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氧化鋯特種陶瓷材料的加工方法

陶瓷材料加工通常需經(jīng)過坯料切割、磨削、研磨和拋光等工序制成所需的零件!陶瓷材料作為工程材料的大規(guī)模推廣應(yīng)用 , 在很大程度上取決 于陶瓷零件加工技術(shù)的發(fā)展!
陶瓷材料加工通常需經(jīng)過坯料切割、磨削、研磨和拋光等工序制成所需的零件!陶瓷材料作為工程材料的大規(guī)模推廣應(yīng)用 , 在很大程度上取決 于陶瓷零件加工技術(shù)的發(fā)展!

第一;陶瓷材料表面缺陷的形成及切屑形成機理!
陶瓷材料在刀具或磨粒的切削刃擠壓作用下,會在刀刃附近產(chǎn)生裂紋,它先向下前方擴展,并沿著與最大主應(yīng)力垂直的方向的包絡(luò)線成長,如圖1中裂紋擴展的路徑從Ⅰ經(jīng)Ⅱ、Ⅲ至Ⅳ,最終穿過自由表面形成粒狀或片狀的切屑。由此在切削表面Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ的區(qū)內(nèi)留下凹痕,并在刀刃的后面已加工表面內(nèi)因位應(yīng)力而引起與表面大體垂直的裂紋等缺陷。 
如果切削條件合理,裂紋將能被控制不作延伸擴展,而只在刀刃前方的部分材料中形成破碎的切屬,它不深入到加工表面上,由此可獲得良好質(zhì)量的加工表面。
 
第二;陶瓷材料通常需經(jīng)過坯料切割、磨削、研磨和拋光等工序制成所需的零件。 
切割 常用的機械切割方法有以下三類: 
1) 固定磨料切割。用金剛石鋸片或帶鋸進行切割。 
2) 游離摩料切割。用盤鋸、帶鋸加金剛石磨料或用高速磨料噴射沖擊進行切割。 
3) 單刃切割。采用單粒金剛石切割。 
為了提高切割的效率和質(zhì)量,尤其對一些形狀較復(fù)雜的坯件,則宜用水力切割來替代機械切割。 
2 磨削 磨削幾乎均應(yīng)用金剛石砂輪,與磨削金屬材料相比,其最大的特征是法向磨削力遠大于切向磨削力,一般要大5~10倍,在用砂輪端面磨削時,甚至可大20~30倍。因此,磨床要有足夠的剛性,并需保持磨粒的銳利性,同時砂輪與工件之間的壓力要超過臨界壓力值(2~5MPa)才能保證正常的磨削。 
磨削陶瓷時所用的金剛石磨粉的粒度為:粗磨0.25~0.125mm(60#~120#),半精磨0.125~0.9mm(120?!?80#)。精磨0.075~0.04mm(240?!玏40)。通常砂輪速度選用15~25m/s(金屬結(jié)合劑)或20~30m/s( 樹脂結(jié)合劑)。工件送給速度1.15m/min,吃刀量為1~2μm。磨削時應(yīng)使用水溶性乳化液或低粘度的油類切削液,以防止粉狀切屑或脫落的磨粒殘留在工件表面上而導(dǎo)致表面很傷和加速砂輪磨損。 
3 研磨和拋光 它是陶瓷材料精密和超精密加工的主要方法。通過研具和工件之間的機械摩擦或機械化學(xué)作用去除余量,它使工件表面產(chǎn)生微小龜裂,逐漸擴展并從母體材料上剝除,達到所要求的尺寸精度和表面粗糙度。當采用細的粒度、軟的研具、低的研磨壓力和小的相對速度時,可獲得高的表面質(zhì)量和精度,但將使加工效率降低。 
超精密研磨和拋光時,所用的磨粒徑一般在數(shù)微米以下。為價止波加工件的氧化或因研磨液中的雜質(zhì)引起表面劃傷,一般要使用蒸餾水或去離子水。研磨盤的主軸應(yīng)有高的回轉(zhuǎn)精度和剛度,且轉(zhuǎn)速不宜太高,以免振動對加工表面產(chǎn)生不利的影響。 
采用化學(xué)機械研磨和拋光由于伴隨化學(xué)反應(yīng)和水合反應(yīng),因而比純機械研磨和拋光有高的加工效率。 
 
 
第三; 陶瓷材料高效、高精加工方法 
ELID超精磨削 
ELID是電解在線修整磨削法的簡稱。它應(yīng)用由金屬結(jié)合劑和超硬微細金剛石(或CBN)磨料組成的砂輪,并在磨削過程中同時用電解法修銳砂輪,使砂輪始終保持鋒利,從而保證在高效條件下進行超精密磨削,故它是鏡面磨削脆性材料(如陶瓷、玻璃、硅和鐵淦氧等)的一種先進方法。 
應(yīng)用ELID方法對陶瓷材料進行高的材料切除率的磨削可以大大降低磨削費用。當采用合理的砂輪修整參數(shù)時,可使摩削力比用傳統(tǒng)磨削方法降低l~2倍,而且還能在連續(xù)磨削過程中磨削力幾乎保持不變,有利于提高材料切除率和保證加工表面質(zhì)量的穩(wěn)定。
 
ELID的砂輪修整步驟為: 
1)砂輪整形,用粒度100#砂輪在300r/min下打砂輪; 
2)機械修整,用粒度400#Al2O3砂輪在300r/min下修整; 
3)電解預(yù)修整,在300r/min和90V下電解修整30min; 
4)磨削過程ELID修整,電壓60V,電流IP=6A,電路閉合和斷開時間已τo=τoff=μs。
 
第四;精密陶瓷研磨加工 
陶瓷的精度對陶瓷軸承的運轉(zhuǎn)精度和高速性有很大影響。精密和超精密主軸軸承采用的陶瓷球的公差等級為G5,其球的直徑變動量和球形誤差≤0.13μm,表面粗糙度Ra0.02μm。為了能高效地保證達到精度要求,其
加工要點: 
1)要經(jīng)粗、精、超精研磨和拋光等多道工序,由粗到精逐漸減小磨料粒度、研磨壓力和研磨速度,并逐步延長研磨的時間。
2)降低研磨壓力并減小研磨盤的跳動(或采用很低的研磨速度),可以有效地減小表面粗糙度和波紋度。 
3)研磨劑應(yīng)遵循少量勤添的原則。
4)陶瓷球的材料應(yīng)采用致密和缺陷小的熱流體等靜壓燒結(jié)Si3N4(HIPSN)或ZrO2。
5)采用錐形研磨法以提高研磨效率。使陶瓷球充分自旋增強回轉(zhuǎn)滑動,因而比通常的V形槽研磨法有高的研磨效率。
 
第五;浮動拋光法
當工件與研具作高速相對運動時,由于拋光液的流體動壓效應(yīng)使工件微量浮起與研具脫離接觸,液膜中的微細軟磨料與工件外層表面的原子相互擴散,降低了工件最外層表面的原子結(jié)合能,因而能被磨粒粒子沖擊去除,達到光整工件表面而又不致產(chǎn)生表層晶體的錯位。雖其加工效率較低,但是一種可獲得極高的平面度,而又沒有端面塌邊和變形缺陷的高表面質(zhì)量的超精密加工方法。


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本文“氧化鋯特種陶瓷材料的加工方法”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2014-08-27 22:59:05
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