中國(guó)粉體網(wǎng)訊 氮化硅陶瓷(Si3N4)是機(jī)械物理綜合性能較優(yōu)的陶瓷材料,,具有低密度,、高彈模,、高硬度、高強(qiáng)度,、低熱膨脹系數(shù),、耐高溫、耐磨損,、耐腐蝕以及絕緣性等特性,。使用該材料制備的氮化硅陶瓷球組裝的軸承目前已被廣泛應(yīng)用于各種高精度高轉(zhuǎn)速機(jī)床、地鐵,、航天發(fā)動(dòng)機(jī)和石油化工機(jī)械等領(lǐng)域,。
在實(shí)際使用中,氮化硅陶瓷球?qū)Τ叽缇�,、形狀精度以及表觀質(zhì)量等指標(biāo)均有嚴(yán)格要求,,因此,氮化硅陶瓷球燒結(jié)體毛坯需經(jīng)研磨拋光加工才能達(dá)到使用要求,。
陶瓷球研磨成球基本原理與方法簡(jiǎn)介
陶瓷球的研磨拋光成球原理主要是沿用軸承鋼球的成球原理,,都是利用磨料磨粒去除表面材料,使球體的直徑減小,、表面粗糙度降低,,精度提高。球體在研磨盤中受到摩擦力,,并在它的作用下,,繞圓盤的軸線做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),球面與研磨盤上溝槽接觸弧線所形成的線速度差形成自轉(zhuǎn),,在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)下,,球體、研磨盤及研磨液之間存在相互作用,。
陶瓷球研磨成球基本原理
氮化硅陶瓷球研磨加工技術(shù)主要包括機(jī)械研磨加工技術(shù),、化學(xué)研磨加工技術(shù)及化學(xué)機(jī)械研磨加工技術(shù)等。這些研磨加工方式都需要研磨液來輔助加工,,研磨液既能去除材料還能對(duì)工件表面精整處理,。當(dāng)球體的加工方式及相應(yīng)設(shè)備確定后,影響陶瓷球加工質(zhì)量和效率的主要因素就是加工參數(shù)和研磨液,。
研磨液:一種別樣的“液體磨具”
研磨液主要是由磨料,、基載液、添加劑等組成,,是一種別樣的“液體磨具”,。磨粒相當(dāng)于刀具,可以去除表面余量,磨粒的硬度與大小影響加工效率與精度,;基載液是磨粒的載體,,需滿足磨粒的充分懸浮,;添加劑主要是輔助磨粒研磨,,改善研磨環(huán)境。
研磨液中磨粒作為刀具加工球體時(shí),,出現(xiàn)表面損傷的概率要比固結(jié)磨料和砂輪低,。研磨加工過程中磨粒如果在基載液中無法均勻分散,那么被去除的碎屑將會(huì)附著在工件表面,,導(dǎo)致工件的表面質(zhì)量下降,,研具的壽命也會(huì)受到影響。加工過程中產(chǎn)生的磨屑若長(zhǎng)時(shí)間的停留,,會(huì)對(duì)球體表面產(chǎn)生劃傷,研磨液中的添加劑可以降低磨屑的附著能力,,并帶走磨屑,,避免影響加工質(zhì)量,保證了加工精度,。
研磨液中液相介質(zhì)選擇
液相介質(zhì)是研磨液的重要組成部分,,不僅可以做為磨粒的載體,還可以在研磨過程中與被加工元件進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)提高研磨速率,,在整個(gè)加工過程中起著不可忽視的作用,。
(1)懸浮作用。研磨液應(yīng)具有良好的懸浮性,,來保證磨料均勻的分布在液相中,,且短時(shí)間不產(chǎn)生絮凝或者沉淀,可以提高研磨效率以及加工質(zhì)量,。
(2)冷卻作用,。在研磨過程中由于磨具與工件表面擠壓,研磨區(qū)域的溫度會(huì)很高,,液相可以有效的帶走高溫?zé)崃�,,降低研磨區(qū)域的溫度,防止工件由于溫度過高產(chǎn)生燒傷以及裂紋等影響,。
(3)潤(rùn)滑作用,。在研磨過程中降低磨料物質(zhì)與被加工工件表面之間的摩擦,可以防止已加工表面粗糙度惡化保證工件加工精度,。
(4)清洗作用,。在進(jìn)行研磨的時(shí)候產(chǎn)生的碎屑一般留在工件的表面,這些雜質(zhì)切屑在研磨加工時(shí)對(duì)工件產(chǎn)生劃傷,,可以加入表面活性劑來降低碎屑的附著能力,,通過液相介質(zhì)的流動(dòng)性可以帶走多余的雜質(zhì)切屑,,從而確保加工時(shí)工件精度。
研磨液可以分為兩大類:油基研磨液和水基研磨液,。油基研磨液大致分為三類:動(dòng),、植物基礎(chǔ)油和礦物基礎(chǔ)油以及合成基礎(chǔ)油,油基研磨液的潤(rùn)滑和防銹性能較好,,存在清洗時(shí)必須用有機(jī)溶劑,,污染環(huán)境以及費(fèi)用高等缺點(diǎn)。水基研磨液由水和水溶性添加劑組成,,水基研磨液的優(yōu)點(diǎn)在于具有良好的冷卻性和清洗性,。同樣水基研磨液也存在許多缺點(diǎn),水基研磨液的潤(rùn)滑效果不太明顯,,防銹性能差,,而且水基研磨液細(xì)菌滋生快,存在著環(huán)保問題,。
研磨液中磨粒選擇
要想使磨粒對(duì)工件產(chǎn)生最好的作用,,在選擇磨粒的時(shí)候一定要選擇硬度大、高強(qiáng)度,、韌性好,、穩(wěn)定性高、化學(xué)穩(wěn)定性好同時(shí)具備自銳性等性能的磨粒,。
一般來說磨粒的硬度必須不能低于被加工工件的硬度,,不然就不可能對(duì)工件進(jìn)行有效研磨,但時(shí)也不能過高,,硬度過高往往會(huì)造成磨具磨損使其壽命縮短,。磨粒應(yīng)該具有良好的韌性,在受到?jīng)_擊力時(shí)磨粒應(yīng)補(bǔ)破損,,從而保證可以正常去除工件表面材料,。其次磨粒應(yīng)具有自銳性,在研磨過程中磨粒的刃部則漸漸的鈍化,,研磨的時(shí)間越長(zhǎng)就會(huì)看到研磨的效率越低,,所以它的自銳性至關(guān)重要可以確保研磨效率不會(huì)下降,也就是說自銳性越好研磨效率就會(huì)越高,。在對(duì)工件進(jìn)行研磨加工時(shí),,研磨區(qū)的溫度會(huì)偏高,磨粒應(yīng)具有良好的熱穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性,,磨粒不會(huì)發(fā)生形變和變質(zhì),,保證可以正常加工。
目前,常用的磨粒大致分為三種:剛玉類磨粒,、碳化物磨粒,、金剛石磨粒。通常鑄鐵,、高速鋼等材料碳素工具鋼會(huì)使用剛玉類磨粒來研磨,。碳化物磨粒硬度相對(duì)較高,一般用于硬質(zhì)合金以及陶瓷材料的研磨加工,。金剛石類磨粒硬度最高,,其研磨加工效果也很好,一般用于瑪瑙,、寶石,、和陶瓷等材料高精度工件的精加工。
對(duì)于一些要求表面質(zhì)量高的研磨時(shí)也可以用納米金剛石,,納米金剛石屬于碳納米物質(zhì),,在使用時(shí)一般需要在其表面附加醚基、羥基,、羧基等具有長(zhǎng)碳鏈活性基團(tuán)來對(duì)其進(jìn)行表面改性,。對(duì)于氮化硅高硬度陶瓷進(jìn)行研磨加工一般選用碳化物磨粒和金剛石類磨粒。
參考來源:
[1]徐歡.氮化硅陶瓷球制備技術(shù)的研究進(jìn)展
[2]薛會(huì)民等.軸承陶瓷球研磨加工技術(shù)研究進(jìn)展
[3]張益昆.氮化硅陶瓷球?qū)S醚心ヒ旱难芯考把b置設(shè)計(jì)
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川)
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