一种磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109534690A(43)申请公布日2019.03.29(21)申请号201811396952.4(22)申请日2018.11.22(71)申请人中国人民解放军火箭军工程大学地址710000陕西省西安市灞桥区同心路2号(72)发明人王龙李平陈小虎阳能军唐修检李若亭田欣利(74)专利代理机构山东博睿律师事务所37238代理人曲成武(51)Int.Cl.C03C17/10(2006.01)C03C17/22(2006.01)C04B41/88(2006.01)C04B41/85(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法(57)摘要本发明提供一种磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法，属于机械加工过程的质量控制技术领域。本发明将硬脆材料浸入充满磁流变液的装夹模具中，磁流变液进而渗入硬脆材料表层的孔隙、裂纹等缺陷内部，且在工件周围形成液态包封。加工时，施加以可控的磁场，使得磁流变液受磁力影响产生磁流变效应，形成具有较大屈服强度的高粘度弹性膜。因此，硬脆材料表层缺陷内部磁流变液固化而形成封孔增韧机制，材料周围的磁流变液固化而形成三维周向预压应力包封，且可吸收砂轮等刀具施加给工件的冲击振动与能量，有利于抑制裂纹向径向深处或侧向边缘扩展，从而减少裂纹、表面破碎、边缘破碎等缺陷产生，改善了加工质量。CN109534690ACN109534690A权利要求书1/1页1.一种磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将硬脆材料浸入充满磁流体液的装夹模具中，所述磁流体液渗入硬脆材料表层的缺陷内部，并在硬脆材料表层形成液态包封；步骤2，加工硬脆材料时，在装夹模具区域内施加以可控的磁场，使得磁流变液在液固相态间形成可控的连续转化。2.如权利要求1所述的磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法，其特征在于，加工硬脆材料前，在装夹模具区域内磁场控制为零磁场状态，所述磁流体液渗入硬脆材料表层的缺陷内部，并在硬脆材料表层形成液态包封。3.如权利要求1所述的磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法，其特征在于，通过控制电磁铁线圈电流，使缺陷内部中的磁流变液受磁力影响产生磁流变效应，从而固化且形成高粘度弹性膜，实现硬脆材料表层裂纹、孔隙的封孔增韧作用，使装夹模具与工件之间的磁流变液固化形成三维周向预压应力包封，增加材料裂纹朝表层径向深处与自由表面扩展的难度，且吸收刀具作用在工件表面的冲击能量。4.如权利要求1所述的磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法，其特征在于，当硬脆材料加工结束后，撤销电磁铁线圈中的电流导致磁场消失，磁流变体由固态恢复液态特性，将工件取出且进行表面清洗。5.如权利要求1所述的磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法，其特征在于，所述磁流变液是由微纳米级磁敏微粒均匀分散于水基或油基载液中形成的。6.如权利要求5所述的磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法，其特征在于，所述纳米级磁敏微粒包括：羰基铁粉、合金铁粉等。7.如权利要求1所述的磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法，其特征在于，所述缺陷内部包括表层裂纹、孔隙。2CN109534690A说明书1/3页一种磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法技术领域[0001]本发明属于机械加工过程的质量控制技术领域，尤其涉及一种磁力增韧抑制硬脆材料加工损伤的方法。背景技术[0002]工程陶瓷、光学玻璃等材料具有高硬度低韧性的特点，它们的断裂强度对应力集中效应与残余拉应力非常敏感，在加工过程容易出表面破碎与微裂纹现象。另外，在硬脆材料的入口与出口部位容易崩边，即边缘破碎现象，主要源于刀具与工件的冲击应力作用、边缘缺乏材料支撑等因素有关。表面破碎、微裂纹、边缘破碎等加工损伤现象出现随机性较大，成为硬脆材料加工过程中质量难于控制的难题。[0003]目前，硬脆材料的增韧抑制加工损伤措施大致归结为：1)能量辅助加热法；采用激光、电火花等能量辅助加热切削方式，使材料去除机理偏于延性域去除，抑制陶瓷的崩碎损伤，但难以实现对加热过程的精确控制，且容易造成工件的热损伤。2)机械式包封预应力控制法；采用金属材料对硬脆材料工件进行机械式的周向包封，实现预施压应力增韧工件表面方式，降低了硬脆材料的边缘碎裂，该方法已证实有效但目前应用较少。3)材料改性增韧法；通过颗粒增韧、晶须增韧、相变增韧、原位增韧和复合增韧等方法改善硬脆材料自身韧性，提高材料的断裂强度，但这类增韧补强方法需优化材料组分并形成多相复合，且工艺技术复杂。此外，陆军装甲兵学院的唐修检等人最新研究进展表明，采用有机封孔剂可有效阻止裂纹径向扩展，并使裂纹向表面产生偏转，达到封孔增韧强化作用。发明内容[0004]针对工程陶瓷、光学玻璃等硬脆