[发明专利]一种基于软质磨料固着磨具的氧化铝陶瓷球研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化铝陶瓷球的一种研磨方法，尤其是氧化铝陶瓷球精加工用的高效、高质量研磨方法。

背景技术

随着工业技术的发展，对机床和仪器设备提出了高速、高精度、高可靠性等性能要求。与传统的轴承钢相比，氧化铝陶瓷具有密度小，硬度高、弹性模量高(刚度高)、耐磨损、热膨胀系数低、热稳定性和化学稳定好、绝缘、无磁等极为优良的综合性能，被认为是制造轴承滚动体的最佳材料，并在陶瓷球轴承(钢质轴承圈，陶瓷材料滚动体.)的应用上获得很大成功。陶瓷球轴承具有使用寿命长(钢质轴承的2～5倍)、转速高、整体精度和刚度好、热稳定性能好以及无磁性等优异的综合性能，在高温、高速、高精度、酸碱腐蚀、电腐蚀、强磁场、无润滑或介质润滑等工作条件下具有非常广阔的应用前景，已广泛应用于航空航天、军事、石油、化工以及高速精密机械等诸多领域。

但是，氧化铝陶瓷属硬脆难加工材料，传统的陶瓷球加工主要采用研磨钢质滚珠的V形槽研磨法，采用硬质的金刚石磨料作为研磨介质，采用游离磨料研磨的方法进行加工，加工周期长(完成一批陶瓷球需要12～15天)。漫长的加工过程以及昂贵的金刚石磨料导致了高昂的制造成本。国内外的研究经验表明，氧化铝陶瓷滚动体的加工效率低、加工成本高是限制陶瓷球轴承推广应用的一个主要原因。

游离磨料研磨过程中，磨粒主要以滚动的方式实现材料去除，单位时间内参与材料去除的磨粒数量少，材料去除率低。为了克服游离磨料加工效率比较低的问题，目前已有专利、科技论文等报道开发了固着磨料(砂轮)研磨技术用于陶瓷球的加工余量的快速去除，利用固结在一起的金刚石、碳化硼、碳化硅等硬质磨料(这些磨料的硬度要高于陶瓷球材料)的刻划等机械作用实现对陶瓷球材料的高效去除。在固着磨料研磨加工中，磨粒被固结在一起，磨粒主要以刻划的形式去除工件材料，参与加工的磨粒数量多，可以获得很高的材料去除率。但是，具有硬脆特性的氧化铝陶瓷球对表面/次表面裂纹非常敏感，在较大载荷作用下，以金刚石、碳化硼、碳化硅等硬质磨料的机械作用实现氧化铝陶瓷球的材料去除，很容易在氧化铝陶瓷球表面造成诸如凹坑、划痕和微裂纹等表面损伤。这些表面缺陷在外部载荷的作用下会扩展形成较大的脆性裂缝，从而导致陶瓷球的突然失效，严重降低了氧化铝陶瓷球的使用性能。因此，目前开发的固着磨料加工技术主要适用于氧化铝陶瓷球加工余量的高效去除，很难获得无表面损伤的高质量表面。氧化铝陶瓷球的精加工的主要目的是进一步改善半精加工造成的表面加工缺陷，提高陶瓷球的表面质量和精度，直到达到成品的要求。因此，氧化铝陶瓷球的精加工很少采用这些金刚石、碳化硼、碳化硅等硬质磨料的固着磨料加工方法。而仍采用氧化铬、金刚石微粉等的游离磨料的研磨/抛光方法进行精加工，因此，氧化铝陶瓷球精加工阶段的加工效率仍旧很低。

发明内容

为了克服氧化铝陶瓷球精加工阶段效率低、成本高的不足，本发明提供一种加工表面质量好、加工效率高、生产成本低的基于软质磨料固着磨具的氧化铝陶瓷球研磨方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于软质磨料固着磨具的氧化铝陶瓷球研磨方法，该研磨方法包括以下步骤：

1)软质磨料固着磨具的配制：所述的软质磨料固着磨具由软质磨料，固化剂及填充剂配制而成，所述软质磨料的硬度低于氧化铝陶瓷，，三种组份的质量百分含量分别为：软质磨料60％～80％，固化剂10％～20％，填充剂10％～20％；将软质磨料、固化剂、填充剂混合，搅拌均匀；

2)软质磨料固着磨具的制作：将配置好的配料在模具中热压成形，脱模后完成热固化，并对其上下端面进行修整，保证磨具上下端面的平整度和平行度；

3)软质磨料固着磨具对氧化铝陶瓷球的精加工：将软质磨料固着磨具安装于研磨机的上盘，下盘采用铸铁磨盘或软质磨料固着磨具；待加工的氧化铝陶瓷球放置在下盘的滚道中，启动研磨机，并在上下盘之间注入碱性冷却液；软质磨料固着磨具上的磨粒对氧化铝陶瓷球表面进行划擦，实现对氧化铝陶瓷球的精加工。

优选的，在所述步骤3)中，在压力和相对速度的作用下，固着磨具和氧化铝接触区域上的软质磨料和氧化铝材料发生固相反应，生成一层软质的、易去除的反应生成物层，并利用后续磨料与生成物层之间的摩擦作用将生成物层去除，从而实现氧化铝陶瓷球的精加工。

进一步，所述的软质磨料为氧化硅，所述软质磨料的莫氏硬度为7。