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随着现代科学技术的发展,硬脆材料(如硬质合金、工程陶瓷、光学玻璃、半导体、单晶硅和蓝宝石等)在电子、光学、仪器仪表、航空航天和民用等行业的应用越来越广泛。硬脆材料的加工主要采用研抛技术,但研抛技术生产周期长,产品成本高。近年来随着超精密磨削技术的进步,使得磨削表面质量等同甚至优于研抛表面,并且加工效率大幅度提高。目前,硬脆材料的精密镜面磨削还仅限于典型材料的工艺试验研究,尚没有得出对于硬脆材料的精密镜面加工具有指导意义的机理及工艺的普遍规律。
本论文分析了硬脆材料在磨削过程中脆性去除模式、塑性去除模式以及脆性-塑性混合模式的去除机理,讨论了硬脆材料在脆性去除向塑性去除转换中的临界条件以及影响因素,从而将磨削加工过程分为不同的阶段;结合几种典型硬脆材料的精密磨削加工试验,通过分析不同阶段切削力及材料变形特点,建立了两类硬脆材料的磨削模型。对于各向同性、晶格按有规则的网络体结构排列的晶体类材料,由于其具有极高的脆性,因而在塑性加工之后将存在崩碎切削阶段;而高温烧结合金材料则不存在该阶段,这是两类硬脆材料加工过程中不同之处。
通过对钢结硬质合金、硬质合金、氮化硅等典型硬脆材料进行精密镜面磨削试验,借鉴前人在该类材料精密磨削加工研究中的经验,不断调整工艺参数,获得了较好的表面质量;对硬脆材料精密镜面磨削加工过程中的影响因素进行了详细的分析,总结出磨削加工硬脆材料的基本规律。研究成果对硬脆材料的精密镜面加工具有指导意义。