專利名稱：一種陶瓷球加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷球加工工藝，特別涉及一種低振動值、公差等級達(dá)到G5的 Si^4陶瓷球加工工藝。
背景技術(shù)：
研究表明Si3N4陶瓷球的典型失效模式是與鋼球一致的接觸疲勞剝落。陶瓷球材 料缺陷以及表面加工缺陷是陶瓷球表面產(chǎn)生疲勞破壞的重點(diǎn)原因之一?，F(xiàn)有陶瓷球加工技 術(shù)不可避免在陶瓷球表面產(chǎn)生上述缺陷，然而應(yīng)用在大功率、高速、高剛性工作條件下的陶 瓷球，不僅需要有高的形狀精度、尺寸精度、表面質(zhì)量等常規(guī)指標(biāo)外，而且對Si3N4陶瓷球的 動態(tài)性能即單球振動值以及陶瓷球批質(zhì)量一致性要求較高，同時(shí)對軸承裝配時(shí)Si3N4陶瓷 球的合套率以及軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的異音嘯叫也提出控制要求。 從國內(nèi)外氮化硅陶瓷球的加工現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，越來越多的技術(shù)人員開始從事該方 面的研究，并通過各種加工設(shè)備的改進(jìn)和加工工藝的調(diào)整以提高陶瓷球的加工水平。公開 號為CN1113931A、名稱為"陶瓷球的加工工藝"的專利文件中公開了一種采用人造金剛石等 磨料配以煤油、錠子油在鋼球研磨機(jī)上進(jìn)行陶瓷球的加工工藝，其加工的陶瓷球可達(dá)G5級 精度，但該專利加工周期較長；同時(shí)該專利未對陶瓷球的加工進(jìn)行工藝階段分類。公開號 為CN101049676A、名稱為"G3級氮化硅球加工工藝"的專利文件中公開了一種陶瓷球加工 工藝，其將加工工藝細(xì)分為消除產(chǎn)品燒結(jié)內(nèi)應(yīng)力、粗磨、初研、精研、超精研、提光等工序，分 步驟采用不同粒度、不同種類的磨料進(jìn)行陶瓷球加工，但其僅對陶瓷球靜態(tài)指標(biāo)進(jìn)行研究， 未對陶瓷球動態(tài)性能及質(zhì)量一致性進(jìn)行要求。公開號為CN 101486145A、名稱為"一種陶瓷 軸承球的加工方法"的專利申請中公開了以多種磨料配以氧化鐵等助磨劑，用煤油、汽油、 酒精等作為磨劑，實(shí)現(xiàn)陶瓷球低應(yīng)力精密加工。上述專利均以提高Si3N4陶瓷球的形狀精 度、尺寸精度、表面質(zhì)量等常規(guī)指標(biāo)為目的，并且Si3N4陶瓷球使用方向較低端，尤其是均未 以Si3N4陶瓷球的動態(tài)性能為技術(shù)目標(biāo)；同時(shí)上述專利均采用煤油、錠子油等油類作為磨劑 使用，未考慮環(huán)保要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種陶瓷球加工工藝。 本發(fā)明的技術(shù)方案在于采用了一種陶瓷球加工工藝，包括以下步驟 (1)粗磨對陶瓷材料進(jìn)行粗磨加工，加工時(shí)需先加入磨料及相應(yīng)的磨劑，使粗磨
加工后陶瓷球表面粗糙度Ra《0. 4 ii m，球形誤差和批直徑變動量小于等于2 y m ; (2)精磨粗磨加工后的陶瓷球在加入磨料及相應(yīng)的磨劑后進(jìn)行精磨加工，使精
磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra《0. 1 ii m，球形誤差和批直徑變動量小于0. 5 ii m ; (3)初研對精磨后的陶瓷球進(jìn)行初研加工，使初研加工后陶瓷球應(yīng)達(dá)到G5 G10
級精度； (4)拋光對陶瓷球進(jìn)行降噪拋光處理，并檢測陶瓷球的振動值，將振動值控制在
330 33dB。 其中，所述的步驟(1)之前還可以包括Si3N4陶瓷材料性能評價(jià)，具體評價(jià)的性能
包括球坯外形、密度、硬度、內(nèi)部組織、孔隙度、壓碎載荷、斷裂韌性、表面缺陷、熒光探傷。 所述的步驟(1)之前還可以包括Si凡陶瓷材料性能評價(jià)，具體評價(jià)的性能包括球
坯外形、密度、硬度、內(nèi)部組織、孔隙度、壓碎載荷、斷裂韌性、表面缺陷、熒光探傷。 所述的步驟(1)之后還可以包括目視外觀檢測，具體方法為在粗磨工序后對球坯
采用全部目視外觀，剔除粗加工造成的各類缺陷。 所述的步驟(4)之后還可以包括陶瓷球成品全部顯微外觀檢查，具體方法為在雙目變倍體視顯微鏡下，通過外觀檢查臺進(jìn)行全部顯微外觀檢查。 步驟(1)中所述的磨料首先選用粒度為80 90#的立方氮化硼或碳化硅，當(dāng)留量為0. 1 0. 15mm時(shí)換用粒度為W28 W40的立方氮化硼、碳化硅或氧化鋁磨料，所述的磨
劑為普通硬磨液和水，二者配比為i : i i : 2。 步驟(2)中所述的磨料為W3.5 W5的立方氮化硼、碳化硅或氧化鋁磨料，所述
的磨劑為普通硬磨液和水，二者配比為i : i i : 2;步驟(3)中所述的磨具為3000
5000#金剛石樹脂砂輪，所述的磨劑為SZ-1樹脂砂輪水劑冷卻液；步驟(4)中所述的磨料為WO. 1 Wl的金剛石研磨膏，所述的磨劑為H-2000拋光精研液。
步驟(1)中轉(zhuǎn)速為30 38轉(zhuǎn)/分，壓力為30 35kN。 步驟(2)中轉(zhuǎn)速為20 30轉(zhuǎn)/分，壓力為20 25kN，加工量為0.06 0.07mm。
步驟(3)中轉(zhuǎn)速為25 30轉(zhuǎn)/分，壓力為20 25kN，加工量為0.01 0.02mm。
步驟(4)中加工量為0. 003 0. 005mm。 本發(fā)明的優(yōu)勢在于①本發(fā)明提供了一種低振動值Si3N4陶瓷球加工工藝，使陶瓷球加工從滿足靜態(tài)性能指標(biāo)提升到以動態(tài)性能和質(zhì)量一致性為主的高度，符合軸承行業(yè)發(fā)展方向；②本發(fā)明所提供Si3N4陶瓷球成品，除達(dá)到或超過GB/T 308-2002中規(guī)定的G5級精度外，實(shí)測單球振動值達(dá)30dB 33dB，遠(yuǎn)小于JB/T 8923-1999中規(guī)定的單球振動Z3組的要求；③本發(fā)明全工序采用環(huán)保的水劑研磨液，符合國家產(chǎn)業(yè)政策；④本發(fā)明采用的Si3N4陶瓷球成品全部顯微外觀檢查，可有效保證成品陶瓷球質(zhì)量可靠性。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)施例以配套軸承H7004/HQ1P4的①6. 35mmSi3N4陶瓷球?yàn)槔?(1)粗磨陶瓷球放在循環(huán)機(jī)床上進(jìn)行粗磨加工，開始選用粒度為80#的碳化硅，
當(dāng)該工序加工尺寸剩余O. 15mm時(shí)換用W40碳化硅，磨劑為普通硬磨液和水，配比為1 : 1，
粗磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra為0. 4 ii m，球形誤差和批直徑變動量2 y m，轉(zhuǎn)速38轉(zhuǎn)/
分，壓力為35kN; (2)精磨精磨機(jī)床為立式鋼球研磨機(jī)，必須加裝鏟球板，磨料為W3. 5碳化硅微粉，磨劑為普通硬磨液和水，配比為1 : l，精磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra為O. lym，球形誤差和批直徑變動量0. 5 ii m，20轉(zhuǎn)/分，壓力為25kN，加工量為0. 06mm ;
(3)初研初研機(jī)床為立式大循環(huán)鋼球研磨機(jī)，采用3000#金剛石樹脂砂輪，磨劑為SZ-1樹脂砂輪水劑冷卻液，采用大循環(huán)鋼球研磨方式，初研加工后陶瓷球應(yīng)達(dá)到G5 G10級精度，轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分，壓力為25kN，加工量為0. 02mm; (4)拋光降噪拋光采用改造過的立式鋼球研磨機(jī)，磨料為Wl金剛石研磨膏，磨劑
為H-2000拋光精研液，加工量為0. 005mm，并進(jìn)行鋼球測振儀檢驗(yàn)陶瓷球振動，使用專用的
頻譜分析軟件分析測振儀導(dǎo)出的信號，陶瓷球振動值應(yīng)控制在30 33dB。 本實(shí)例加工的①6. 35mmSi3N4陶瓷球?qū)崪y主要性能指標(biāo)為公差等級符合
GB/T308-2002中G5級規(guī)定，陶瓷球單球振動加速度31. 5dB，軸承合套平均振動值
39. 3dB(60000r/min)。 實(shí)施例2 本實(shí)施例以配套軸承H7003/HQ1P4的。5. 556mmSi3N4陶瓷球?yàn)槔?br> (l)Si3N4陶瓷材料性能評價(jià)包括球坯外形、密度、硬度、內(nèi)部組織、孔隙度、壓碎載荷、斷裂韌性、表面缺陷、熒光探傷，其中上述指標(biāo)符合GJB 5332-2004的各項(xiàng)要求即可；
(2)粗磨陶瓷球放在循環(huán)機(jī)床上進(jìn)行粗磨加工，開始選用粒度為90#的立方氮化硼，當(dāng)該工序加工尺寸剩余0. lmm時(shí)換用W28立方氮化硼或氧化鋁，磨劑為普通硬磨液和水，配比為l : 2，粗磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra為0.4ym，球形誤差和批直徑變動量liim，其中轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分，壓力為30kN; (3)目視外觀檢測在粗磨工序后對球坯采用全部目視外觀，剔除粗加工造成的加工裂紋、凹(黑)坑、頂凹、環(huán)帶、破碎以及幾何精度超差等各類缺陷；
(4)精磨精磨機(jī)床為立式鋼球研磨機(jī)，必須加裝鏟球板，其中磨料為W5立方氮化硼或氧化鋁，磨劑為普通硬磨液和水，配比為1 : 2，精磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra為0. lym，球形誤差和批直徑變動量O. 4iim，其中30轉(zhuǎn)/分，壓力為20kN，加工量為0. 07mm ;
(5)初研初研機(jī)床為立式大循環(huán)鋼球研磨機(jī)，采用5000#金剛石樹脂砂輪，磨劑為SZ-1樹脂砂輪水劑冷卻液，采用大循環(huán)鋼球研磨方式，初研加工后陶瓷球應(yīng)達(dá)到G5 G10級精度，其中轉(zhuǎn)速25轉(zhuǎn)/分，壓力為20kN，加工量為O.Olmm; (6)拋光降噪拋光采用改造過立式鋼球研磨機(jī)，磨料為WO. 1金剛石研磨膏，磨劑
為H-2000拋光精研液，加工量為0. 003mm，并加入鋼球測振儀檢驗(yàn)陶瓷球振動，使用專用的
頻譜分析軟件分析測振儀導(dǎo)出的信號，陶瓷球振動值應(yīng)控制在30 33dB ; (7) Si3N4陶瓷球成品在的雙目變倍體視顯微鏡下，通過外觀檢查臺進(jìn)行全部顯微
外觀檢查，倍數(shù)10X 90X (根據(jù)觀察的部位選擇不同的倍數(shù))，通過與標(biāo)準(zhǔn)照片對照將材
料成形或燒結(jié)裂紋、氣孔、孔隙、疏松、偏析、雪花、夾雜及拋光加工造成的擦傷、劃傷等缺陷挑出。 本實(shí)例加工的①5. 556mmSi3N4陶瓷球?qū)崪y主要性能指標(biāo)為公差等級符合GB/T308-2002中G5級規(guī)定，陶瓷球單球振動加速度32dB，軸承合套平均振動值35. 4dB(60000r/min)。
權(quán)利要求
一種陶瓷球加工工藝，其特征在于所述的加工工藝包括以下步驟(1)粗磨對陶瓷材料進(jìn)行粗磨加工，加工時(shí)需先加入磨料及相應(yīng)的磨劑，使粗磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra≤0.4μm，球形誤差和批直徑變動量小于等于2μm；(2)精磨粗磨加工后的陶瓷球在加入磨料及相應(yīng)的磨劑后進(jìn)行精磨加工，使精磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra≤0.1μm，球形誤差和批直徑變動量小于0.5μm；(3)初研對精磨后的陶瓷球進(jìn)行初研加工，使初研加工后陶瓷球應(yīng)達(dá)到G5～G10級精度；(4)拋光對陶瓷球進(jìn)行降噪拋光處理，并檢測陶瓷球的振動值，將振動值控制在30～33dB。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷球加工工藝，其特征在于所述的步驟(1)之前還可以包括Si3N4陶瓷材料性能評價(jià)，具體評價(jià)的性能包括球坯外形、密度、硬度、內(nèi)部組織、 孔隙度、壓碎載荷、斷裂韌性、表面缺陷、熒光探傷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種陶瓷球加工工藝，其特征在于所述的步驟(1)之 后還可以包括目視外觀檢測，具體方法為在粗磨工序后對球坯采用全部目視外觀，剔除粗 加工造成的各類缺陷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種陶瓷球加工工藝，其特征在于所述的步驟(4)之后還 可以包括陶瓷球成品全部顯微外觀檢查，具體方法為在雙目變倍體視顯微鏡下，通過外觀 檢查臺進(jìn)行全部顯微外觀檢查。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種陶瓷球加工工藝，其特征在于步驟(1)中所述的磨料首先選用粒度為80 90#的立方氮化硼或碳化硅，當(dāng)留量為0. 1 0. 15mm時(shí)換用粒 度為W28 W40的立方氮化硼、碳化硅或氧化鋁磨料，所述的磨劑為普通硬磨液和水，二者配比為i : i i : 2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種陶瓷球加工工藝，其特征在于步驟(2)中所述的 磨料為W3. 5 W5的立方氮化硼、碳化硅或氧化鋁磨料，所述的磨劑為普通硬磨液和水，二 者配比為l : 1 1 : 2;步驟(3)中所述的磨具為3000 5000#金剛石樹脂砂輪，所述的 磨劑為SZ-1樹脂砂輪水劑冷卻液；步驟(4)中所述的磨料為W0. 1 Wl的金剛石研磨膏， 所述的磨劑為H-2000拋光精研液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種陶瓷球加工工藝，其特征在于步驟(1)中轉(zhuǎn)速為 30 38轉(zhuǎn)/分，壓力為30 35kN。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種陶瓷球加工工藝，其特征在于步驟(2)中轉(zhuǎn)速為 20 30轉(zhuǎn)/分，壓力為20 MkN，加工量為0. 06 0. 07咖。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種陶瓷球加工工藝，其特征在于步驟(3)中轉(zhuǎn)速為 25 30轉(zhuǎn)/分，壓力為20 25kN，加工量為0. 01 0. 02mm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種陶瓷球加工工藝，其特征在于步驟(4)中加工量 為0.003 0. 005mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷球加工工藝，包括對陶瓷球進(jìn)行粗磨、精磨、初研、拋光，還包括初始陶瓷材料的性能評測，粗磨后的全部目視外觀檢測，以及對陶瓷球成品的全部顯微外觀檢查。本發(fā)明的加工工藝使陶瓷球加工從滿足靜態(tài)性能指標(biāo)提升到以動態(tài)性能和質(zhì)量一致性為主的高度，符合軸承行業(yè)發(fā)展方向；對Si3N4陶瓷球成品實(shí)測單球振動值達(dá)30dB-33dB，遠(yuǎn)小于JB/T 8923-1999中規(guī)定的單球振動Z3組的要求；本發(fā)明全工序采用環(huán)保的水劑研磨液，符合國家產(chǎn)業(yè)政策；本發(fā)明采用Si3N4陶瓷球成品全部顯微外觀檢查，有效保證成品陶瓷球質(zhì)量可靠性。
文檔編號B24B11/00GK101733685SQ200910311209
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者于琦, 孔永剛, 孫永安, 張利娟, 張永乾, 張玲, 朱莉峰, 李縣輝, 王宇虹, 陳志軍 申請人:洛陽軸研科技股份有限公司