用车床能加工陶瓷吗

耐磨、 耐高温和耐腐蚀等特性, 而被日益广泛地应用于电子、机械、冶金、化工及航空航天等领域中。但由于工 程陶瓷具有很高的硬度和较大的脆性,给其成形加工带了很大的困难。 机械磨削是目前最常用的工程陶瓷加工方法,该加工方法需用昂贵的金刚石 砂轮和高刚度的磨床,加工成本高、 效率低,且磨削时砂轮和工件之间存在强烈的 作用力,易使工件表面产生微裂纹而降低零件的使用寿命。 为此,人们开展了绝缘 工程陶瓷的激光加工、超声加工、电火花加工、等离子弧加工、磁力研磨,以及 相关的相复合加工等技术,并取得了较大的研究进展【4】。

1、激光加工工程陶瓷

目前国内外学者对陶瓷材料激光加工技术的研究主要集中在打孔、切割、划 线和型腔加工等方面。洪蕾等人用自行研制的机械斩光盘调Q CO2，冲激光器对 Si3N4 陶瓷切割试验表明,在高峰值能量(≥15 kW) 、短脉冲宽度(1μs) 、高脉 冲频率(20kHz) 和适当的平均功率(300 W) 条件下,采用高速(>220 mm/ s) 多次 重复走刀切割工艺,可以得到无裂纹的精细切口。陈可心等人采用0.25 MPa 氧气 作辅助气体,用800 W 的连续波CO2 激光在厚度13.5 mm 的氮化硅陶瓷上加工出 了直径0.72 mm的无损伤深孔,深径比达18.75Tsai Chwan2Huei 等人提出 了基于裂纹加工单元的激光铣削方法,他们采用CO2 和Nd : YAG激光器对Al2O3 陶瓷进行了基于裂纹加工单元的激光铣削加工,并在Al2O3 陶瓷零件上加工出了 形状较复杂的型腔。研究结果表明,采用该方法进行激光铣削所需要的功率比通 常的方法低。Henry Matt等人对TBC 陶瓷、聚晶金刚石、硬质合金和不锈钢等材 料的激光铣削工艺进行了试验研究。

为把激光加工技术更好地应用于陶瓷加工中,人们还探讨了激光预热辅助切 削或磨削等方法,其目的是增强陶瓷被加工部位的韧性,以达到降低切削或磨削 力、提高加工效率和质量等目的。I. D.Marinescu 等人对Al2O3 、Ferrite 、 ZrO2 和Si3N4 4 种材料进行了激光预热磨削试验,发现激光预热磨削不仅能减 少磨削过程中温度的影响作用,而且还能降低陶瓷的硬度, 增大去除量而不引起 磨削裂纹。美国Purduce 大学的C. J . Rozzi 等人对激光辅助切削工程陶瓷技 术进行了研究,建立了激光辅助切削ZrO2 、 Si3N4 等陶瓷瞬时三维温度场 传递的物理、数学模型,并总结出了相应的加工规律。

2、超声加工工程陶瓷

与电火花加工、电解加工、激光加工等特种加工技术相比,超声加工既不依 赖于材料的导电性,又没有热物理作用,加工后工件表面无组织改变、 残余应力及 烧伤等现象等发生加工过程中宏观作用力小,适合于加工不导电工程陶瓷。 T. B. THOE 等人对超声加工Al2O3 、ZrO2 、SiC等陶瓷的工艺规律和加工 机理进行了研究,给出了的研究结果,并用超声加工技术在Si3N4陶瓷上加工出了 航空航天用的涡轮叶片。

研究资料表明， 采用超声磨削工程陶瓷时,当磨削深度小于某临界值时,工程 陶瓷的去除机理与金属磨削相似,工件材料在磨刃的作用下通过塑性流动形成切 屑,避免了较深变质层的形成,塑性磨削可以获得Ra <0. 01 μm 的表面质量。超 声磨削工程陶瓷的优点是加工效率比普通磨削高一倍以上,可采用较大的磨削用 量,能有效防止砂轮堵塞,减少砂轮的修整时间。

3、电火花加工工程陶瓷

在用电火花工艺加工工程陶瓷方面,日本长冈技术科学大学福泽康与丰田工 业大学毛利尚武的研究成果最具有代表性,他们提出了用辅助电极的方法加工绝 缘陶瓷材料。 该方法是利用放置在陶瓷表面的金属辅助电极被击穿放电时的熔化 和碳化等作用,来形成绝缘陶瓷表面的导电层以进行电火花加工的。 此后,他们又 探讨了采用物理蒸汽沉积TiN 来形成绝缘陶瓷表面导电层的电火花加工方法,以 及用廉价的石墨胶体溶液涂敷在工件表面,经过烘干等工序形成辅助电极的方 法。 Apiwat Muttamara 等人用普通电火花成形机和辅助电极电火花加工系统相 结合,以直径45μm 铜钨电极在0. 3 mm 厚的Si3N4 陶瓷工件上成功地加工出了 直径55μm 的微孔。

4、电解电火花复合加工

绝缘工程陶瓷电解电火花复合加工时,工具电极和辅助电极分别接电源的 负、 正极,工作液为电解液,由电解液的导电作用和电化学反应来形成火花放电的条件,达到放电蚀除加工的目的。 刘永红等人提出了绝缘陶瓷材料的充气电解电火花复合加工方法,研究结果 表明该加工方法具有生产率高和能耗小等优点。B. Bhattacharyya 等人使用 NaOH 溶液作电解液对高纯Al2O3 的加工试验发现,加工电压越高材料去除速度 越高,但微裂纹和其他缺陷也相应增加电解液浓度越高材料去除率越高,但过切 现象也越严重。

试验显示能够同时获得较高材料去除率和尺寸精度的加工参数为: 加工电压80 V 左右,电解液是NaOH 质量分数为40 %的溶液。另外,工具电极的尖 端形状也是影响电解电火花复合加工的一个重要因素,端部为锥形尖端形状的电 极要比端部为圆柱形的加工效果好。

5、等离子弧切割

等离子弧切割可加工所有导电材料,生产成本低、切割速度快、生产率高。 对于非金属可以采用非转移型等离子弧进行切割,非转移型等离子弧在切割时阳 极斑点在喷嘴上,大量热能经水冷散失,因此能量利用率低。 由于受弧柱形态及温 度场分布限制,该加工技术很难胜任较大厚度工件的切割。

大连理工大学进行了 绝缘陶瓷材料附加阳极等离子弧切割技术的研究工作,其基本原理是在被加工陶 瓷件下方设置一个附加电极,利用阴极与附加电极之间产生的等离子弧进行切割 加工。他们用该方法对6 mm 厚的Al2O3 陶瓷板进行了切割试验,得到了上口宽 5. 0 mm , 下口宽4. 7 mm , 切口角2. 9°的光滑切口。

可以的，有专门切割陶瓷的 陶瓷激光切割机

陶瓷激光切割机一般用于瓷器类的雕刻、切割加工。具有非接触、柔性化、自动化及可实现精密切割和曲线切割、切缝窄、速度快等特点，同传统的切割方法如金刚石砂轮切割法相比，是一种有巨大应用价值和发展潜力的理想陶瓷加工方法。

陶瓷激光切割的多道切割法

多道切割法即采用激光多次扫描同一切割轨迹而达到去除材料的目的。一般先以较低功率激光多次扫描同一加工路径，以不断推进加工深度，至一定厚度后，转而以

高功率激光完成切割。该方法工艺最为简单，但可靠性差。优点在于每道切割时单位长度输入的能量小，可以降低热载荷，抑制裂纹产生与扩展。但是此法在提出之

际就已被明确指出这是一种牺牲加工时间和效率的切割方法，用该方法切割8.5mm的氧化铝陶瓷需要60或100次激光的重复扫描“走刀”

实验发现激光扫描所产生的熔渣很难及时排除，往往因严重堆积造成切缝堵塞及残余热作用霍加。因此，该方法更适用于以气化切割机制为主的陶瓷。采用调Q的CO2激光及纳秒级脉宽抑制裂纹，以气化多道切割方式对Si3N4陶瓷进行无损切割研究，可以将微裂纹尺寸控制在晶粒尺寸的范围。

陶瓷激光切割机 -注意事项：

高速气流体现了对激光与陶瓷相互作用区一定的冷却作用，使激光与陶瓷互相作用产生的热量向基体内部的传导深度降低，从而使由于受热融化快速冷却而产生的

重铸层厚度下降。当切割速度增大到一定值时，脉冲叠加程度下降，单位长度热作用时间降低，甚至部分依靠热振促成基体断裂；脉冲休止时间内，激光割嘴运动距

离超过光斑直径，脉冲激光叠加作用消失，单个脉冲单独作用时，其温度梯度大，热传导时间短，从而使高速气流的冷却作用变得不明显。

在脉宽为0.3ms,复合作用超音速切割气流的前提下，平均功率是影响重铸层厚度的最主要因素，切割速度次之，脉冲频率再次。平均功率是决定单脉冲峰值能

量的关键因素，峰值能量又是决定温度梯度即热传导深度的关键因素；脉冲频率的增加可以提高脉冲搭接程度，但并不一定引起热量累积和向切口两侧传导的当量增

加；切割速度的提高本质上在于降低脉冲重叠导致的热量累积，直至达到单个脉冲所能切断的陶瓷厚度。所以选定合适平均功率，辅以切割速度及脉冲频率的匹配是

获得较小重铸层厚度的先决条件。

其他建议：二氧化碳的切割面好些，YAG的切割面光洁度不够好