对纤维增强的陶瓷材料进行高效切削

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对诸如C/C-SiC材料等纤维增强的陶瓷材料进行加工时，合适的刀具结构和切削过程是不可缺少的。在这样的材料上加工孔时，若能够对陶瓷材料的磨削棒的端部直径磨损进行补偿，或者对磨削棒端部直径的公差进行控制，使用烧结材料的刀具将会是一个很好的选择。
# b; H3 Z) I: O0 N& z" Y  L2 l' f整体的陶瓷材料有着非常好的物理耐热性能、很高机械强度、很高的耐磨性能和独特的断裂性能。随着纤维增强材料在陶瓷材料中的应用，陶瓷材料的断裂特性有所缓解，至少是肉眼观察时不明显了。这种纤维增强的陶瓷材料主要在航空航天领域中用于航天飞行器耐热材料，为飞行器重返大气层时提供隔热保护。其他的应用领域包括耐高温和耐温度突变的应用场合，如航空航天设备中推进器的燃烧室和调节板材料和流程工艺技术中的反应塔的隔热材料等。
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+ G2 x! _+ \' P8 R, v  g( @; }2 v纤维增强陶瓷材料上的孔可以用空心结构的金刚石墨棒按照螺旋线进给的加工工艺方式进行加工基于传统的经济型生产工艺，纤维增强的陶瓷材料也作为轿车刹车片的摩擦材料和磁悬浮列车、高速电梯的制动片材料。尽管其使用领域在不断扩大，但是长期以来有关这种纤维材料零件内腔加工切削性能的研究报道却不多。本文将向读者介绍一些在纤维增强陶瓷材料中加工孔、槽、以及不同形状凹槽的实验结果（图1）。实验所用材料为含有大量纤维成分的碳化硅，硬度很高。所有的实验没有采用超声波辅助支持技术，是在普通的加工中心机床中完成的。

4 {- M* m6 o, r) |, ^3 \3 U图1 可以在纤维增强陶瓷材料零件上完成的不同加工工艺空心金刚砂磨棒是合适的孔加工刀具
脆、硬材料，尤其是这种纤维增强的陶瓷材料的切削一般是从微观裂纹开始的，它通过裂纹应力扩展而最终剥离下来。同时，在切屑形成的过程中存在因各个晶粒切削厚度不同而产生不同程度的弹性变形的问题，因而传统的硬质合金刀具由于其较低的硬度而无法完成对陶瓷材料的切削加工。即使是PKD多晶金刚石刀具，也因其很高的刀具磨损而列入了不合适刀具的行列。与此，在对纤维增强的陶瓷材料进行孔加工时，最合适的刀具就是空心金刚了，而采用的“钻孔”工艺也应相应的改为螺旋线进给的加工方式。砂磨棒空心的结构保证了可以使用大量的冷却液进行高质量冷却，避免刀具和工件之间的相对移动。这样的金刚砂磨棒在端面和圆柱面上应有能够快速提供大量冷却液的冷却沟槽，同时也能够带走切削下来的切屑和冷却液。
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在孔加工实验中，对不同的金属粘结剂也进行了测试。采用“镀涂”工艺技术制成的，具有单层颗粒的金刚砂磨棒的标准切削长度大于4m。随着金刚砂颗粒的磨平，各个颗粒的切削力提高，导致金刚砂颗粒的剥落。烧结材料的刀具则相反，它有着线性的径向磨损，理论上具有更高的总切削长度。但是，这种刀具也能够带来孔径超差的径向磨损。利用电镀方式在烧结刀具表面形成的精细颗粒层因其易于脱落使得切削过程的稳定性大受影响。例如它能够在这种非均质材料中加工出表面质量（Ra