由于硬脆材料具有很高的硬度、強度及良好的耐熱性、低的導(dǎo)熱性和熱膨脹性，其應(yīng)用范圍越來越廣。世界很多國家非常重視其開發(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)量等存在一些問題，需要進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工作臺，通過帶動工件振動磨削。振動磨削時，在一個周期內(nèi)，磨粒隨時改變切削方向，并多方面地參加切削，形成一種“多刃磨削”過程，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，實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 試驗裝置、條件及方法
　　鐵氧體材料振動磨削是在精密平面磨床上進行的，采用工作臺振動方法磨削。工件通過專用夾具固定在工作臺上，振動工作臺安裝在平面磨床電磁吸盤工作臺上，可隨其縱向移動，振動工作臺由振動彈簧鋼片支撐，在電磁激振器作用下，帶動工件橫向振動實現(xiàn)振動磨削。具體試驗裝置如圖1所示。
　　
　　試驗條件
　　試驗用精密磨床為M170，最小進給量為：0.01mm/ 次：
　　試驗用材料為壓熱燒結(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，用工作臺上的小型專用夾具定位和夾緊：
　　試驗用砂輪為40號白剛玉砂輪，采用鋼基座金剛石筆修整，砂輪徑向跳動量控制在0.01mm 之內(nèi)：
　　檢測表面粗糙度儀器為英國產(chǎn)Tayor-Hossor輪廓儀(測量精度比真實值小一級)。
　　實驗方法
　　每磨一個試件樣品前，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：
　　工件橫向進給量為0.2mm/ min：
　　磨削深度為0.02mm/次：
　　縱向工作臺速度為13.0mm/min：
　　在每一個固定激振頻率和工作臺振幅下，向下進給5次，光磨2次：
　　磨削液為NaNO3水溶液：
　　砂輪轉(zhuǎn)速為1500r / min。
　　2 實驗結(jié)果
　　我們先后對數(shù)個零件在上述實驗條件下進行了磨削，其磨削零件表面經(jīng)過清洗和干燥，先后在高倍顯微鏡下觀察，然后，用粗糙度輪廓儀檢測其表面粗糙度。根據(jù)已掌握的資料，在低頻振動(20Hz左右)和小振幅值(全峰值為：1mm左右)下，就可達到很好的振動磨削效果，因此，在實驗中使振動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，把每個試件測量3次，再取平均值作為試件磨削后的表面粗糙度值。表1為實現(xiàn)恒頻率變振幅下振動儀器調(diào)整值及其試驗結(jié)果。表2為實現(xiàn)恒振幅變頻率下振動儀器調(diào)整值及其試驗結(jié)果。
　　
　　3 實驗分析
　　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
　　因為鐵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。即磨粒在表面劃過切痕，切痕槽兩側(cè)有一定塑性變形，而在振動磨削中沒有發(fā)現(xiàn)切痕。
　　盡管振動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，再加上工作臺縱向往復(fù)運動和振動工作臺的橫向振動，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的，因此，形成良好的表面質(zhì)量，達到加工要求。從硬脆材料切屑形成過程可知，硬脆材料受到磨粒切削時，最初產(chǎn)生微裂紋，而后擴展到使材料成塊狀脫落的裂紋，裂紋的長度和深度增大，隨之出現(xiàn)塊狀切屑，其大小決定工件表面的凹坑和深度。振動磨削時，由于其特有的方法，在一個周期中，磨粒改變著切削方向，并多方向地參與切削，無數(shù)顆不同位置磨粒同時這樣做的結(jié)果，就是每顆磨粒的切削長度被許多其它磨粒的切削長度截短，形成相互交錯網(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行迅速發(fā)展，尚來不及在長度和深度方面的裂紋相遇，彼此貫通了，也就是在還沒來得及發(fā)展到普通磨削所達到的斷裂程度之前，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論大小和深淺都比普通磨削時要小得多。
　　2 工件的表面粗糙度分析
　　根據(jù)表1中試驗結(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，如圖2所示。在磨削加工中，隨著工作臺振幅的提高，切痕的相互交錯截斷增強，由于砂輪表面數(shù)以萬計磨粒彼此相互增強了這種截斷交錯作用，使得每一個磨粒自身的切痕被截斷得更短、更密，因此，被磨削表面微裂紋發(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，只是在20Hz左右得到了最好的效果，而在9.8Hz 和27Hz左右振動激烈，出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，效果最差、振動磨削本身是一種受迫振動，當(dāng)其激振頻率和激振對象固有頻率相等或接近時發(fā)生共振。當(dāng)工藝系統(tǒng)發(fā)生共振時，水平振動不穩(wěn)定及垂直方向振動加大，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，振動磨削時，要達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 振動磨削作為一種新型有效方式，具有普通磨削不易達到的良好工藝效果，無論是表面粗糙度值，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橫向振動為特征的振動磨削方式，其切屑形成機理表現(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 振動磨削對機床設(shè)備，特別是振動工作臺部分的制作和裝配提出了較高要求，沒有高精度的振動裝置就會降低甚至抵消振動磨削帶來的優(yōu)點：
　　4 振動磨削進行時，應(yīng)該避開工藝系統(tǒng)的固有頻率帶，一般在低頻振動或超聲波振動磨削。