对玻璃材料进行钻孔加工工艺探析

吴文勇

摘 要：本文对玻璃材料钻孔的加工工艺进行了探析，旨在启迪本专业学生能够运用机械制造及机械加工的一般原理、工艺，触类旁通地解决现实生产中所遇到的各种非常规问题，使在校学生进一步拓宽知识领域，增强复合技能。

关键词：玻璃 钻孔 工艺探析

在机械专业钳工加工工艺中，孔加工课题向来是一门比较复杂，难掌握的技术，尤其是对一些特殊的脆性材料，比如玻璃、陶瓷、石材、单晶硅与多晶硅板等。

由于玻璃具有脆性大、硬度高、散热性差、热膨胀系数大（与金属比较）和装夹定位困难等多种原因，导致这项技术在机械加工中的应用受到较大限制。

虽然在玻璃的孔加工上有诸多难题，但在实际生产中，往往由于产品研制，非定型产品的改进或单台设备维修中非通用零配件制造以及装饰、装修行业等，仍不时会遇到对玻璃材料进行孔加工的特别实例。针对上述情况，笔者结合多年设备维修和从事钳工教学的实践，总结探索出对普通石英玻璃进行孔加工的一些方法技巧。

一、加工原理及设备

对玻璃材料进行孔加工的工艺原理，就是利用高速旋转的磨体（顶端带有嵌砂槽的木质磨头）携带金刚砂磨料，在磨料、磨体、磨剂（煤油、盐水混合剂）的共同作用下，以磨粒间的相互碰撞切割、磨剂的化学渗透冲刷、磨体的轴向挤压和径向摩擦，使被加工材料一点一点破碎，耗损成为孔的形状。

由于玻璃的主要成分为二氧化硅（SiO2），俗称石英砂，其硬度在莫氏6～8之间，因此，所选磨料硬度必须高于玻璃的硬度。根据实验，我们对以石英砂为主要成分的玻璃材料进行孔加工时，可选用莫氏硬度为9～10之间，粒度为100～120目的碳化硅（SiC）材料为宜。

对设备的选择则是根据所加工玻璃的厚度、硬度、形状、尺寸而定，一般而言，能够满足钻孔所需的各类钻床、立式铣床、研磨机均可用于玻璃钻孔。

二、装夹定位及加工

对玻璃材料所进行的孔加工，无论是其钻削方法，还是钻削原理都不同于普通金属钻削。因而，钻床主轴作用在工件上的扭矩并不需要很大，所以在加工时我们不必将被加工体装夹固定在钻床工作台上，而只需平放在工作台上用手辅助固定即可。

在这里需要强调的是，一般钻床上为防止钻头在孔即将钻穿时，钻头直接损伤工作台表面，往往会在被加工材料下边做垫空处理，或在主轴延长线上的工作台对应位置直接预留退刀孔。这在金属材料的孔加工过程中是必要的，而对玻璃这种特殊的脆性材料而言，却是大忌。因为在钻头即将穿透工件时，必然会由于被加工材料厚度的逐渐变薄而使强度急剧降低，如果此时工件下面呈悬空状态，则会由于主轴轴向力的突然增大而使异常脆弱的孔底材料发生大面积崩落，甚至造成整个工件沿孔径方向呈放射性断裂。

为防止这种现象的发生，我们可根据被加工件的表面积大小，选择一块面积稍大于工件周边尺寸，且事先经过盐水浸泡的、材质较软的、厚度在20毫米左右的松木板或桃木板，衬垫在被加工玻璃下面。

三、划线与钻削用量

由于是在玻璃平面上直接进行钻孔，为保证孔的位置精度，我们可参考一般平面划线的方法首先确定孔的位置。在对正、找准孔的中心位置后，我们只要掌握好主轴转速和轴向进给速度两个参数就可以了。鉴于被加工材料特殊的物理化学性质，其主轴线速度应控制在每分钟45米（m/min）左右。

对于轴向进给速度，我们可根据研磨进给量而定，但要注意，主轴尽可能不要选择自动进给方式，而应采用半浮动自由进给。对于厚度在5mm以下的加工材料，操作者还要通过手控措施，防止因主轴进给过快、轴向压力陡增造成材料崩裂破碎。

除了熟练掌握主轴转速和进给方式这两项操作要点之外，为保证所加工孔径符合公差尺寸，我们还要根据磨料粒度，精确计算钻头（研磨体）直径，因为在研磨体与工件的相对运动过程中，除了钻床主轴的径向跳动偏差之外，其磨料也有一部分会围绕研磨体参与径向切削，这些都会导致所加工出的实际孔径大于理论孔径。所以我们在确定研磨体直径时，应把主轴径向跳动量（事先用百分表测出）、磨料粒度直径等都考虑在内。

由于玻璃材料热膨胀系数大、韧性差，所以在加工过程中，操作者要及时不停地用水对工件表面进行冷却。这样做不仅可以有效减少工件热聚集，而且还能将磨料沿磨体螺旋槽向下输送至磨体顶端，同时还能冲走研磨产生的碎屑，提高加工精度和生产效率。

以上叙述，旨在启迪本专业学生能够运用机械制造及机械加工的一般原理、工艺，触类旁通地解决现实生产中所遇到的各种非常规问题，使在校学生进一步拓宽专业领域，增强复合技能，更好地适应新行业不断崛起的挑战，为毕业后的就业创业提供更有力的技术支撑。

（作者单位：南阳技师学院）