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

1、硬脆非金屬材料的微細加工一直是機械加工中的難點。微晶云母陶瓷(Microcrystalline-mica-ceramic,簡稱MCMC)和聚晶金剛石（Polycrystalline Diamond,簡稱PCD)是比較典型并有廣泛應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、耐高溫和低熱導率等特性，其熱導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)中有廣泛應用前景。本文采用微細超聲加工（Micro Ultrasonic Machining，簡稱micro-USM）和微細電火花加工（Micro Electrical Discharge Machining，簡稱micro-EDM）技術(shù)，分別針對微晶云母陶瓷和聚晶金剛石的微細加工展開研究。
　　采用塊電極電火花磨削（Bloc

3、k Electrode Discharge Grinding，簡稱BEDG）和刃口電極電火花磨削（Edge Electrode Discharge Grinding，簡稱EEDG）方法對微細電火花加工和微細超聲加工工具的在線制備技術(shù)進行研究。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)劃工具進給軌

4、跡，結(jié)合工具電極損耗補償方法，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超聲加工工具。采用正交實驗方法研究加工工藝參數(shù)對微細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特點，提出在微型拉瓦爾噴管加工過程中優(yōu)先加工預通孔的必要性，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材料的物理特性對其微細電火花加工性能影響的基礎(chǔ)上，進行了PCD材料微細電火花加工的工藝實驗研究。實驗結(jié)果表明由于工具上吸附的附著物的保護作用，采用工件接負極的加工更適用于PCD材料的微細電火花加工。在工件接負極的加工中，只有當工具上吸附有適量的附著物時，附著物的保護作用比較明顯，即可有效地提高材料去除率（Material Removal Rate，簡稱MRR）又可降低工具電極相對

6、損耗率（Relative Tool Wear Ratio，簡稱TWR）。相反，如果工具電極上吸附有過量的附著物，則會使加工陷入低 MRR和高 TWR的惡性循環(huán)，并會加工出孔徑過大的微孔。根據(jù)實驗結(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的微細通孔。
　　在PCD材料微細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，可進一步提高 PCD材料微細電火花加工性能。對工作液空化