摘 要: 本文针对纳米氧化锆陶瓷平面磨削所获得的棱边质量进行实验研究。通过显微观察测量单边微台阶尺寸，白光干涉检测棱角两边表面粗糙度参数，获得棱边质量性状。为进一步在棱边质量控制技术以及硬脆材料表面完整性评价方面的研究奠定基础。
关键词：工程陶瓷，磨削，棱边质量
1．引言
工程陶瓷材料具有高强度、高硬度、低密度、低膨胀系数以及耐磨、耐腐蚀、隔热、化学稳定性好等优良特性，已成为广泛应用于航空航天、石油化工、仪器仪表、机械制造及核工业等领域的新型工程材料。
目前对工程陶瓷加工的研究多集中于表面质量，尤其是工艺参数对表面粗糙度的影响，而忽视了棱边质量的控制；而对于棱边质量的研究，也局限于金属材料，即对毛刺标准与毛刺去除方法的研究。金属材料加工棱边的毛刺，各国都已有相对完善的标准[1]，并拥有人工去毛刺、振动光饰去毛刺、电化学去毛刺、磁力研磨去毛刺等等众多的棱边质量提高技术；而工程陶瓷、玻璃等硬脆材料在此方面尚是空白，其加工棱边与金属材料加工棱边又有着显著的区别，如图1所示。
玻璃 ZrO2陶瓷 45钢
图1棱边对比图
Fig.1 Experiment schematic diagram of measuring temperature
可以看出，同突出与理想边界的金属毛刺相反，玻璃、工程陶瓷等硬脆材料的棱边呈微弱的台阶，间或存在较大的材料剥离缺陷。本文通过纳米氧化锆陶瓷平面磨削实验，研究其棱边质量的特征，对工程陶瓷材料的加工应用，以及深入探讨被磨零件表面完整性具有重要意义[2,3]。
2．实验
2.1实验条件
对氧化锆陶瓷进行普通平面磨削。实验所用机床为冈本平面磨床，实验条件如表1所列。由于砂轮表面金刚石磨粒的出露状态会影响其切削能力，为此在实验过程中要适时地对砂轮进行修锐。
表1实验条件
Fig.1 Experiment Conditions
参数 试验条件
工 件 纳米ZrO2陶瓷、玻璃，
金刚石砂轮 直径350mm，宽度35mm粒度270＃、W10；树脂结合剂；浓度100％
砂轮线速度Vs 26.6m/s
工作台速度 16m/min
磨削深度ap 1μm/pass，2μm/pass，5μm/pass，10μm/pass ,15μm/pass
冷却方式 干磨
2.2检测条件：缺测量软件详细参数功能介绍
观察磨削质量，尤其是棱边质量对棱边质量分别采用日本三丰工具显微镜与talysurfy白光干涉仪进行观察与测量。
表5-2测量仪器参数
Tab.5-2 measuring parameters
仪器 放大倍率 扫描面积mm2 分辨率
MF 10 768×576
Taylor Hobson CCI 6000 10 0.9×0.9 1024×1024
3结果与分析
3.1单边立体特征
采用日本三丰工具显微镜对垂直切入、切出的工程陶瓷磨削棱边进行立体显微观察，如图2所示。可以明显看出试件表面的磨削轨迹和残余损伤。工件表面上有大量的断裂性凹坑存在，只有很少部分的条纹，且条纹不连续，加工表面可见许多碎片，沟槽底部凹凸不平，破碎残存在沟底，出现剥落现象。随着磨粒的切削，径向裂纹产生并扩展，延伸到磨削表面；或随着磨粒的逐渐卸载，已产生的横向裂纹有可能在光滑的磨痕上形成微小的脆性剥落坑，材料表面呈现脆&塑混合模式的材料去除。
水平方向 竖直方向
图2 单边二维显微图
另外，通过软件后处理确定宏观缺陷大小。水平方向平均剥离宽度0.036mm，最大的缺陷区有0.121mm；竖直方向平均高度0.022mm，最大缺陷处距表面0.063mm。可见棱边区域在砂轮切入冲击和切削力的作用下裂纹扩展较深，以致偶尔产生较大粒径的剥离。
3.2 棱角两边水平性状对比
采用Talysurfy白光干涉仪获得棱角两边质量微观参数，测试结果如图3~5。从图3三维立体着色图，我们可以明显看到试件棱角处直角状边缘状况。在棱边上的较多的颗粒拔出缺陷，Y方向尤为突出；超精密磨削加工表面的Sz范围均在6.59微米之内。棱边缺陷在纹理清晰、规整的陶瓷表面显得非常突兀，这也同图2的显微照片相符。
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