本發(fā)明主要屬于機械加工領(lǐng)域，具體涉及一種超小型氮化硅精磨加工參數(shù)測定儀及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷家族中重要一員的氮化硅陶瓷，之所以在近二三十年來受到如此青睞和重視，在于其具有優(yōu)良的物理和化學(xué)特性，例如，高硬度、高溫穩(wěn)定性和優(yōu)良抗磨損性能。這些特性使氮化硅在工業(yè)方面被廣泛應(yīng)用，如：氮化硅陶瓷軸承，已用于精密機床、汽車、航空發(fā)動機、化工儀器、核工業(yè)等重要領(lǐng)域。

si3n4屬于難以加工的硬脆材料，在應(yīng)用中遇到很多問題，如外形加工、表面粗糙度、尺寸精度等。為了使氮化硅材料在機械零件應(yīng)用上與其他機械零件達到很好的配合，因此必須解決其精加工問題，特別是光潔度、精度等問題。

根據(jù)近20年的有關(guān)文獻檢索可知，不論是專用的精密磨床加工設(shè)備或精磨參數(shù)及摩擦磨損參數(shù)測定裝置均未見有報道。

如何高效高精度地對氮化硅進行機械加工，以及相應(yīng)的加工磨削參數(shù)測定，在工業(yè)上沒有統(tǒng)一設(shè)備。目前氮化硅機械加工多采用磨床進行研磨，該方法設(shè)備投資大，對氮化硅研磨參數(shù)測定不方便，數(shù)據(jù)不精確，噪聲大，耗電，不環(huán)保等。另外氮化硅材料在應(yīng)用過程中與其他材料接觸過程中及摩擦磨損特性參數(shù)直接影響其應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種針對超硬材料，特別是si3n4材料的超小型摩擦磨損參數(shù)及研磨加工參數(shù)測定設(shè)備。能夠滿足測定不同種類的研磨砂輪（金屬基結(jié)合的金剛石砂輪、玻璃基結(jié)合的金剛石砂輪等）在不同的研磨速度，不同的研磨壓力下對si3n4材料及各種陶瓷材料或各種超硬合金的磨削速度、表面粗糙度及精度等參數(shù)。同時可以測定氮化硅材料與其他材料表面對偶摩擦運動時的摩擦磨損參數(shù)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種精磨加工參數(shù)測定儀，所述測定儀包括可調(diào)速電機、砂輪、試樣、加載系統(tǒng)；

可調(diào)速電機帶動砂輪轉(zhuǎn)動，試樣表面與砂輪相接觸，加載系統(tǒng)調(diào)節(jié)試樣表面與砂輪間的壓力及試樣表面相對砂輪的進刀量；

所述測定儀適用于小尺寸的試樣，其直徑為5-14mm，高為3-15mm。

進一步地，所述加載系統(tǒng)包括帶有可調(diào)進刀量的加載杠桿和砝碼；所述帶有可調(diào)進刀量的加載杠桿為由螺旋測微儀的軸桿構(gòu)成的一個杠桿，加載的砝碼通過杠桿力矩比的距離對試樣與砂輪接觸面進行加壓；所述螺旋測微儀的軸桿的一端沿軸桿中心處設(shè)置有一個與試樣外形尺寸相同的管狀凹槽，試樣安放在其中，在管狀底部設(shè)有小孔，以保證螺旋測微器中軸自由推進。試樣進刀量用螺旋測微儀微動給進螺旋推進，其精度可達千分之五。

進一步地，所述測定儀還包括水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)根據(jù)在不同轉(zhuǎn)速，不同壓力下研磨面發(fā)熱量不同，定量供水。如：加工條件為在15000r/mim，5kg/cm²載荷下，供水量為3ml/s；加工條件為在25000r/min，5kg/cm²載荷下，供水量為10ml/s。使水流直接噴灑在試樣與砂輪接觸面上，從而達到降溫的效果。

進一步地，杠桿的支點與試樣砂輪接觸面在一個垂直線上，以消除在磨削過程中產(chǎn)生的摩擦力對試樣正壓的影響。

進一步地，砝碼為累計加重的細鋼球，加載時可以通過控制細鋼球的數(shù)量精確控制試樣與砂輪接觸面的壓力。

進一步地，可調(diào)速電機帶動金剛石砂輪高速旋轉(zhuǎn)時，試樣表面與砂輪切削表面始終保持垂直。

進一步地，可調(diào)速電機轉(zhuǎn)速可達0~30000r/min，功率440w，工作電壓220v，頻率50/60hz。

進一步地，砂輪為金屬基結(jié)合金剛石砂輪或玻璃基結(jié)合金剛石砂輪，直徑為20-30mm，厚6-15mm，粒度采用：80-150目a類粗磨，100-250目b類中細磨，150-320目c類精磨。

一種精磨加工參數(shù)測定方法，所述方法采用上述測定儀，測量過程中通過可調(diào)速電機帶動砂輪轉(zhuǎn)動，通過調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)控制試樣與砂輪間壓力恒定，同時控制進刀量進行研磨，達到規(guī)定的研磨時間后，取出試樣進行白光干涉儀測定被測試樣表面的粗糙度。

通過調(diào)節(jié)砂輪的種類、可調(diào)速電機的轉(zhuǎn)速、試樣與砂輪間壓力測量不同砂輪、轉(zhuǎn)速或壓力情況下研磨后的試樣表面粗糙度。

一種材料摩擦磨損性能測量方法，所述方法采用上述測量儀，砂輪改為試樣的對偶材料，通過可調(diào)速電機帶動對偶材料轉(zhuǎn)動，通過調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)控制試樣與砂輪間壓力恒定，同時控制進刀量進行研磨，在一定的摩擦運轉(zhuǎn)時間后分別測量試樣及對偶材料表面的粗糙度及試樣的磨損量；

對偶材料的形狀為圓棒或輪狀的鋼軸。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

(1)該設(shè)備屬于超小型，測量便捷，進給量精度高，加載準確，相比大型磨床轉(zhuǎn)速快，更節(jié)能環(huán)保。

(2)本發(fā)明不僅適用于磨削氮化硅，也適用于其他難以加工的硬脆陶瓷材料和硬質(zhì)金屬。

附圖說明

圖1、實施例1一種精磨加工參數(shù)測定儀示意圖；

圖2、實施例2中170/200目砂輪磨削氮化硅陶瓷磨痕二維圖；

圖3、實施例2中170/200目砂輪磨削氮化硅陶瓷磨痕三維圖；

圖4、實施例3中230/270目砂輪磨削氮化硅陶瓷磨痕二維圖；

圖中，1.可調(diào)速電機、2.砂輪、3.柱狀si3n4試樣、4.水冷系統(tǒng)、5.砝碼、6.加載杠桿。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。

實施例1

一種小型精磨加工參數(shù)測定儀，所述測定儀包括可調(diào)速電機1、砂輪2、試樣3、加載系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)（定量儲水器2000ml、流量調(diào)節(jié)閥、輸送導(dǎo)管），在研磨過程中，冷卻水通過輸送導(dǎo)管連續(xù)噴灑在研磨表面。

試樣為小型柱狀si3n4，但材料不限于si3n4可為各種陶瓷材料或各種超硬合金，小型柱狀si3n4試樣是生產(chǎn)廠家用si3n4粉末經(jīng)1450度高壓氣壓燒結(jié)制成，其相對密度為98.2%，維氏硬度為1500kg/mm²，試樣直徑為5-14mm，高度為3-15mm。

可調(diào)速電機1為直徑64.2mm，長300mm的微型高速電機，轉(zhuǎn)速可達0~30000r/min，功率440w，工作電壓220v，頻率50/60hz。

砂輪2是按規(guī)定特制的直徑為20-30mm，厚6-15mm的金屬基結(jié)合的金剛石砂輪或玻璃基結(jié)合的金剛石砂輪，采用金剛石粒度分別為：a類80-150目粗磨，b類100-250目中細磨，c類150-320精磨。

其中金屬基結(jié)合砂輪是以663青銅粉65%質(zhì)量為主，另加少量1-3%鉻鐵粉與不同粒度金剛石顆?；旌蠠釅簾Y(jié)制成，玻璃基結(jié)合的金剛石砂輪是中溫玻璃粉75%質(zhì)量與不同粒度金剛石顆?；旌蠠釅簾Y(jié)制成。

可調(diào)速電機1帶動砂輪2轉(zhuǎn)動，試樣3表面與砂輪2相接觸，加載系統(tǒng)調(diào)節(jié)試樣3表面與砂輪2間的壓力及試樣3表面相對砂輪2的進刀量；其中小型柱狀si3n4試樣安放在特制的可以精確控制千分之五進刀量的試樣套管中，其進刀量可以用螺旋測微儀微動給進螺旋推進。加載系統(tǒng)是由螺旋測微儀的軸桿構(gòu)成的一個杠桿，加載的砝碼5通過杠桿力矩比3:1的距離對試樣與砂輪接觸面進行加壓，其中杠桿的支點與試樣砂輪接觸面在一個垂直線上，以消除在磨削過程中產(chǎn)生的摩擦力對試樣正壓的影響。砝碼5為累計加重的細鋼球，加載時可以通過控制細鋼球的數(shù)量精確控制試樣與砂輪接觸面的壓力。當(dāng)微型可調(diào)速高速電機1帶動金剛石砂輪2高速旋轉(zhuǎn)時，試樣3表面與砂輪切削表面始終保持垂直。在研磨過程中隨著試樣的研磨，可以通過杠桿連續(xù)不斷地對試樣進行恒定的加壓，進而可以測定試樣在恒定轉(zhuǎn)速恒定壓力下的精磨加工參數(shù)。

水冷系統(tǒng)根據(jù)在不同轉(zhuǎn)速，不同壓力下研磨面發(fā)熱量不同，定量供水。如：加工條件為在15000r/mim，5kg/cm²載荷下，供水量為3ml/s；加工條件為在25000r/min，5kg/cm²載荷下，供水量為10ml/s。使水流直接噴灑在試樣與砂輪接觸面上，從而達到降溫的效果。

進一步地，杠桿的支點與試樣砂輪接觸面在一個垂直線上，以消除在磨削過程中產(chǎn)生的摩擦力對試樣正壓的影響。

本實施例測定儀可用于在短時間內(nèi)快速測量出不同種類的研磨砂輪金屬基結(jié)合的金剛石砂輪、玻璃基結(jié)合的金剛石砂輪等在不同的研磨速度，不同的研磨壓力下對si3n4材料及各種陶瓷材料或各種超硬合金的磨削速度、并借助白光干涉儀測量試樣表面粗糙度及精度等參數(shù)。

同時，實施例測定儀可用于測定試樣材料與其他材料表面對偶摩擦運動時的摩擦磨損參數(shù)。將砂輪2改為試樣的對偶材料，通過可調(diào)速電機1帶動對偶材料轉(zhuǎn)動，通過調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)控制試樣與砂輪2間壓力恒定，同時控制進刀量進行研磨，在一定的摩擦運轉(zhuǎn)時間后分別測量試樣及對偶材料表面的粗糙度及試樣的磨損量；

對偶材料的形狀為圓棒或輪狀的鋼軸。

實施例2：

利用實施例1的測定儀采用相對密度為98.2%，維氏硬度為1500kg/mm²，氣壓燒結(jié)的氮化硅材料在不同研磨條件下測量其表面粗糙度。加工條件為在15000r/min，5kg/cm²載荷下，供水量為3ml/s情況下，采用金剛石粒度170/200（25%）目的玻璃基結(jié)合的金剛石砂輪研磨，得出其表面粗糙度平均為1135nm。170/200目砂輪磨削氮化硅陶瓷磨痕二維圖如圖2所示。170/200目砂輪磨削氮化硅陶瓷磨痕三維圖如圖3所示。

實施例3：

本實施例與實施例2的區(qū)別在于，

加工條件為在25000r/min，5kg/cm²載荷下，供水量為10ml/s情況下，采用金剛石粒度230/270（25%）目的玻璃基結(jié)合的金剛石砂輪研磨，得出其表面粗糙度平均為688nm。230/270目砂輪磨削氮化硅陶瓷磨痕二維圖如圖4所示。