�第34卷第1期硅酸盐学报Vol.34,No.1�2006年1月JOURNALOFTHECHINESECERAMICSOCIETYJanuary,2006综合评述�����陶瓷材料延性域磨削机理郑建新,徐家文,吕正兵(南京航空航天大学机电学院,南京�210016)摘�要:从陶瓷磨削加工过程,磨料加工时有效材料去除率,加工的临界磨削深度与材料本身的性质以及材料的破坏形式等角度分析了陶瓷材料延性域磨削加工的可行性。介绍了一些典型的以压痕断裂力学理论为基础建立的陶瓷材料延性域磨削加工的数学模型,从理论上探讨了陶瓷材料延性域超声磨削机理。给出了延性域超声磨削的临界条件,并利用自主研制的五轴联动数控超声磨削机床在ZrO2陶瓷上加工出叶片型面。对陶瓷材料延性域超声磨削加工技术的发展作了展望。关键词:陶瓷;磨削;延性域加工中图分类号:TH16��文献标识码:A��文章编号:04545648(2006)0110205GRINDINGMECHANISMOFCERAMICSINTHEDUCTILEREGIMEZHENGJianxin,XUJiawen,L�Zhengbing(CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing�210016,China)Abstract:Thefeasibilityofgrindingceramicsintheductileregimeisanalyzedfromthepointsofgrindingprocess,achievablematerialremovalratesinabrasivemachining,thecriticalgrindingdepthandpropertiesandthefailureformofthematerial.Sometypicalmathematicalmodelsofgrindingceramicsintheductileregimeestablishedonthebasisofindentationfractureme-chanicsarepresented.Thegrindingmechanismofultrasonicgrindingintheductileregimeisdiscussedintheory.Thecriticalconditionofultrasonicgrindingintheductileregimeiseduced.ThebladesurfaceofZrO2ceramicswasgroundwithafive-axisnumericalcontrolultrasonicgrindingmachinedevelopedindependently.Theprospectofultrasonicgrindingceramicsintheduc-tileregimeisprovided.Keywords:ceramics;grinding;ductile-regimemachining��陶瓷材料具有低密度、耐热、耐磨、耐腐蚀等特性,因而在切削工具、汽车发动机、航天飞行器、光纤、仪器仪表及计算机通讯等领域均有广泛的应用前景。据预测,陶瓷材料年销售额将以12%以上的速度递增[1]。由于陶瓷材料同时具有高硬度、高脆性和低断收稿日期:20050401。修改稿收到日期:20051011。基金项目:江苏省自然科学基金(BK2001048)资助项目。第一作者:郑建新(1979~),男,博士研究生。通讯作者:徐家文(1941~),男,教授,博士研究生导师。裂韧性等特点,使陶瓷材料在加工过程中很容易产生变形层、表面/亚表面微裂纹、材料粉末化、模糊表面、相变区域、残余应力等缺陷[2],限制了陶瓷材料应用范围的进一步扩展。陶瓷精密元件的加工费用一般占总成本的30%~60%,有的甚至高达90%[3]。因此,探索陶瓷材料的精密、高效、低成本Receiveddate:20050401.Approveddate:20051011.Firstauthor:ZHENGJianxin(1979�),male,postgraduatestudentfordoctordegree.Email:zhengjx@nuaa.edu.cn;zhjxhb@163.com.Correspondentauthor:XUJiawen(1941�),male,professor.加工方法已成为当务之急。尽管陶瓷材料在常温下呈现出明显的脆性特征,但近年来许多实验表明:在一定条件下,陶瓷等脆性材料通过超精密磨削也能产生无裂纹无缺陷的表面,这种加工称为延性域磨削[4]。目前,延性域磨削作为陶瓷材料高质量、高精度零件的重要加工方法已引起工业界的特别关注,现介绍其相关的加工机理。1�陶瓷材料延性域磨削的可行性分析��至今,磨削仍然是陶瓷材料最主要的机械加工方法。研究陶瓷磨削过程时,一般都采用�压痕断裂力学�模型来分析[515]。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(见图1)。当压头(磨粒)压入材料表面时,压应力的作用使压头正下方的试件材料发生非弹性流动。如果载荷不大,则卸载后压痕保留,材料无裂纹产生,表明脆性材料也存在一个塑性变形的区域。从陶瓷材料的磨削过程来看,控制材料所受载荷就可以实现材料的延性域去除。图1�弹/塑性压痕模型Fig.1�Elastic/plasticindentationmodelP���Load;Cr���Lengthofthemedian/rad...
