對(duì)玻璃材料進(jìn)行鉆孔加工工藝探析

吳文勇

摘 要：本文對(duì)玻璃材料鉆孔的加工工藝進(jìn)行了探析，旨在啟迪本專業(yè)學(xué)生能夠運(yùn)用機(jī)械制造及機(jī)械加工的一般原理、工藝，觸類旁通地解決現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中所遇到的各種非常規(guī)問(wèn)題，使在校學(xué)生進(jìn)一步拓寬知識(shí)領(lǐng)域，增強(qiáng)復(fù)合技能。

關(guān)鍵詞：玻璃 鉆孔 工藝探析

在機(jī)械專業(yè)鉗工加工工藝中，孔加工課題向來(lái)是一門比較復(fù)雜，難掌握的技術(shù)，尤其是對(duì)一些特殊的脆性材料，比如玻璃、陶瓷、石材、單晶硅與多晶硅板等。

由于玻璃具有脆性大、硬度高、散熱性差、熱膨脹系數(shù)大（與金屬比較）和裝夾定位困難等多種原因，導(dǎo)致這項(xiàng)技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用受到較大限制。

雖然在玻璃的孔加工上有諸多難題，但在實(shí)際生產(chǎn)中，往往由于產(chǎn)品研制，非定型產(chǎn)品的改進(jìn)或單臺(tái)設(shè)備維修中非通用零配件制造以及裝飾、裝修行業(yè)等，仍不時(shí)會(huì)遇到對(duì)玻璃材料進(jìn)行孔加工的特別實(shí)例。針對(duì)上述情況，筆者結(jié)合多年設(shè)備維修和從事鉗工教學(xué)的實(shí)踐，總結(jié)探索出對(duì)普通石英玻璃進(jìn)行孔加工的一些方法技巧。

一、加工原理及設(shè)備

對(duì)玻璃材料進(jìn)行孔加工的工藝原理，就是利用高速旋轉(zhuǎn)的磨體（頂端帶有嵌砂槽的木質(zhì)磨頭）攜帶金剛砂磨料，在磨料、磨體、磨劑（煤油、鹽水混合劑）的共同作用下，以磨粒間的相互碰撞切割、磨劑的化學(xué)滲透沖刷、磨體的軸向擠壓和徑向摩擦，使被加工材料一點(diǎn)一點(diǎn)破碎，耗損成為孔的形狀。

由于玻璃的主要成分為二氧化硅（SiO2），俗稱石英砂，其硬度在莫氏6～8之間，因此，所選磨料硬度必須高于玻璃的硬度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)以石英砂為主要成分的玻璃材料進(jìn)行孔加工時(shí)，可選用莫氏硬度為9～10之間，粒度為100～120目的碳化硅（SiC）材料為宜。

對(duì)設(shè)備的選擇則是根據(jù)所加工玻璃的厚度、硬度、形狀、尺寸而定，一般而言，能夠滿足鉆孔所需的各類鉆床、立式銑床、研磨機(jī)均可用于玻璃鉆孔。

二、裝夾定位及加工

對(duì)玻璃材料所進(jìn)行的孔加工，無(wú)論是其鉆削方法，還是鉆削原理都不同于普通金屬鉆削。因而，鉆床主軸作用在工件上的扭矩并不需要很大，所以在加工時(shí)我們不必將被加工體裝夾固定在鉆床工作臺(tái)上，而只需平放在工作臺(tái)上用手輔助固定即可。

在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，一般鉆床上為防止鉆頭在孔即將鉆穿時(shí)，鉆頭直接損傷工作臺(tái)表面，往往會(huì)在被加工材料下邊做墊空處理，或在主軸延長(zhǎng)線上的工作臺(tái)對(duì)應(yīng)位置直接預(yù)留退刀孔。這在金屬材料的孔加工過(guò)程中是必要的，而對(duì)玻璃這種特殊的脆性材料而言，卻是大忌。因?yàn)樵阢@頭即將穿透工件時(shí)，必然會(huì)由于被加工材料厚度的逐漸變薄而使強(qiáng)度急劇降低，如果此時(shí)工件下面呈懸空狀態(tài)，則會(huì)由于主軸軸向力的突然增大而使異常脆弱的孔底材料發(fā)生大面積崩落，甚至造成整個(gè)工件沿孔徑方向呈放射性斷裂。

為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們可根據(jù)被加工件的表面積大小，選擇一塊面積稍大于工件周邊尺寸，且事先經(jīng)過(guò)鹽水浸泡的、材質(zhì)較軟的、厚度在20毫米左右的松木板或桃木板，襯墊在被加工玻璃下面。

三、劃線與鉆削用量

由于是在玻璃平面上直接進(jìn)行鉆孔，為保證孔的位置精度，我們可參考一般平面劃線的方法首先確定孔的位置。在對(duì)正、找準(zhǔn)孔的中心位置后，我們只要掌握好主軸轉(zhuǎn)速和軸向進(jìn)給速度兩個(gè)參數(shù)就可以了。鑒于被加工材料特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，其主軸線速度應(yīng)控制在每分鐘45米（m/min）左右。

對(duì)于軸向進(jìn)給速度，我們可根據(jù)研磨進(jìn)給量而定，但要注意，主軸盡可能不要選擇自動(dòng)進(jìn)給方式，而應(yīng)采用半浮動(dòng)自由進(jìn)給。對(duì)于厚度在5mm以下的加工材料，操作者還要通過(guò)手控措施，防止因主軸進(jìn)給過(guò)快、軸向壓力陡增造成材料崩裂破碎。

除了熟練掌握主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給方式這兩項(xiàng)操作要點(diǎn)之外，為保證所加工孔徑符合公差尺寸，我們還要根據(jù)磨料粒度，精確計(jì)算鉆頭（研磨體）直徑，因?yàn)樵谘心ンw與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，除了鉆床主軸的徑向跳動(dòng)偏差之外，其磨料也有一部分會(huì)圍繞研磨體參與徑向切削，這些都會(huì)導(dǎo)致所加工出的實(shí)際孔徑大于理論孔徑。所以我們?cè)诖_定研磨體直徑時(shí)，應(yīng)把主軸徑向跳動(dòng)量（事先用百分表測(cè)出）、磨料粒度直徑等都考慮在內(nèi)。

由于玻璃材料熱膨脹系數(shù)大、韌性差，所以在加工過(guò)程中，操作者要及時(shí)不停地用水對(duì)工件表面進(jìn)行冷卻。這樣做不僅可以有效減少工件熱聚集，而且還能將磨料沿磨體螺旋槽向下輸送至磨體頂端，同時(shí)還能沖走研磨產(chǎn)生的碎屑，提高加工精度和生產(chǎn)效率。

以上敘述，旨在啟迪本專業(yè)學(xué)生能夠運(yùn)用機(jī)械制造及機(jī)械加工的一般原理、工藝，觸類旁通地解決現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中所遇到的各種非常規(guī)問(wèn)題，使在校學(xué)生進(jìn)一步拓寬專業(yè)領(lǐng)域，增強(qiáng)復(fù)合技能，更好地適應(yīng)新行業(yè)不斷崛起的挑戰(zhàn)，為畢業(yè)后的就業(yè)創(chuàng)業(yè)提供更有力的技術(shù)支撐。

（作者單位：南陽(yáng)技師學(xué)院）