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摘要：通过汇总脆性材料的磨削数据进行数据分析，说明脆性材料中强度的各种属性与磨削加工的方向有关。并且尝试提供柱状脆性材料的外圆磨床加工方法，对这种加工模式下的实验件进行各项测试和分析。其结果说明了在外圆磨削方式下加工的方向不同，工件各方向下的韧性，强度可增加30%。
关键词：磨削加工； 脆性材料； 损伤； 强度
1.磨削加工对于工件的损伤
1.1.通过近几年研究数据证实，脆性材料表面微损伤的形成是由于磨削加工造成的，并且与加工方法有着极大关系。
1.2.在一个实例中，我们用锥状金刚石对陶瓷工件进行磨削加工，对磨削伤痕形成的原理进行研究。通过实验我们发现磨削的损伤与静止损伤有着极大的区别。如果是磨削加工，工件平面会产生拉应力，这会使工件上沿着磨削加工方向形成中位裂纹，而如果是垂直于加工方向，裂纹方向则是横向，且比中位裂纹短，伤口浅。并且中位裂纹方向朝材料内部，这对于工件来说伤害极大，会让材料的耐用度降低。而横向裂纹可以通过切割等方法去除，对材料损伤并不大。且磨削方向若为平行，纵向断裂强度会大于垂直方向的横向断裂强度。
1.3.通过实际例子的研究，我们发现如果磨削加工方向是平行加工，对材料造成的损伤远小于垂直方向加工，抗拉强度要比垂直于磨削加工方向的材料好得多。所以在对脆性材料的磨削加工方向时可以选择合适的方向，使工件的抗拉强度增大，损失减小。
1.4.就工件强度而言，平面加工可以改变磨削加工的方向去实现不同的要求。而对于柱状工件，磨削加工常用的是外圆磨床加工，是用砂轮的旋转为主，辅以工件自身的旋转同时平行移动作为磨削运动。方向为工件自身原面及与工件中轴方向垂直，中位裂纹在工件直径方向且沿此方向拓展。这种磨削方式会使工件抗拉强度降低。
2.外圆磨削的新方式
2.1.由于加工材料的强度可以通过磨削加工的方向改变，所以猜想对于柱状工件可以采用改变磨削方向来提高材料的轴向抗拉强度。对于普通外圆磨床而言，可以把砂轮水平旋转90°，从而横向磨削工件。通过对损伤分析可以预测到采取此种磨削方式的工件抗拉强度可以得到提高。
2.2.对于垂直方向上的磨削加工，柱状材料的磨损通常是由于砂轮边缘运动造成的，而如果将工件在水平面内沿水平方向稍微移动一下，便可以使砂轮在工作时避免与砂轮边缘同一部位接触，从而使工件的磨损程度均匀。
2.3.对于普通外圆磨床以及沿砂轮轴旋转90°的磨床而言，磨削加工重叠率也有不同，在其他条件都相同的情况下，旋转90°的磨床对材料的磨削重叠率较低，对于工件表面的粗糙度有着较大影响。
3.石英玻璃的外圆磨削实验及分析
3.1.采用人造金刚石砂轮磨削石英玻璃的方式来得到数据，汇总和分析数据。具体的试验方法为：1，在普通外圆磨床上磨削加工15个石英玻璃。2，在沿砂轮轴旋转90°的磨床上磨削加工15个石英玻璃以及15个冷拔材料。3，在40毫米和80毫米的距离上对45个加工完成的材料进行断裂性测试。
3.2.通过测试发现，冷拔材料的断裂处与磨削材料断裂处不同。冷拔材料的断裂是因为自身内部的微裂纹以及操作时产生的损伤，而磨削材料的断裂是因为磨削加工时产生的细小裂纹。从统计数据可得到，如果沿砂轮轴旋转90°，材料抗拉强度比普通磨床加工的材料有着明显提高，这证实了如果在外圆磨削的情况下改变磨削方向可以使材料抗拉强度提高30%。当然我们也发现如果是冷拔材料不采取磨削加工，工件的抗拉强度最好。
3.3.通过测试数据我们也可以看出，如果在磨削加工时磨削方向沿砂轮轴旋转90°，材料的weibull模数也会变大。Weibull模数是工件可靠性的标准，所以在进行磨削加工时磨削方向沿砂轮轴旋转90°工件的强度分散性会减小，工件性能更加稳定。
3.4.我们对在不同情况下进行磨削加工的工件断口拍下了显微照片。从照片的分析中，我们发现磨削加工的损伤形状为半椭圆，且在损伤面积方面通过常规外圆磨床加工的材料的损伤面积要明显大于沿砂轮轴旋转90°进行磨削加工的材料。而在不同加工方式下的材料平均强度也有不同，磨削加工方向沿砂轮轴旋转90°加工的材料平均强度要明显优于在普通外圆磨床上加工的材料。
3.5.两种磨削加工方式下的材料表面粗糙程度我们也进行了数据汇总，通过分析数据我们发现在普通磨床下加工的材料与在沿砂轮轴旋转90°加工的材料在表面粗糙程度上的差别并不大。
3.6.对于脆性材料的抗拉强度而言，抗拉强度最好的材料是冷拔材料。对于冷拔材料来说，由于没有受到过磨削加工的影响，所以材料表面并没有受到任何损伤，不会出现微裂纹，所以在受到外力作用时也就不会使微裂纹扩大进入材料内部，自然而然会将材料的抗拉强度提高到一个新的等级。通过实验可看出，冷拔材料的断裂强度已经可以达到100MPa至138MPa，由此可见如果材料情况允许，在实际运用中最好采用冷拔材料来代替磨削材料。
4.结语
脆性材料在进行磨削加工后的强度与磨削加工的方向有关，水平方向上的磨削加工裂痕为中位裂纹，对于材料的伤害较大，对于在抗拉强度上也会降低许多。而垂直方向上的磨削加工只会产生横向裂纹，通过形成切屑便可以去除，这样加工出的材料抗拉强度也比水平方向加工的材料要好。而对于柱状材料而言，可以通过将砂轮轴水平旋转90°的方式来提高材料的抗拉强度。经数据计算得出，这样加工下来的材料轴向抗拉强度可提高30%。如果实际情况下的砂轮粒度较大，磨削加工对于工件造成的损伤可忽略不计。
参考文献：
[1] 刘宏伟，王艳红.脆性材料磨削加工损伤及工件强度研究[J].制造技术与机床，2007，（4）：99-102.
[2] 吕东喜，王洪祥，黄燕华等.光学材料磨削的亚表面损伤预测[J].光学精密工程，2013，21（3）：680-686.
[3] 傅玉灿，张贝，徐鸿钧等.单颗磨粒切厚均匀化实现脆性材料延性域磨削技术[J].南京航空航天大学学报，2012，44（5）：754-761.
[4] 鲍雨梅.一种陶瓷材料表面/亚表面损伤表征方法及其在磨削损伤检测中的应用[D].浙江工业大学，2009.
关键词：磨削加工； 脆性材料； 损伤； 强度
1.磨削加工对于工件的损伤
1.1.通过近几年研究数据证实，脆性材料表面微损伤的形成是由于磨削加工造成的，并且与加工方法有着极大关系。
1.2.在一个实例中，我们用锥状金刚石对陶瓷工件进行磨削加工，对磨削伤痕形成的原理进行研究。通过实验我们发现磨削的损伤与静止损伤有着极大的区别。如果是磨削加工，工件平面会产生拉应力，这会使工件上沿着磨削加工方向形成中位裂纹，而如果是垂直于加工方向，裂纹方向则是横向，且比中位裂纹短，伤口浅。并且中位裂纹方向朝材料内部，这对于工件来说伤害极大，会让材料的耐用度降低。而横向裂纹可以通过切割等方法去除，对材料损伤并不大。且磨削方向若为平行，纵向断裂强度会大于垂直方向的横向断裂强度。
1.3.通过实际例子的研究，我们发现如果磨削加工方向是平行加工，对材料造成的损伤远小于垂直方向加工，抗拉强度要比垂直于磨削加工方向的材料好得多。所以在对脆性材料的磨削加工方向时可以选择合适的方向，使工件的抗拉强度增大，损失减小。
1.4.就工件强度而言，平面加工可以改变磨削加工的方向去实现不同的要求。而对于柱状工件，磨削加工常用的是外圆磨床加工，是用砂轮的旋转为主，辅以工件自身的旋转同时平行移动作为磨削运动。方向为工件自身原面及与工件中轴方向垂直，中位裂纹在工件直径方向且沿此方向拓展。这种磨削方式会使工件抗拉强度降低。
2.外圆磨削的新方式
2.1.由于加工材料的强度可以通过磨削加工的方向改变，所以猜想对于柱状工件可以采用改变磨削方向来提高材料的轴向抗拉强度。对于普通外圆磨床而言，可以把砂轮水平旋转90°，从而横向磨削工件。通过对损伤分析可以预测到采取此种磨削方式的工件抗拉强度可以得到提高。
2.2.对于垂直方向上的磨削加工，柱状材料的磨损通常是由于砂轮边缘运动造成的，而如果将工件在水平面内沿水平方向稍微移动一下，便可以使砂轮在工作时避免与砂轮边缘同一部位接触，从而使工件的磨损程度均匀。
2.3.对于普通外圆磨床以及沿砂轮轴旋转90°的磨床而言，磨削加工重叠率也有不同，在其他条件都相同的情况下，旋转90°的磨床对材料的磨削重叠率较低，对于工件表面的粗糙度有着较大影响。
3.石英玻璃的外圆磨削实验及分析
3.1.采用人造金刚石砂轮磨削石英玻璃的方式来得到数据，汇总和分析数据。具体的试验方法为：1，在普通外圆磨床上磨削加工15个石英玻璃。2，在沿砂轮轴旋转90°的磨床上磨削加工15个石英玻璃以及15个冷拔材料。3，在40毫米和80毫米的距离上对45个加工完成的材料进行断裂性测试。
3.2.通过测试发现，冷拔材料的断裂处与磨削材料断裂处不同。冷拔材料的断裂是因为自身内部的微裂纹以及操作时产生的损伤，而磨削材料的断裂是因为磨削加工时产生的细小裂纹。从统计数据可得到，如果沿砂轮轴旋转90°，材料抗拉强度比普通磨床加工的材料有着明显提高，这证实了如果在外圆磨削的情况下改变磨削方向可以使材料抗拉强度提高30%。当然我们也发现如果是冷拔材料不采取磨削加工，工件的抗拉强度最好。
3.3.通过测试数据我们也可以看出，如果在磨削加工时磨削方向沿砂轮轴旋转90°，材料的weibull模数也会变大。Weibull模数是工件可靠性的标准，所以在进行磨削加工时磨削方向沿砂轮轴旋转90°工件的强度分散性会减小，工件性能更加稳定。
3.4.我们对在不同情况下进行磨削加工的工件断口拍下了显微照片。从照片的分析中，我们发现磨削加工的损伤形状为半椭圆，且在损伤面积方面通过常规外圆磨床加工的材料的损伤面积要明显大于沿砂轮轴旋转90°进行磨削加工的材料。而在不同加工方式下的材料平均强度也有不同，磨削加工方向沿砂轮轴旋转90°加工的材料平均强度要明显优于在普通外圆磨床上加工的材料。
3.5.两种磨削加工方式下的材料表面粗糙程度我们也进行了数据汇总，通过分析数据我们发现在普通磨床下加工的材料与在沿砂轮轴旋转90°加工的材料在表面粗糙程度上的差别并不大。
3.6.对于脆性材料的抗拉强度而言，抗拉强度最好的材料是冷拔材料。对于冷拔材料来说，由于没有受到过磨削加工的影响，所以材料表面并没有受到任何损伤，不会出现微裂纹，所以在受到外力作用时也就不会使微裂纹扩大进入材料内部，自然而然会将材料的抗拉强度提高到一个新的等级。通过实验可看出，冷拔材料的断裂强度已经可以达到100MPa至138MPa，由此可见如果材料情况允许，在实际运用中最好采用冷拔材料来代替磨削材料。
4.结语
脆性材料在进行磨削加工后的强度与磨削加工的方向有关，水平方向上的磨削加工裂痕为中位裂纹，对于材料的伤害较大，对于在抗拉强度上也会降低许多。而垂直方向上的磨削加工只会产生横向裂纹，通过形成切屑便可以去除，这样加工出的材料抗拉强度也比水平方向加工的材料要好。而对于柱状材料而言，可以通过将砂轮轴水平旋转90°的方式来提高材料的抗拉强度。经数据计算得出，这样加工下来的材料轴向抗拉强度可提高30%。如果实际情况下的砂轮粒度较大，磨削加工对于工件造成的损伤可忽略不计。
参考文献：
[1] 刘宏伟，王艳红.脆性材料磨削加工损伤及工件强度研究[J].制造技术与机床，2007，（4）：99-102.
[2] 吕东喜，王洪祥，黄燕华等.光学材料磨削的亚表面损伤预测[J].光学精密工程，2013，21（3）：680-686.
[3] 傅玉灿，张贝，徐鸿钧等.单颗磨粒切厚均匀化实现脆性材料延性域磨削技术[J].南京航空航天大学学报，2012，44（5）：754-761.
[4] 鲍雨梅.一种陶瓷材料表面/亚表面损伤表征方法及其在磨削损伤检测中的应用[D].浙江工业大学，2009.