由于硬脆材料具有很高的硬度、強(qiáng)度及良好的耐熱性、低的導(dǎo)熱性和熱膨脹性，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。世界很多國(guó)家非常重視其開發(fā)和研究。硬脆材料加工方法的研 究是關(guān)系到它應(yīng)用前景的重要課題之一。目前，硬脆材料的加工，基本上都是應(yīng)用金剛石砂輪在高精度的平面磨床上磨削加工，其生產(chǎn)效率、表面質(zhì)量等存在一些問 題，需要進(jìn)一步研究新的加工方法。因此，我們提出在精密磨床上安裝振動(dòng)工作臺(tái)，通過帶動(dòng)工件振動(dòng)磨削。振動(dòng)磨削時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)，磨粒隨時(shí)改變切削方向， 并多方面地參加切削，形成一種“多刃磨削”過程，使工件表面切痕彼此交織，形成低的表面粗糙度值，而且磨粒由于砂輪或工件附加了振動(dòng)，實(shí)際形成一種脈沖切 削，磨粒更易破碎，不斷形成新的磨刃，在砂輪工作表面上，有效磨粒和磨粒的有效磨刃數(shù)也都顯著增加，提高了磨具的切削能力，也提高了磨削質(zhì)量和效率。
　　1 試驗(yàn)裝置、條件及方法
　　鐵氧體材料振動(dòng)磨削是在精密平面磨床上進(jìn)行的，采用工作臺(tái)振動(dòng)方法磨削。工件通過專用夾具固定在工作臺(tái)上，振動(dòng)工作臺(tái)安裝在平面磨床電磁吸盤 工作臺(tái)上，可隨其縱向移動(dòng)，振動(dòng)工作臺(tái)由振動(dòng)彈簧鋼片支撐，在電磁激振器作用下，帶動(dòng)工件橫向振動(dòng)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)磨削。具體試驗(yàn)裝置如圖1所示。
　　
　　
　　1. 試驗(yàn)條件
　　1. 試驗(yàn)用精密磨床為M170，最小進(jìn)給量為：0.01mm/ 次：
　　2. 試驗(yàn)用材料為壓熱燒結(jié)Mn-Zn 鐵氧體，尺寸為：20×20×20 及?18×2數(shù)件兩種，表面已粗磨，用工作臺(tái)上的小型專用夾具定位和夾緊：
　　3. 試驗(yàn)用砂輪為40號(hào)白剛玉砂輪，采用鋼基座金剛石筆修整，砂輪徑向跳動(dòng)量控制在0.01mm 之內(nèi)：
　　4. 檢測(cè)表面粗糙度儀器為英國(guó)產(chǎn)Tayor-Hossor輪廓儀(測(cè)量精度比真實(shí)值小一級(jí))。
　　2. 實(shí)驗(yàn)方法
　　1. 每磨一個(gè)試件樣品前，用金剛石筆修整砂輪，修正導(dǎo)程為0.05mm/r，修正深度為0.01mm，修正次數(shù)為2 次：
　　2. 工件橫向進(jìn)給量為0.2mm/ min：
　　3. 磨削深度為0.02mm/次：
　　4. 縱向工作臺(tái)速度為13.0mm/min：
　　5. 在每一個(gè)固定激振頻率和工作臺(tái)振幅下，向下進(jìn)給5次，光磨2次：
　　6. 磨削液為NaNO3水溶液：
　　7. 砂輪轉(zhuǎn)速為1500r / min。
　　
　　2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　我們先后對(duì)數(shù)個(gè)零件在上述實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行了磨削，其磨削零件表面經(jīng)過清洗和干燥，先后在高倍顯微鏡下觀察，然后，用粗糙度輪廓儀檢測(cè)其表面粗 糙度。根據(jù)已掌握的資料，在低頻振動(dòng)(20Hz左右)和小振幅值(全峰值為：1mm左右)下，就可達(dá)到很好的振動(dòng)磨削效果，因此，在實(shí)驗(yàn)中使振動(dòng)磨削受迫 頻率范圍小于40Hz，振幅范圍小于2mm。為了準(zhǔn)確起見，把每個(gè)試件測(cè)量3次，再取平均值作為試件磨削后的表面粗糙度值。表1為實(shí)現(xiàn)恒頻率變振幅下振動(dòng) 儀器調(diào)整值及其試驗(yàn)結(jié)果。表2為實(shí)現(xiàn)恒振幅變頻率下振動(dòng)儀器調(diào)整值及其試驗(yàn)結(jié)果。
　　表1 恒頻率變振幅下振動(dòng)儀器調(diào)整值及試驗(yàn)結(jié)果
　　
　　

工件編號(hào)	表面粗糙度測(cè)量值(μm)				振動(dòng)工作臺(tái)振幅值 (mm)	功率放大器 GT200-4型(A-V)	直流穩(wěn)壓電源WD6型		信號(hào)發(fā)生器XD22型
	第一次 第二次 第三次 均值						電流(A)	電壓(V)	電壓(V)	頻率(Hz)
1	0.23	0.14	0.17	0.180	0.6	33.0	9.0	40.0	1.15	10.0
2	0.14	0.20	0.19	0.177	0.8	42.0	11.5	50.0	1.30	10.0
3	0.11	0.13	0.17	0.137	1.2	47.0	14.0	60.0	1.40	10.0
4	0.10	0.12	0.16	0.127	1.4	54.0	15.0	65.0	1.70	10.0
5	0.10	0.15	0.12	0.123	1.6	65.0	16.0	70.0	1.80	10.0
6	0.12	0.13	0.11	0.120	1.8	69.0	20.0	90.0	1.85	10.0

　　
　　表2 恒振幅變頻率下振動(dòng)儀器調(diào)整值及試驗(yàn)結(jié)果
　　

工件編號(hào)	表面粗糙度測(cè)量值(μm)				振動(dòng)工作臺(tái)振幅值 (mm)	功率放大器 GT200-4型(A-V)	直流穩(wěn)壓電源WD6型		信號(hào)發(fā)生器XD22型
	第一次 第二次 第三次 均值						電流(A)	電壓(V)	電壓(V)	頻率(Hz)
7	0.22	0.14	0.18	0.180	0.8	34.0	13.0	50.0	1.30	5.0
8	0.14	0.20	0.23	0.190	0.8	42.0	11.5	50.0	1.30	10.0
9	0.16	0.18	0.13	0.157	0.8	37.0	11.0	50.0	1.30	15.0
10	0.10	0.15	0.18	0.143	0.8	26.0	11.0	50.0	1.30	20.0
11	0.19	0.17	0.16	0.173	0.8	14.0	16.0	50.0	1.30	24.0
12	0.25	0.26	0.24	0.250	0.8	15.0	11.5	50.0	1.30	28.0
13	0.13	0.14	0.13	0.133	0.8	20.0	12.0	50.0	1.30	35.0

　　
　　3 實(shí)驗(yàn)分析
　　磨削加工后，主要考查了工件以下兩種情況。
　　
　　1. 工件表面的完整性
　　因?yàn)殍F氧體材料是硬脆材料，磨削加工后表面的凹坑、裂紋、劃痕等表面缺陷情況是標(biāo)定工件表面質(zhì)量的重要特征，為此，我們應(yīng)用金相顯微鏡分別觀察了同等條件下的振動(dòng)磨削試件和普通磨削試件，發(fā)現(xiàn)如下特征：
　　1. 在普通磨削中，存在明顯刀痕。即磨粒在表面劃過切痕，切痕槽兩側(cè)有一定塑性變形，而在振動(dòng)磨削中沒有發(fā)現(xiàn)切痕。
　　2. 盡管振動(dòng)磨削中切削深度更大，但和普通磨削相比凹坑分布均勻，凹坑的面積大小和深度都明顯低于普通磨削的情況。
　　砂輪是一種多切削刃加工，其圓周表面具有很多位置不同的磨粒，再加上工作臺(tái)縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)工作臺(tái)的橫向振動(dòng)，使得不同位置磨粒在工件表面 上所切削的溝痕是相互交錯(cuò)的，因此，形成良好的表面質(zhì)量，達(dá)到加工要求。從硬脆材料切屑形成過程可知，硬脆材料受到磨粒切削時(shí)，最初產(chǎn)生微裂紋，而后擴(kuò)展 到使材料成塊狀脫落的裂紋，裂紋的長(zhǎng)度和深度增大，隨之出現(xiàn)塊狀切屑，其大小決定工件表面的凹坑和深度。振動(dòng)磨削時(shí)，由于其特有的方法，在一個(gè)周期中，磨 粒改變著切削方向，并多方向地參與切削，無(wú)數(shù)顆不同位置磨粒同時(shí)這樣做的結(jié)果，就是每顆磨粒的切削長(zhǎng)度被許多其它磨粒的切削長(zhǎng)度截短，形成相互交錯(cuò)網(wǎng)狀的 切痕，而這樣做的結(jié)果就是當(dāng)工件表面的微裂紋剛隨著切削的進(jìn)行迅速發(fā)展，尚來(lái)不及在長(zhǎng)度和深度方面的裂紋相遇，彼此貫通了，也就是在還沒來(lái)得及發(fā)展到普通 磨削所達(dá)到的斷裂程度之前，而提前發(fā)生了脆性斷裂，自然形成的塊狀切屑體積就小得多，因此，在工件表面留下的凹坑無(wú)論大小和深淺都比普通磨削時(shí)要小得多。
　　2. 工件的表面粗糙度分析
　　根據(jù)表1中試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著振幅的增大，表面粗糙度值在我們考查范圍內(nèi)(<2mm)具有逐步下降的趨勢(shì)，如圖2所示。在磨削加工 中，隨著工作臺(tái)振幅的提高，切痕的相互交錯(cuò)截?cái)嘣鰪?qiáng)，由于砂輪表面數(shù)以萬(wàn)計(jì)磨粒彼此相互增強(qiáng)了這種截?cái)嘟诲e(cuò)作用，使得每一個(gè)磨粒自身的切痕被截?cái)嗟酶獭? 更密，因此，被磨削表面微裂紋發(fā)展貫通，而脫落的塊狀切屑變得更小，從而工件表面留下的凹坑面積更淺、更小，即表面粗糙度值下降。根據(jù)表2可以繪制出頻率 和表面粗糙度的關(guān)系圖，如圖3所示。從圖中可以看出，它們之間并不具備某種趨勢(shì)，只是在20Hz左右得到了最好的效果，而在9.8Hz 和27Hz左右振動(dòng)激烈，出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，效果最差、振動(dòng)磨削本身是一種受迫振動(dòng)，當(dāng)其激振頻率和激振對(duì)象固有頻率相等或接近時(shí)發(fā)生共振。當(dāng)工藝系統(tǒng)發(fā)生 共振時(shí)，水平振動(dòng)不穩(wěn)定及垂直方向振動(dòng)加大，導(dǎo)致表面粗糙度惡化。而9.8Hz和27Hz正是共振頻率區(qū)，因此，振動(dòng)磨削時(shí)，要達(dá)到好的效果必須避開共振 區(qū)附近的振頻帶，且要提高系統(tǒng)垂直方向剛度。
　　 　
　　
　　4 結(jié)論
　　
　　1. 振動(dòng)磨削作為一種新型有效方式，具有普通磨削不易達(dá)到的良好工藝效果，無(wú)論是表面粗糙度值，還是表面缺陷分布等指標(biāo)都比普通磨削理想：
　　2. 以垂直于砂輪線速度方向工作臺(tái)橫向振動(dòng)為特征的振動(dòng)磨削方式，其切屑形成機(jī)理表現(xiàn)為表面微細(xì)溝槽成形，可以解釋磨削效果與振幅、振頻的變化關(guān)系：
　　3. 振動(dòng)磨削對(duì)機(jī)床設(shè)備，特別是振動(dòng)工作臺(tái)部分的制作和裝配提出了較高要求，沒有高精度的振動(dòng)裝置就會(huì)降低甚至抵消振動(dòng)磨削帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)：
　　4. 振動(dòng)磨削進(jìn)行時(shí)，應(yīng)該避開工藝系統(tǒng)的固有頻率帶，一般在低頻振動(dòng)或超聲波振動(dòng)磨削。
　　
　　
　　
　　
　　
　　來(lái)源：《機(jī)械》