引用本文：王奔, 唐家杰, 楚閎迪, 張棋. 砂輪種類及冷卻方式對SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料磨削質(zhì)量的影響[J]. 金剛石與磨料磨具工程, 2025, 45(2): 163-175.

       WANG Ben, TANG Jiajie, CHU Hongdi, ZHANG Qi. Effect of grinding wheel type and cooling method on grinding quality of SiCf/SiC ceramic matrix composites[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2025, 45(2): 163-175.

       doi:10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0008

       全文信息
       有關(guān)這篇文章的更多信息，歡迎大家通過掃描下方二維碼閱讀下載。

       研究背景

       SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料（CMC）是由碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅基體構(gòu)成的高性能材料，兼具優(yōu)異的機(jī)械性能與熱化學(xué)穩(wěn)定性。其特性包括低密度、高比強(qiáng)度/剛度、耐磨損、抗熱震和良好的斷裂韌性，已廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)熱端部件。然而，該材料的各向異性和加工難度導(dǎo)致制造成本較高，制約了其工業(yè)化應(yīng)用。

       針對加工難題，特種加工技術(shù)展現(xiàn)出潛力：電火花加工存在導(dǎo)電性差和材料去除率低的問題；激光加工易產(chǎn)生熱損傷和幾何缺陷；超聲輔助加工雖能改善表面質(zhì)量，但受臨界速度限制且作用機(jī)制尚不明確。目前傳統(tǒng)磨削仍是主流工藝，相關(guān)研究已揭示材料去除機(jī)理：主要呈現(xiàn)脆性斷裂特征，具體形式包括基體破碎、纖維斷裂及界面脫粘等金剛石砂輪（特別是電鍍和燒結(jié)型）被證明是最佳加工工具，其中電鍍砂輪性價比突出，燒結(jié)砂輪則適用于高精度加工。本研究采用電鍍/燒結(jié)金剛石砂輪，通過正交試驗系統(tǒng)探究干式與水冷卻磨削對SiCf/SiC加工質(zhì)量的影響，為解決該材料精密加工難題提供新依據(jù)。
       研究摘要

       SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料由于其耐高溫和高比強(qiáng)度的特性，已成為航空發(fā)動機(jī)用先進(jìn)材料之一。然而，作為一種難加工的硬脆材料，提高其加工質(zhì)量和效率是當(dāng)前研究的關(guān)鍵問題。采用電鍍和燒結(jié)金剛石砂輪，在有無冷卻液的條件下進(jìn)行正交磨削試驗，以磨削力、工件表面粗糙度和砂輪磨損程度為評價指標(biāo)，探究不同砂輪種類及冷卻方式對SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料磨削加工質(zhì)量的影響。

       結(jié)果表明：采用燒結(jié)金剛石砂輪磨削加工復(fù)合材料可得到更好的表面質(zhì)量和較低的磨削力，同時采用冷卻液輔助磨削會降低工件表面粗糙度；由于電鍍金剛石砂輪在受到較大磨削力時其金剛石磨粒更易出現(xiàn)成片剝落現(xiàn)象，其使用結(jié)果與燒結(jié)金剛石砂輪的相反，且電鍍金剛石砂輪的磨損形式除磨粒損耗外還包括磨粒的燒傷、脫落等。當(dāng)粗加工SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料時，應(yīng)在干式磨削條件下使用電鍍金剛石砂輪，并選取高轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給速度及較小磨削深度的磨削參數(shù)；當(dāng)精加工SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料時，應(yīng)采用燒結(jié)金剛石砂輪，并采用水冷輔助方式來顯著提高工件加工表面質(zhì)量。

       研究結(jié)論

       本研究系統(tǒng)考察了電鍍與燒結(jié)金剛石砂輪對SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料的磨削性能，結(jié)果表明：燒結(jié)砂輪具有更小的磨削力和更高的磨削力比，能獲得更優(yōu)的表面質(zhì)量，而電鍍砂輪在水冷條件下會增大表面粗糙度；砂輪磨損分析顯示電鍍砂輪主要表現(xiàn)為磨粒脫落和鍍層剝落，燒結(jié)砂輪則以磨粒損耗為主；基于加工需求，建議粗加工采用電鍍砂輪干式磨削（高轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給、小切深），精加工選用燒結(jié)砂輪輔以水冷，為SiCf/SiC復(fù)合材料的精密加工提供了工藝優(yōu)化方案。

       部分圖表