墊實 )，以避免切削壓力造成的分層；9) 精密機(jī)械加工時，要考慮塑性記憶和加工車間的室溫；10) 刀頭和刀具要鋒利，鈍刀具會增加工件上的切削力。(三) 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料(MMC) 的最大特點(diǎn)是成型性能好

55、，一次成型后已基本能滿足使用要求。但是隨著復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，特別是MMC 在工業(yè)及宇航領(lǐng)域中的應(yīng)用，對這種材料的加工和精加工日趨重要。例如美國制造的大型SiC/Al 板材，需采用噴水切割并用標(biāo)準(zhǔn)鋼連接件固定在金屬基復(fù)合材料梁上， 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈上用的體積百分比為 25%SiC 顆粒增強(qiáng) 2124 鋁基復(fù)合材料的擠壓毛坯必須采用金剛石刀具加工后才能應(yīng)用， 這樣就相應(yīng)產(chǎn)生了水切割、鉆孔、車削等二次加工工藝。傳統(tǒng)的切割、車削、銑削、磨削等工藝一般都可用于 MMC ，但是刀具磨損較嚴(yán)重，往往隨著增強(qiáng)材料體積分?jǐn)?shù)和尺寸的增大而加劇。且大顆?；蚶w維抵抗脫落的能力較強(qiáng)，因而刀具所受應(yīng)力較強(qiáng)。因此，對于一些單纖維增強(qiáng)的 MMC ，往往必須用有金剛石尖或鑲嵌有金剛石的刀具。對于短纖維或粒子復(fù)合材料，有時也采用碳化鎢或高速鋼工具。增強(qiáng)體的強(qiáng)度對刀具的磨損也有影響。一般增強(qiáng)體的強(qiáng)度越高，切削加工就越困難。研究發(fā)現(xiàn)，碳化硅晶須增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料要比其它鋁基復(fù)合材料難加工。 對于多數(shù) MMC ， 使