珩磨常用于內(nèi)孔表面的精加工，同時(shí)又是一種高效加工方法，可去除較大余量，適合加工相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度高的精密偶件。隨著金剛石等超硬磨料的應(yīng)用，今后，對(duì)高性能陶瓷材料的珩磨加工將占有很大比重。珩磨加工是陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸(Mg-PSZ，TZP)、陶瓷泥沙泵缸體(ZTM，Al2O3) 以及陶瓷軸承套(HPSN，RBSN)等孔類零件機(jī)械加工的最佳選擇。工程陶瓷材料珩磨面臨的主要研究課題之一是如何提高加工質(zhì)量，發(fā)揮材料的優(yōu)異性能。本文從陶瓷材料和珩磨工具兩方面研究了工程陶瓷材料的珩磨表面質(zhì)量，分析珩磨表面粗糙度及表面耐磨性能，主要實(shí)驗(yàn)條件如下：
機(jī)床：M4215型立式珩磨機(jī)
試件直徑：65 mm
珩磨速度：12.44 m/min
油石往復(fù)速度：4.8 m/min
油石工作壓力：0.24 MPa
油石越程量：20 mm
珩磨時(shí)間：3 min
冷卻條件：煤油+機(jī)油
磨床：MG1432A型高精度萬(wàn)能外圓磨床
工件主軸轉(zhuǎn)速：140 r/min
砂輪主軸轉(zhuǎn)速：10 000 r/min
砂輪型號(hào)：1A1/T2 30×10×10×3RVD 140/170 B 100
測(cè)試儀器：Taylor-Hobson-6型表面粗糙度儀，UBM微焦距表面粗糙度儀
1 不同陶瓷材料珩磨加工表面質(zhì)量分析
陶瓷材料的種類不同，其磨削加工表面粗糙度值存在差異，加工后陶瓷材料表面粗糙度值在一定程度上反映了材料的磨削加工性。陶瓷材料的珩磨加工具有同樣的規(guī)律。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，珩磨加工4種陶瓷材料：95Al2O3，ZTM，ZTM/SiCp和HPSN。其中，油石型號(hào)為SFH 72×6×6×2 RVD 230/270 B 75。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。
圖1 陶瓷材料表面Ra值
2 珩磨工具對(duì)陶瓷珩磨表面粗糙度的影響
工程陶瓷材料珩磨加工表面質(zhì)量的影響因素可分為兩類：珩磨工藝參數(shù)和珩磨工具參數(shù)。其中，工具參數(shù)的影響最為顯著。本文以ZTM陶瓷材料為例，主要考察金剛石油石粒度、濃度以及結(jié)合劑3個(gè)工具參數(shù)對(duì)工程陶瓷珩磨加工表面粗糙度的影響規(guī)律。
2.1 金剛石油石粒度
金剛石油石粒度對(duì)珩磨后陶瓷材料表面粗糙度有重要影響。選用3種粒度的油石磨料，對(duì)ZTM陶瓷材料進(jìn)行珩磨加工，其中，樹脂結(jié)合劑油石濃度為50%，結(jié)果見圖2中的粒度對(duì)比部分。隨著金剛石油石磨料粒度的降低，陶瓷材料的加工表面質(zhì)量得到明顯改善。油石磨料的粒度細(xì)，磨粒與陶瓷材料的相互作用區(qū)域范圍小，磨粒的切削能力弱，材料去除量少，在陶瓷材料表面產(chǎn)生的磨削痕跡淺。于是，粗糙度參數(shù)Ra值較低。工程陶瓷材料精加工時(shí)，應(yīng)選擇細(xì)粒度的金剛石油石工具，避免劃痕的產(chǎn)生，以獲得合格的表面質(zhì)量。
圖2 ZTM陶瓷材料表面Ra值
選用3種濃度的金剛石油石磨料，對(duì)ZTM陶瓷材料進(jìn)行珩磨加工，其中，樹脂結(jié)合劑油石粒度為230/270，結(jié)果見圖2中的濃度對(duì)比部分。金剛石油石的濃度低，油石表面單位面積上的磨粒數(shù)減少，導(dǎo)致陶瓷材料珩磨表面加工的不均勻性。并且，單個(gè)磨粒上的作用力大，陶瓷材料更容易以脆性破壞形式去除，加工表面留下較深的劃痕。因此，低濃度油石珩磨陶瓷材料表面的Ra要高一些。從圖2可以看出，金剛石油石濃度對(duì)陶瓷材料珩磨加工表面粗糙度的影響，并不像油石粒度那樣顯著。為獲得較好的工程陶瓷珩磨表面質(zhì)量，金剛石油石的濃度不宜選得過(guò)低。
2.3 金剛石油石結(jié)合劑
工程陶瓷零件實(shí)際加工中，一般采用樹脂結(jié)合劑金剛石工具制品作為切削工具，為了獲得較高的磨削比和加工效率，通常選用金屬結(jié)合劑金剛石工具。選擇油石磨料粒度230/270，濃度為75%。從圖2中的結(jié)合劑對(duì)比部分可以看出，樹脂、青銅、鑄鐵結(jié)合劑金剛石油石加工后的陶瓷表面粗糙度值差別不大。而電鍍金剛石油石珩磨后的陶瓷材料表面粗糙度值迅速升高，對(duì)陶瓷材料表面質(zhì)量的影響最大。電鍍油石表面磨粒充分暴露，在陶瓷材料表面加工出極深的劃痕。
3 陶瓷材料平頂珩磨表面質(zhì)量分析
對(duì)于有配合精度要求的精密偶件，其最終加工表面質(zhì)量，在使用中顯得更為重要。以陶瓷材料在汽車、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等應(yīng)用為例，如果材料表面質(zhì)量差，就會(huì)發(fā)生表面磨損現(xiàn)象(見圖3)：陶瓷材料表面輪廓鋒利的凸峰或者切削與之配合的金屬部件或者陶瓷材料之間表面輪廓尖峰相互撞擊，最終導(dǎo)致部件配合尺寸超過(guò)公差范圍，配合精度下降，從而增加燃料的消耗。
圖3 配合面的磨損
Mg-PSZ陶瓷材料經(jīng)過(guò)磨削和平頂珩磨加工的表面輪廓 (見圖4)。對(duì)比兩種加工方法的材料表面輪廓，可明顯看出，磨削加工后陶瓷材料表面輪廓峰、谷分布隨機(jī)，表面存在許多凸起的尖峰，不適合用做精密配合表面。平頂珩磨中的SiC油石對(duì)陶瓷材料的切削作用小，僅能去除陶瓷材料表面輪廓尖峰部分，獲得平坦表面輪廓。
圖4 Mg-PSZ材料表面輪廓
(a)磨削表面 (b)平頂珩磨表面
研究表明，磨削加工的表面tp曲線形狀比較陡，表面輪廓高度幅度曲線的分布范圍比較寬。材料表面的耐磨性能較差。而經(jīng)過(guò)平頂珩磨加工的材料表面，tp曲線形狀比較平坦，表面輪廓高度幅度曲線分布范圍窄，材料表面具有良好的耐磨性能。
上述研究結(jié)果證明了工程陶瓷材料加工表面平頂特性的存在，在生產(chǎn)中可選擇合理的加工工藝，從機(jī)械加工角度，提高陶瓷材料的機(jī)械性能。
4 結(jié)論
(1)陶瓷材料種類不同，其珩磨加工表面粗糙度值存在一定的差異。陶瓷材料的強(qiáng)度越低、脆性越高，其加工表面粗糙度值越大。陶瓷材料的珩磨加工還應(yīng)考慮材料的影響因素。
(2)金剛石油石粒度、濃度以及結(jié)合劑三個(gè)珩磨工具參數(shù)中，油石粒度和油石結(jié)合劑對(duì)陶瓷材料珩磨加工表面粗糙度的影響作用較顯著。
(3)工程陶瓷材料采用平頂珩磨加工方法，可去除材料表面輪廓中鋒利的凸峰，形成具有平頂特性的陶瓷材料表面，在實(shí)際應(yīng)用中避免發(fā)生配合面材料的磨損。
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