吳文勇

摘 要：本文對玻璃材料鉆孔的加工工藝進行了探析，旨在啟迪本專業(yè)學生能夠運用機械制造及機械加工的一般原理、工藝，觸類旁通地解決現實生產中所遇到的各種非常規(guī)問題，使在校學生進一步拓寬知識領域，增強復合技能。

關鍵詞：玻璃 鉆孔 工藝探析

在機械專業(yè)鉗工加工工藝中，孔加工課題向來是一門比較復雜，難掌握的技術，尤其是對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、熱膨脹系數大（與金屬比較）和裝夾定位困難等多種原因，導致這項技術在機械加工中的應用受到較大限制。

雖然在玻璃的孔加工上有諸多難題，但在實際生產中，往往由于產品研制，非定型產品的改進或單臺設備維修中非通用零配件制造以及裝飾、裝修行業(yè)等，仍不時會遇到對玻璃材料進行孔加工的特別實例。針對上述情況，筆者結合多年設備維修和從事鉗工教學的實踐，總結探索出對普通石英玻璃進行孔加工的一些方法技巧。

一、加工原理及設備

對玻璃材料進行孔加工的工藝原理，就是利用高速旋轉的磨體（頂端帶有嵌砂槽的木質磨頭）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、磨劑的化學滲透沖刷、磨體的軸向擠壓和徑向摩擦，使被加工材料一點一點破碎，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。根據實驗，我們對以石英砂為主要成分的玻璃材料進行孔加工時，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。

對設備的選擇則是根據所加工玻璃的厚度、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、研磨機均可用于玻璃鉆孔。

二、裝夾定位及加工

對玻璃材料所進行的孔加工，無論是其鉆削方法，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，所以在加工時我們不必將被加工體裝夾固定在鉆床工作臺上，而只需平放在工作臺上用手輔助固定即可。

在這里需要強調的是，一般鉆床上為防止鉆頭在孔即將鉆穿時，鉆頭直接損傷工作臺表面，往往會在被加工材料下邊做墊空處理，或在主軸延長線上的工作臺對應位置直接預留退刀孔。這在金屬材料的孔加工過程中是必要的，而對玻璃這種特殊的脆性材料而言，卻是大忌。因為在鉆頭即將穿透工件時，必然會由于被加工材料厚度的逐漸變薄而使強度急劇降低，如果此時工件下面呈懸空狀態(tài)，則會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，甚至造成整個工件沿孔徑方向呈放射性斷裂。

為防止這種現象的發(fā)生，我們可根據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，且事先經過鹽水浸泡的、材質較軟的、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。在對正、找準孔的中心位置后，我們只要掌握好主軸轉速和軸向進給速度兩個參數就可以了。鑒于被加工材料特殊的物理化學性質，其主軸線速度應控制在每分鐘45米（m/min）左右。

對于軸向進給速度，我們可根據研磨進給量而定，但要注意，主軸盡可能不要選擇自動進給方式，而應采用半浮動自由進給。對于厚度在5mm以下的加工材料，操作者還要通過手控措施，防止因主軸進給過快、軸向壓力陡增造成材料崩裂破碎。

除了熟練掌握主軸轉速和進給方式這兩項操作要點之外，為保證所加工孔徑符合公差尺寸，我們還要根據磨料粒度，精確計算鉆頭（研磨體）直徑，因為在研磨體與工件的相對運動過程中，除了鉆床主軸的徑向跳動偏差之外，其磨料也有一部分會圍繞研磨體參與徑向切削，這些都會導致所加工出的實際孔徑大于理論孔徑。所以我們在確定研磨體直徑時，應把主軸徑向跳動量（事先用百分表測出）、磨料粒度直徑等都考慮在內。

由于玻璃材料熱膨脹系數大、韌性差，所以在加工過程中，操作者要及時不停地用水對工件表面進行冷卻。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，同時還能沖走研磨產生的碎屑，提高加工精度和生產效率。

以上敘述，旨在啟迪本專業(yè)學生能夠運用機械制造及機械加工的一般原理、工藝，觸類旁通地解決現實生產中所遇到的各種非常規(guī)問題，使在校學生進一步拓寬專業(yè)領域，增強復合技能，更好地適應新行業(yè)不斷崛起的挑戰(zhàn)，為畢業(yè)后的就業(yè)創(chuàng)業(yè)提供更有力的技術支撐。

（作者單位：南陽技師學院）