玻璃材料钻孔加工工艺研究

平文亮

摘要：伴随着人类文明社会的发展，玻璃制品的应用已经有4000多年的历史，有效推动了社会技术的发展和提高了人们的生活水平。玻璃材料通常需要经过冷加工钻孔工艺处理后才能满足不同应用背景的需求，由于玻璃材料的属于脆性材料，其在加工过程中的会面对很多问题，本文针对玻璃材料钻孔加工的技术问题进行研究与分析，通过改善玻璃钻孔工艺技术来为日常生产提供技术参考，推动玻璃加工行业的发展。

关键词：玻璃材料；脆性材料；钻孔加工；加工工艺

前言：

玻璃是一种非金属硅酸盐材料，广泛应用于我们的日常生活中，是重要的建筑材料和装修装饰材料，它的主要成分是二氧化硅和其它氧化物，经高温熔化澄清、退火冷却、加工而制成各种用途的产品。在生产过程中，我们经常需要对玻璃材料进行钻孔加工处理，以满足人们多样化需求，由于玻璃属于脆性材料，在加工过程中容易产生应力集中，进而形成崩边，破裂或强度降低等问题，钻孔加工工艺更是如此，技术难度大，加工参数难掌握，所以我们要不断优化加工工艺，提高玻璃材料加工质量和效率。

一、简述玻璃材料进行钻孔加工面临的难题

玻璃可以分为普通玻璃和特殊玻璃，普通玻璃的主要成分是硅酸盐复盐，属于无规则结构的非晶态固体，我们通过运用物理、化学等手段对普通玻璃进行处理，可得到结构、性能强化的特殊玻璃，比如钢化玻璃、磨砂玻璃、喷砂玻璃、轧花玻璃、夹丝玻璃、中空玻璃、防弹玻璃、节能玻璃、调光玻璃、热弯玻璃等等。玻璃制品广泛应用于各行各业，玻璃材料具有良好的透光性、隔音性、保温性、化学稳定性，但是它属于典型的脆性材料，具有抗拉强度小、抗变形能力差、热稳定性差、膨胀系数较大等缺点，这都不利于进行机械加工处理，很容易产生破碎、崩裂等问题。所以我们对玻璃材料进行钻孔加工时，会面对很多困难，需要通过不断提高技术工艺水平来解决这些问题。

二、分析玻璃材料进行钻孔加工的原理及设备选择

（一）玻璃材料进行钻孔加工的原理

玻璃材料进行钻孔加工的原理是利用高速旋转的磨体，携带金刚砂磨料，在磨体、磨剂、磨料的共同作用下使被加工玻璃材料一点点破碎，耗损成为孔的形状，这就完成了钻孔加工处理。通常情况下。磨剂可以使用煤油或者盐水混合物等液体物质，磨体、磨剂、磨料三者的共同作用力主要指的是磨体的轴向挤压力和径向摩擦力、磨剂的化学渗透冲刷以及磨粒间的相互碰撞切割【1】。

（二）玻璃材料进行钻孔加工的设备选择

玻璃材料进行钻孔加工的设备选择需要根据玻璃材料的硬度、厚度、尺寸、形状等性能特点进行选择，通常来说满足钻孔要求的立式铣床、各式钻床、研磨机都可以用来进行玻璃材料钻孔加工。普通玻璃的主要成分是二氧化硅和其它氧化物，我们知道二氧化硅的硬度大概在莫氏硬度6-8之间，所以选用磨料的硬度必须要高于二氧化硅莫氏硬度，比如我们可以使用粒度为100-200目、莫氏硬度为9-10之间的碳化硅材料进行玻璃材料钻孔加工处理。因此我们首先要充分了解玻璃材料的各项性能指标，然后在此基础上有针对性的选择加工设备，这样才能生产出符合规范要求的玻璃钻孔制品。

三、研究玻璃材料进行钻孔加工的装夹定位及注意事项

（一）玻璃材料进行钻孔加工的装夹定位

通常情况下，在正式进行钻孔加工前，我们首先要对被加工材料进行装夹定位，确定工件在机床上或夹具中的正确位置，从而避免在设备切削力的作用下导致工件发生位移的情况发生。由于对玻璃材料进行钻孔加工的钻削方法和钻削原理均不同于金属材料钻孔加工，钻床主轴作用于工件上的扭距相对较小，因此我们只需将玻璃材料平放在工作台上，然后用手辅助固定就可以了，不需要将其装夹固定在钻床工作台上。

（二）玻璃材料进行钻孔加工的注意事项

1、玻璃材料钻孔加工过程存在的问题。一般情况下，我们为了防止钻床钻头在即将完成钻孔加工时伤及工作台面，会针对加工材料进行垫空处理，或者也可以在主轴延长线上的工作台对应位置预留退刀孔，从而起到保护作用。这是进行金属材料钻孔加工的重要环节，但是在玻璃材料进行钻孔加工时却不适用这个规则，由于玻璃属于脆性材料，在钻头即将钻透工件时，随着玻璃材料的厚度变薄，它的强度会急剧下降，如果进行悬空处理，便会因为主轴轴向力的突然加大导致孔底脆弱材料出现大面积崩落的情况，也有可能使整个工件沿孔径方向放射性断裂，从而造成钻孔加工失败。

2、玻璃材料钻孔加工问题解决的对策。为了防止上述情况的发生，我们可以作如下处理：在玻璃材料下面垫一块20毫米左右的桃木板或者松木板，木板的面积要大于被加工工件的面积，将工件完全覆盖，而且木板要预先进行盐水浸泡处理，使木材材质变软，从而为加工工件预留一定的压缩空间，防止玻璃材料被压碎裂【2】。

四、玻璃材料进行钻孔加工的划线定位和钻削用量

在对玻璃材料进行钻孔加工时，为了保证钻孔的准确性，我们首先要在玻璃平面上进行划线定位，明确钻孔的中心位置，防止钻偏钻坏。在对准钻孔中心位置后，我们要着重控制主轴转速和轴向进给速度，由于玻璃材料的特殊物理、化学性能，我们应当将主轴转速控制在大约45米每分钟左右，而轴向进给速度的控制应该根据研磨进给量进行科学合理的设置，同时，要注意采用半浮动自由进给，不能选择自动进给方式。另外，如果玻璃材料厚度在5毫米以内，那么我们还要通过手动控制来进行辅助操作，避免因主轴进给速度过快、轴向压力增速过大导致玻璃材料破碎、崩裂等问题的发生，保证玻璃材料钻孔加工过程的顺利进行。

五、玻璃材料进行钻孔加工的误差控制和冷却处理措施

（一）玻璃材料进行钻孔加工的误差控制

产品加工时会出现误差这是正常现象，但是我们要将误差控制在合理范围内，降低加工产品残次率，提高企业生产效益，满足客户使用需求。除了严格控制主轴转速和轴向进给速度之外，我们还应该结合磨料粒度精确计算钻头直径，保证钻孔孔径符合公差尺寸。另外，在加工工件与研磨体相对运动时，会由于钻床主轴径向跳动偏差和部分磨料围绕研磨体参与径向切削会导致钻孔出现误差，生产的实际产品钻孔直径大于设计直径，因而我们要充分考虑主轴径向跳动量与磨料粒度等影响因素，从而精确确定钻头直径，减少产品钻孔误差，提高加工合格率。

（二）玻璃材料进行钻孔加工的冷却处理措施

在进行玻璃材料钻孔加工时，由于高速摩擦会导致工件局部过热、温度急剧升高。而玻璃材料韧性较差、膨胀系数较大，很容易破碎崩裂。所以，我们要充分考虑采取冷却处理措施，在钻孔加工过程中，我们可以持续的用水对加工玻璃材料表面进行洒水冷却，从而减少工件热剧集，降低局部温度，同时可以将磨料沿着磨体螺旋槽向下运输到磨体顶部。另外，用水冷却处理还能够将钻孔研磨过程中产生的碎屑进行清理，及时将杂物冲走，保持工件与设备接触面清洁，这样可以显著提高玻璃材料钻孔加工的精确度，从而提高生产质量和效率。

六、结论

综上所述，玻璃材料对于国家经济发展和人们日常生产生活起着重要的作用，为了满足当今社会的多样化需求，我们要不断优化加工工艺，保证玻璃制品的加工质量。我们首先认清了玻璃材料进行钻孔加工面临的困难，然后从加工原理、设备选择、装夹固定、注意事项、划线定位、钻削用量、控制误差、冷却处理等反面进行了探索，希望通过本文的讨论能够提升玻璃材料钻孔加工的水平，更好的为国家经济建设和人们生产生活服务。

参考文献：

[1]龙慧玲，蔡元沛.提高玻璃钻孔金刚石工具钻孔性能的研究[J].超硬材料工程，2010，22（6）：20-23.

[2]刘军汉，闫德全，周杨等.高精度玻璃打孔技术[J].应用光学，2009，30（2）：309-312.