可加工陶瓷材料机械加工技术的研究进展

随着可加工陶瓷材料的研发与应用,可加工陶瓷材料的机械加工技术逐渐成为当今的研究热点之一。本文综述了可加工陶瓷在机械加工过程中的材料去除特性、刀具磨损、加工工艺及可加工性评价,内容涉及加工表面质量、去除机理、加工损伤、材料去除率、刀具参数、切削参数、表面粗糙度、冷却和可加工性综合评价,并提出了今后的研究发展方向和趋势。

可加工陶瓷材料的机械加工技术

介绍云母玻璃陶瓷、氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷 3类可加工陶瓷材料的显微结构特性与材料可加工性的关系 ,层片状结构与弱界面使陶瓷材料具备可加工性。分析了可加工陶瓷材料机械加工过程中的特性 ;适宜的加工工艺参数、低加工损伤及材料的沿晶界断裂模式。结合金属材料的可加工性研究 ,讨论了适于陶瓷材料可加工性评价的研究方法。

ZrO_2/CePO_4可加工陶瓷材料钻削加工的试验研究

分别用高速钢刀具和硬质合金刀具对ZrO_2/CePO_4可加工陶瓷材料进行钻削加工试验。通过比较ZrO_2/Ce-PO_4陶瓷和低碳钢材料的加工过程,分析了ZrO_2/CePO_4陶瓷的加工特性、材料钻削规律及其影响因素。实验结果表明:刀具的磨损是ZrO_2/CePO_4钻削加工的主要特征之一。钻削ZrO_2/CePO_4陶瓷材料的去除过程可分为高效率和高磨损2个阶段,刀具材料影响ZrO_2/CepO_4可加工陶瓷材料的加工效率。可加工陶瓷的加工过程中,应选择合理的刀具参数和加工工艺参数,以获得良好的加工质量。

可加工陶瓷材料ZrO_2/CePO_4钻削刀具的磨损

通过ZrO2/CePO4陶瓷的钻削实验,研究刀具磨损特性,分析各因素对刀具磨损的影响.分别应用硬质合金和高速钢钻头对制备的可加工陶瓷ZrO2/CePO4进行钻削加工.通过主后刀面的磨损测试和电镜观察,考察ZrO2/CePO4钻削中的刀具磨损形态、过程以及刀具材料、刀具角度、冷却条件对刀具磨损的影响.结果表明,高速钢刀具因磨损严重,不适于ZrO2/CePO4陶瓷的钻削.可加工陶瓷ZrO2/CePO4钻削过程中,硬质合金钻头的磨损主要包括3种形态:主后刀面磨损、第一副后刀面磨损和横刃磨损.与低碳钢比较,钻削ZrO2/CePO4陶瓷时硬质合金刀具的磨损速度增长较快,冷却条件对刀具磨损的影响显著.刀具材料和冷却条件是影响ZrO2/CePO4陶瓷钻削刀具磨损的主要因素.

CePO_4/Ce-ZrO_2可加工陶瓷性能与断裂机制研究

以Ce ZrO2为基体,通过复合不同加入量的第二相CePO4颗粒,研究了陶瓷材料力学性能的变化,并借助加载能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对材料弯曲断口及压痕裂纹扩展方式进行分析。当CePO4加入量为25%时,虽然材料力学性能有一定下降,但已经能用WC刀具进行加工。材料的弯曲断口显示,CePO4在两相体系中的断裂呈层片状形式;加入CePO4后,由于两相之间弱结合界面的存在,压痕裂纹扩展形式发生明显变化,由连续扩展机制过渡为不连续扩展。由这两种机制形成的材料断裂过程是阶段性的,在实际中可以用作材料最终破坏前的预报。

用模糊层次分析法评价陶瓷的磨削加工性

应用二级模糊综合评判和层次分析相结合的方法对陶瓷材料的磨削加工性进行评价.选择影响陶瓷材料磨削加工性的性能参数和加工过程/输出参数作为模糊综合评判的因素集,建立因素之间的递阶层次结构,利用Saaty 1-9标度法对各因素进行两两比较构造判断矩阵,通过计算判断矩阵的特征向量确定各因素的相对权重.然后分别通过一级和二级模糊综合评判,根据最大隶属度原则,确定每种陶瓷材料的磨削加工性等级.作为实例,碳化硅、氧化铝、氧化锆和氮化硅陶瓷材料的磨削加工性分别被划分为易加工、较易加工、较难加工和难加工4个等级.研究结果表明,模糊层次分析法可以考虑影响陶瓷材料磨削加工性的多种因素及因素间的相互关系,客观确定各种因素对磨削加工性的影响权重,评价结果能够细致划分陶瓷材料的磨削加工性等级.

工程陶瓷磨削加工表面损伤图像检测

通过对工程陶瓷磨削加工试验得到的表面图像进行观察和分析,对表面损伤情况进行分类。运用计算机数字技术对表面图像进行图像增强、平滑去噪、中值滤波、细化等一系列的处理后,对加工表面所出现的微裂纹和脆断凹坑进行识别和提取,最后采用表面破碎率这个量化的指标来评价图像表面的损伤程度及其与加工参数的关系。

应用灰色聚类法评价陶瓷材料的磨削加工性

提出一种陶瓷材料磨削加工性的评价方法,能够同时考虑影响陶瓷磨削加工性的多种因素。选择陶瓷材料为聚类对象,选取陶瓷材料磨削加工性的影响因素作为聚类指标,将陶瓷材料的磨削加工性分为不同的灰类等级。确定陶瓷磨削加工性影响因素的灰类白化函数,利用离差法计算磨削加工性影响因素的灰色定权系数,经过计算得到每种陶瓷材料的聚类向量,通过比较聚类系数确定陶瓷材料的磨削加工性等级。以碳化硅、氧化铝、氮化硅和氧化锆4种陶瓷材料为例,同时考虑材料的性能参数和加工过程/输出参数,应用灰色定权聚类方法,4种陶瓷材料被分为3个不同的磨削加工性等级。研究结果表明灰色定权聚类是一种可行的陶瓷材料磨削加工性综合评价方法。

用数据包络分析法评价可加工陶瓷材料的可加工性

为了客观评价陶瓷材料的可加工性,建立了可加工陶瓷材料可加工性评价的数据包络分析模型.选取被评价的可加工陶瓷材料为决策单元,将材料的性能参数经过数据处理后作为决策单元的输入指标,将材料的加工过程参数经过数据处理后作为决策单元的输出指标,分别生成决策单元的输入指标数据序列和输出指标数据序列,并构造数学规划模型,根据优化理论求出可加工陶瓷材料决策单元的最优解,通过比较最优解评价材料的可加工性.以5种复合陶瓷Ce-ZrO2/CePO4作为评价实例,综合考虑可加工陶瓷材料性能参数和加工过程参数之间的关系,获得材料的可加工性排序.评价结果表明,数据包络分析法能够客观评价可加工陶瓷材料的可加工性.

采用有向图法评价陶瓷材料的可加工性

提出了一种陶瓷材料可加工性综合评价的新方法———有向图法,并制备出六种不同CePO4含量的Ce-ZrO2/CePO4复合陶瓷材料,进行了可加工性评价和钻削加工试验。结果表明:对材料的可加工性评价排序结果与试验结果吻合,该方法可用于陶瓷材料可加工性的评价。

弱结合、可加工Ce-ZrO_2/CePO_4陶瓷材料设计

对含有弱结合界面的可加工Ce-ZrO2 /CePO4陶瓷材料的设计进行了研究。结果表明 ,在Ce -ZrO2 中引入CePO4后可形成强弱界面共存的情况 ,弱界面处易形成微裂纹 ,并发生裂纹桥联等形式 ,改善了材料的加工性能。但Ce -ZrO2 /CePO4材料的强度等力学性能受温度等工艺因素影响较大 ,在 15 5 0℃× 2h下颗粒尺寸与发生裂纹桥联等形式相适应 ,耗散了主裂纹扩展的能量 ,增加了材料的断裂功 ,从而使得Ce -ZrO2 /CePO4陶瓷材料具有可加工性的同时仍可维持一定的力学性能 ,且加工损伤变小 。

氧化物与稀土磷酸盐复合陶瓷的切削加工性评价

应用模糊综合评判原理,评价可加工陶瓷材料的切削加工性,判断材料的切削加工性等级。通过Ce ZrO2/CePO4复合陶瓷的材料制备、性能测试、模糊综合评判和加工实验,研究了氧化物与稀土磷酸盐复合陶瓷的材料切削加工性。根据模糊数学提出一种可加工陶瓷材料切削加工性的综合评判方法。以陶瓷材料的力学性能参数为因素集,选择5种切削加工性等级,根据隶属函数计算模糊矩阵,通过模糊变换确定出氧化物与稀土磷酸盐复合陶瓷的切削加工性。综合评判结果将所制备的几种Ce ZrO2/CePO4复合陶瓷材料分为3个切削加工性等级,材料的切削加工性等级随CePO4含量的增加而提高,评判结果与钻削实验的材料去除率结果相符。Ce ZrO2/CePO4复合陶瓷材料的钻削加工表面具有明显的塑性变形加工痕迹。还分析了含LaPO4的其它氧化物复合陶瓷材料的切削加工性等级。材料切削加工性的评价方法建立了材料性能与加工技术之间的关系,可提供一种新的材料设计方法。

工程陶瓷材料的磨削加工性评价方法研究

提出了一种工程陶瓷材料磨削加工性综合评价的新方法。应用图论中的有向图理论,以材料磨削加工性属性为顶点,以各属性之间的相互关系为边,建立了陶瓷材料磨削加工性评价的有向图模型。根据有向图模型,建立磨削加工属性矩阵,并由矩阵的积和式函数计算出材料的磨削加工性指标,从而判断材料的磨削加工性。有向图模型可以综合考虑多种属性及属性间的相互关系,可对陶瓷材料的磨削加工性做出正确、完整的评价。论文选择陶瓷材料的硬度、断裂韧性和弹性模量3个力学性能参数作为磨削加工属性,根据所提出的评价方法,对4种典型工程陶瓷材料的磨削加工性进行评价,并根据磨削加工性指标进行排序,在材料机械加工之前确定其磨削加工性。通过磨削实验验证评价结果。评价结果将对陶瓷材料加工中工具和工艺参数的确定具有指导作用。

稀土磷酸盐(CePO_4)对ZTA陶瓷加工性能的影响

根据稀土磷酸盐与氧化物易形成弱结合晶界面的特性,在氧化镐增韧氧化铝(ZTA)陶瓷中引入CePO4,经适当的工艺处理和优化,改变显微结构,使ZTA/CePO4陶瓷为可用WC基合金刀具加工的可加工陶瓷,并且强度接近ZTA陶瓷。

一种陶瓷材料磨削加工性的综合评判方法

磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法 ,本文以陶瓷材料的物理、力学性能为依据 ,应用模糊数学中的模糊综合评判原理 ,建立了工程陶瓷材料磨削加工性的二级模糊综合评判模型 ,提出了一种对工程陶瓷材料磨削加工性进行综合评判的新方法。选择陶瓷材料的 3个力学性能参数构成因素集合 ,根据提出的评判方法 ,对 4种典型工程陶瓷材料的磨削加工性进行评价 ,并根据综合评价指标进行排序。结果表明 ,该方法的评判结果合理 ,评价方法易于运用计算机来处理 ,简单实用。此方法将工程陶瓷材料的可加工性的评价建立在材料性能参数分析的基础上 ,在磨削加工之前确定材料的磨削加工性。评价结果对工程陶瓷材料的加工过程中工具和工艺参数的确定具有重要指导作用。

外加剂对可加工陶瓷Ce-ZrO_2/CePO_4结构与性能影响

实验针对Ce-ZrO2/CePO4体系中的t-ZrO2含量对材料性能的影响,通过补加适量稳定剂改善材料的微观结构、机械性能和烧结稳定性,同时添加Al2O3以限制c-ZrO2的长大减少大气孔,控制材料的结构缺陷。研究发现,改变工艺后,材料的应力应变曲线仍呈明显的非线性,压痕边缘不仅明显塌陷且部分材料被挤出,说明该材料不仅表现出较好的“塑性”特征且具有相当高的强度;Ce-ZrO2/50wt%CePO4材料出现了类似金属的“延性”特征。

水润滑陶瓷主轴研究现状与关键技术

介绍了水润滑陶瓷主轴的概念和特点,概述了水润滑陶瓷主轴在国内外的发展趋势和工业应用,对水润滑陶瓷主轴的关键技术和急需解决的问题从4个方面进行了评述,主要包括:1)材料摩擦学方面,需加强对低成本、高性能水基润滑添加剂、高韧性硅基陶瓷材料、长寿命陶瓷涂层的研究;2)轴承润滑建模与分析方面,需综合考虑陶瓷零件加工精度、水基润滑剂非牛顿效应、高速湍流效应、温黏效应等因素,实现精确建模与分析;3)高速主轴轴承-转子系统非线性动力学方面,需借助降阶分析理论的最新成果,实现系统非线性行为的精准预测与调控;4)表面织构在水润滑陶瓷主轴上的应用方面,需加强对表面织构和宏观结构的协同效应、表面织构的设计与优化,以及陶瓷表面织构的低成本高效加工方法的研究。

基于有限元的加工中心立柱结构静、动态设计

运用结构动态设计原理和有限元法的变量化分析技术,用ANSYS软件对加工中心立柱部件进行静力分析和模态分析。通过研究立柱内部三种不同结构肋板对其静、动态性能的影响,给出内部肋板的最佳结构形式。

大流量、高扬程、超大轴径泥泵机械密封的研制及优化

“天鲲号”的投产使用,极大地提高了疏浚工程的施工效率,但目前“天鲲号”泥泵采用的L型橡胶密封在高排压下很快磨损失效引起泄漏停机,严重影响施工进度。针对这一问题,提出采用机械密封代替L型橡胶密封的方法。通过技术参数计算,对密封部位进行仿真,对机械密封进行设计、制造,并通过2次实船测试对机械密封的性能开展验证。研究结果为解决疏浚装备泥泵密封在大流量、高扬程、超大轴径及高压下寿命短的问题提供了一种新的方案。

纳米磨削过程中加工表面形成与材料去除机理的分子动力学仿真

目前 ,以线性断裂力学为基础的加工理论对解释微切削加工机理还存在不足 .分子动力学分析的方法在研究纳米尺度或原子尺度下的固体变形方面具有独特的优势 ;辅以压痕挤压机理分析 ,解释纳米磨削过程中加工表面形成和材料去除机理 .研究表明 :静水压力对非结晶变形程度影响很大 ;晶格重构原子与一部分非晶层原子堆积在磨粒的前上方 ,由于磨粒不断前移 ,最终形成磨屑而实现材料去除 ,处在磨粒前下方的非晶层原子在压应力的作用下与已加工表层断裂的原子键结合重构形成已加工表面变质层 ;变质层由内外两层组成 ,外层是非晶层 。