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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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。
　　
　　試驗(yàn)條件
　　試驗(yàn)用精密磨床為M170，最小進(jìn)給量為：0.01mm/ 次：
　　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：
　　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)：
　　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))。
　　實(shí)驗(yàn)方法
　　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：
　　工件橫向進(jìn)給量為0.2mm/ min：
　　磨削深度為0.02mm/次：
　　縱向工作臺(tái)速度為13.0mm/min：
　　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：
　　磨削液為NaNO3水溶液：
　　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(guò)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(jiàn)，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。
　　
　　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：
　　在普通磨削中，存在明顯刀痕。即磨粒在表面劃過(guò)切痕，切痕槽兩側(cè)有一定塑性變形，而在振動(dòng)磨削中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)切痕。
　　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(guò)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(méi)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⒏埽虼耍荒ハ鞅砻嫖⒘鸭y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(méi)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。