几种陶瓷球的数控加工技术

几种陶瓷球的数控加工技术

由于轴承采用陶瓷球，其形状精度、尺寸精度、表面质量和材料性能具有很高的要求。由于陶瓷材料硬度高,与金属相比脆性较大,加工困难,且加工时易在材料表面产生裂纹等表面缺陷,在轴承运转中引起陶瓷球碎裂、早期疲劳而使轴承失效。所以加工陶瓷球最重要的是必须始终保持球表面不出现损伤,只有在加工工艺参数与陶瓷球材料的特性相匹配时,才能在保证质量和经济性的前提下进行加工工艺的改进。1批量加工工艺参数的优化由于陶瓷球材料硬度高达1600HV以上,是钢球硬度的两倍,因此,钢球的加工工艺和磨料不适合陶瓷球加工。陶瓷球加工存在如下主要问题:陶瓷球表面能低,研磨介质和磨料附着性差,影响陶瓷球加工效率、球表面粗糙度和加工球批直径变动量;陶瓷球在研磨盘沟道中自转性差,影响陶瓷球的加工精度特别是球形误差;因现有加工设备是基于钢球加工设计制造的,需对其进行改造;磨料种类和研磨板及其技术条件要进行合理选择;批量加工工艺参数要进行优化。加工陶瓷球的技术关键和难点是:(1)提高研磨介质及磨料的附着能力。(2)提高陶瓷球的自转性能。(3)批量加工工艺参数的优化确定。(4)批量加工在线检测和质量控制。2精磨工序的加工陶瓷球的加工工序一般分为:粗磨、精磨、初研和精研四道工序。粗磨工序要完成陶瓷毛坯球加工留量95%的加工量,是影响陶瓷球加工效率的关键工序,需在保证陶瓷球加工质量的前提下尽量提高加工速度;精磨工序的目的是进一步改善由于粗磨造成的表面加工缺陷,提高陶瓷球的表面质量和精度;初研工序的目的是改善陶瓷球的精度和表面质量,使陶瓷球的精度基本达到成品球的要求;精研工序的目的是改善陶瓷球的表面质量和精度,使陶瓷球达到成品球的精度要求。2.1陶瓷球表面粗糙度的初研加工本方法分粗磨加工和研磨加工,研磨加工又包括初研和精研。陶瓷球粗磨加工在循环机床上进行,所用砂轮为金刚石砂轮,研磨盘材料采用高硬(HB>220)铸铁。粗磨加工后陶瓷球表面粗糙度初研加工采用碳化硅、碳化硼、刚玉和人造金刚石磨料,精研采用氧化铬、氧化铁、人造金刚石微粉磨料;研磨盘采用铸铁盘,硬度为140～220HB。严格选择磨料的粒度、种类、形状、浓度及破碎特性,研磨液由煤油、脂、机油、蜡和水基乳化剂的混合液组成,控制研磨液的粘度、承载特性及各种添加剂的含量。同时控制温度、压力和转速等工艺参数。精研后的陶瓷球表面粗糙度为0.008μm,球形误差0.08μm。该方法可实现陶瓷球批量稳定加工,易于进行工业化生产和质量控制,是陶瓷球加工技术的发展方向。2.2陶瓷陶瓷球的加工方法,其目前曾曾以时间为该方法主要是将传统的V形槽研磨盘的运动状态和装置进行改进,改进后研磨盘运动状态如图1所示,其主要原因是通过控制V形槽两个槽面的转速,增大球的自旋角,从而增加回转滑动分量,提高陶瓷球的加工效率。以加工ϕ9.525mm试验陶瓷球为例,材料为热等静压(HIP)氮化硅陶瓷,磨料粒度为2～6μm的金刚石粉,研磨介质为水溶性油剂。由于该装置上研磨盘为平板,球在其上很难处于稳定状态,采用了厚度为4mm的软钢圆盘保持器,控制转速和压力等参数。试验结果表明,该方法可使陶瓷球的表面粗糙度值在30min内从1μm提高到0.2μm,加工效率明显提高。该方法能明显提高陶瓷球的加工效率,但需设计制造复杂的加工机床,不易实现陶瓷球的批量加工,可用于大规格小批量陶瓷球的加工。2.3大力加强的生物活性该方法的研磨原理如图2所示,基本机理与自旋回转角控制研磨法相似。主要是使陶瓷球在研磨过程中具有较大的自旋角(达到47°),陶瓷球充分自旋,增强了陶瓷球的回转滑动,从而提高陶瓷球的加工效率。加工试验球为ϕ14mm的ZrO该方法能明显提高陶瓷球的加工效率,加工机床相对简单,不适合陶瓷球的批量加工,但在大规格小批量陶瓷球加工上有明显优势。2.4磁流体研磨加工原理该方法的研磨装置和原理如图3、图4所示。基本原理是将一定比例的磨料等非磁性体添加到磁流体中形成混合液,在具有磁场梯度的特殊磁场(如图4所示)中,磁性物质朝向强磁场方向聚积,而磨料等非磁性体则都被排斥到弱磁场一方,从而形成垂直方向的磁浮力和水平方向的保持力。在磁流体研磨试验装置中,磁场由条状强磁铁产生,尼龙浮板5是非磁性体,在磁浮力作用下向上浮起形成加工压力,由高速驱动轴通过导向环2和尼龙浮板的导向作用,带动被加工陶瓷球4在磁流体和磨料的混合液中运动,从而实现陶瓷球的研磨加工,并进行了陶瓷球的研磨加工试验。试验陶瓷球的规格为ϕ13mm,磨料为100所以,该方法可用于陶瓷球的粗磨和抛光加工,不适用于陶瓷球的初研和精研加工,且不易实现陶瓷球的批量加工。3复合磨料和复合研磨液洛阳轴承研究所通过陶瓷球研磨机理的研究,研制开发出陶瓷加工专用复合磨料和复合研磨液,以适应陶瓷球的加工,有效提高了研磨介质和磨料对陶瓷球的附着能力和研磨效率。所加工陶瓷球规格从ϕ1～34mm,精度为G5级、G10级,加工批量为万粒级。3.1陶瓷球的加工陶瓷球的粗磨加工是陶瓷球加工的第一道工序,需去除陶瓷球留量的95%,材料去除量大,要求加工效率高,同时注意加工表面质量和精度。陶瓷球在粗磨前,首先应进行质量评价。并对陶瓷毛坯球进行尺寸分选,挑出极大球和极小球,控制毛坯球加工留量在0.3～0.5mm,以保证粗磨加工的顺利进行。陶瓷球的粗磨加工采用循环加工方法,磨料:FM3.2陶瓷球的精磨加工陶瓷球的精磨加工是陶瓷球加工的第二道工序。由于陶瓷球粗磨要求高的加工效率,所用磨料粗、磨球机转速快,加工球表面粗糙,且精度较低,需进行陶瓷球的精磨加工,改善陶瓷球表面质量和精度。陶瓷球精磨加工采用循环加工方法,磨料:FM3.3陶瓷球的加工初研加工是陶瓷球加工的第三道工序,是为了进一步改善陶瓷球表面质量和精度,消除加工表面应力。初研后的陶瓷球精度基本达到成品球的要求。陶瓷球初研加工采用循环加工方法,磨料:FM3.4陶瓷球的生产加工精研加工是陶瓷球加工的最后一道工序,也是获得最终产品的工序。要求陶瓷球精度和表面质量达到G10或G5级。陶瓷球的精研加工根据批量大小和精度要求,采用循环精研和单沟精研。磨料:FM4磁流体研磨法(1)陶瓷球的循环加工方法是陶瓷球加工技术的发展方向。