陶瓷球雙轉(zhuǎn)盤研磨方式及成球機(jī)理的研究.pdf

1、20多年來，陶瓷球在混合軸承（陶瓷球滾珠、鋼制滾圈）的應(yīng)用中獲得了很大成功。氮化硅等先進(jìn)陶瓷具有密度小、硬度高、彈性模量高（剛度高）、耐磨損、熱膨脹系數(shù)低、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、絕緣、無磁等極為優(yōu)良的綜合性能，被認(rèn)為是目前制造噴氣引擎和精密機(jī)床高速主軸等儀器設(shè)備中高速、高精度軸承滾動(dòng)體的最佳材料。由于傳統(tǒng)研磨加工方法的生產(chǎn)工藝受到人為因素的影響，一致性和穩(wěn)定性較差，加工成本高，難以獲得高球度的陶瓷球，使陶瓷球的應(yīng)用仍受到限制。

2、　　為解決陶瓷球研磨加工過程中球面研磨不均勻、加工效率低、加工一致性差等問題，本文提出一種雙轉(zhuǎn)盤研磨方法，通過控制兩塊下研磨盤的轉(zhuǎn)速組合，實(shí)現(xiàn)球坯表面研磨軌跡的均勻分布，使球坯表面獲得均勻研磨，快速修正球形偏差，從而提高加工精度與加工效率。本文主要從研磨過程中球坯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、球面研磨軌跡分布、研磨成球機(jī)理、陶瓷球面磨損及高效材料去除技術(shù)、研磨工藝分析及優(yōu)化等幾個(gè)方面對(duì)高精度陶瓷球的雙轉(zhuǎn)盤高效研磨方法進(jìn)行研究。
　　針對(duì)研磨成球第一條

3、件——切削等概率性，采用 CCD觀測(cè)記錄球面標(biāo)識(shí)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡和球面研磨軌跡三維分布的計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的方法研究的陶瓷球研磨過程中球面研磨軌跡的分布；建立研磨軌跡均勻性的評(píng)價(jià)方法，定量評(píng)價(jià)研磨軌跡的均勻程度，探討雙轉(zhuǎn)盤研磨方式對(duì)研磨軌跡均勻性的滿足程度和滿足條件。
　　針對(duì)研磨成球第二條件——尺寸選擇性，通過建立力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等模型分析研磨過程中球形誤差修正、球坯直徑的一致化以及球坯的滑動(dòng)和碰撞等現(xiàn)象的形成機(jī)理，探討加載方式、加工載荷的

4、大小、球坯—研磨盤接觸狀態(tài)等因素對(duì)研磨成球過程的影響。
　　為掌握陶瓷球材料的去除機(jī)理，從磨粒磨損角度探討研磨加工中不同加工條件下陶瓷球材料的去除形式，確定材料去除形式的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。通過材料去除形式與材料去除率的關(guān)系的分析，提出采用光固化樹脂固結(jié)的微細(xì)金剛石固著磨料盤對(duì)陶瓷球進(jìn)行研磨，以提高陶瓷球粗研階段的材料去除率。
　　采用田口方法對(duì)陶瓷球的半精加工研磨工藝參數(shù)（加工載荷、磨料濃度和加工速度）進(jìn)行優(yōu)化，并討論加工參數(shù)對(duì)加工結(jié)

5、果的影響程度和影響規(guī)律，獲得最佳的工藝參數(shù)組合。
　　采用以上研究結(jié)果，以φ5mm陶瓷球?yàn)榧庸?duì)象，在粗加工階段采用固著磨料加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)陶瓷球毛坯加工余量的高效去除，保證粗加工階段的加工效率；在半精加工以新型雙轉(zhuǎn)盤研磨方式保證球度及加工一致性；最終采用化學(xué)機(jī)械拋光加工技術(shù)，保證陶瓷球坯表面質(zhì)量。加工后的陶瓷球成品球形偏差為0.05μm，表面粗糙度 Ra5nm，批直徑誤差0.10μm，達(dá)到 G3級(jí)精度要求。同時(shí)總加工時(shí)間縮短為原來