硬脆非金屬材料微結(jié)構(gòu)微細(xì)加工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、硬脆非金屬材料的微細(xì)加工一直是機(jī)械加工中的難點(diǎn)。微晶云母陶瓷(Microcrystalline-mica-ceramic,簡(jiǎn)稱MCMC)和聚晶金剛石（Polycrystalline Diamond,簡(jiǎn)稱PCD)是比較典型并有廣泛應(yīng)用前景的硬脆非金屬材料。以微晶云母陶瓷為代表的陶瓷材料具有優(yōu)異的絕緣性、耐高溫和低熱導(dǎo)率等特性，其熱導(dǎo)率不到硅材料的十分之一，如用作微小推力器燃燒室和噴管材料，可極大地降低推力器系統(tǒng)的熱損失。以聚晶金剛石為代表

2、的超硬材料具有均勻的高硬度、高耐磨性和強(qiáng)抗腐蝕性等優(yōu)良特性，非常適用于微孔零件，在航空航天、汽車和電子行業(yè)中有廣泛應(yīng)用前景。本文采用微細(xì)超聲加工（Micro Ultrasonic Machining，簡(jiǎn)稱micro-USM）和微細(xì)電火花加工（Micro Electrical Discharge Machining，簡(jiǎn)稱micro-EDM）技術(shù)，分別針對(duì)微晶云母陶瓷和聚晶金剛石的微細(xì)加工展開研究。
　　采用塊電極電火花磨削（Bloc

3、k Electrode Discharge Grinding，簡(jiǎn)稱BEDG）和刃口電極電火花磨削（Edge Electrode Discharge Grinding，簡(jiǎn)稱EEDG）方法對(duì)微細(xì)電火花加工和微細(xì)超聲加工工具的在線制備技術(shù)進(jìn)行研究。在BEDG研究中，提出采用帶有斜面的不規(guī)則塊電極進(jìn)行反拷式加工的方法，并將此方法作為具有錐形輪廓的回轉(zhuǎn)體粗加工工藝，以提高特殊形貌微細(xì)回轉(zhuǎn)體加工速度。在EEDG研究中，采用數(shù)控加工技術(shù)規(guī)劃工具進(jìn)給軌

4、跡，結(jié)合工具電極損耗補(bǔ)償方法，靈活精確地制備出具有不同三維輪廓的回轉(zhuǎn)體。
　　以微晶云母陶瓷材料為例，解決微型拉瓦爾噴管加工中的關(guān)鍵技術(shù)問題。采用BEDG和EEDG相結(jié)合的方法，快速精確地在線制備出微細(xì)超聲加工工具。采用正交實(shí)驗(yàn)方法研究加工工藝參數(shù)對(duì)微細(xì)超聲加工中工具體積損耗率的影響，并優(yōu)化加工工藝參數(shù)。通過研究超聲加工工作液中磨粒的流動(dòng)特點(diǎn)，提出在微型拉瓦爾噴管加工過程中優(yōu)先加工預(yù)通孔的必要性，并在微晶云母陶瓷材料上加工出喉部直

5、徑為170μm的微型拉法瓦噴管。
　　在分析了PCD材料的物理特性對(duì)其微細(xì)電火花加工性能影響的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了PCD材料微細(xì)電火花加工的工藝實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明由于工具上吸附的附著物的保護(hù)作用，采用工件接負(fù)極的加工更適用于PCD材料的微細(xì)電火花加工。在工件接負(fù)極的加工中，只有當(dāng)工具上吸附有適量的附著物時(shí)，附著物的保護(hù)作用比較明顯，即可有效地提高材料去除率（Material Removal Rate，簡(jiǎn)稱MRR）又可降低工具電極相對(duì)

6、損耗率（Relative Tool Wear Ratio，簡(jiǎn)稱TWR）。相反，如果工具電極上吸附有過量的附著物，則會(huì)使加工陷入低 MRR和高 TWR的惡性循環(huán)，并會(huì)加工出孔徑過大的微孔。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果找出較優(yōu)的加工參數(shù)范圍，并采用一組優(yōu)化的加工參數(shù)，成功地加工出直徑為145μm且深650μm的微細(xì)通孔。
　　在PCD材料微細(xì)電火花加工工藝研究的基礎(chǔ)上，通過在工件上添加超聲振動(dòng)，可進(jìn)一步提高 PCD材料微細(xì)電火花加工性能。對(duì)工作液空化