高精度陶瓷球的性能评价方法及其应用研究

2016-07-12周红练

大科技 2016年31期

关键词：陶瓷球氮化硅磨料

周红练

高精度陶瓷球的性能评价方法及其应用研究

周红练

（江西省工业陶瓷质量监督检验站 467099）

随着国防力度的加强，对于机械设备的零部件陶瓷球的质量也提出了更高的要求。为了确保陶瓷球的性能符合应用领域的需求，就需要对高精度陶瓷球的性能进行有效评价。本论文针对高精度陶瓷球的性能评价方法及其应用展开研究。

高精度；陶瓷球；性能；评价方法；应用

引言

现代的机械工业自动化方向发展，要求机械设备的零部件精度高、性能稳定，以保证机械设备安全可靠地运行。但是，目前国内市场中的陶瓷球材料质量无法保证，影响了陶瓷球材料的质量。要使机械设备中所安装的陶瓷球精度高，且能够保证其使用性能充分发挥，就要采用相应的评价方法。

1 高精度陶瓷球的性能评价方法

1.1 陶瓷球材料性能的评价

为了保证陶瓷球轴承制作中所使用的氮化硅材料有效地发挥其性能，就需要对材料的构成进行限定。其中所含有的氮化硅极限值要超过97%，游离硅的极限值要低于0.3%，碳元素的极限值要低于0.3%，铁元素的极限值要低于0.3%。在陶瓷球材料中还含有其他的杂质成分，极限值要低于0.02%。

由于陶瓷球在制造的过程中存在着差异，所使用的环境有所不同，对其中的主要材料氮化硅的要求也会有所不同。因此，根据所使用的材料以及应用范围对陶瓷球材料进行划分，高等级材料为Ⅰ类材料，其性能指标也相对较高；一般材料为Ⅱ类材料，可以发挥必要的材料性能；低等级材料为Ⅲ类材料，其性能指标也相对较低[1]。按照陶瓷球材料性能检测标准，要求陶瓷球中所含有的氮化硅材料要符合如下的评定标准，以保证其使用性能。

Ⅰ类陶瓷球材料中，氮化硅的密度要达到3.24±0.02g/cm3；显气孔率为0.02%；硬度为1450 HV10；断裂韧性为6.0Mpam1/2。Ⅱ类陶瓷球材料中，氮化硅的密度要小于0.02g/cm3；显气孔率为0.06%；硬度为1360 HV10；断裂韧性为5.0Mpam1/2。Ⅲ类陶瓷球材料中，氮化硅的密度要小于0.02g/cm3；显气孔率为0.06%；硬度为1316 HV10；断裂韧性为5.0Mpam1/2。

1.2 陶瓷球材料几何形状精度的评价

在国际标准GB/T308.2-2010中，针对陶瓷球的几何形状精度进行了详细规定。为了保证陶瓷球的几何形状符合要求，需要针对相关的评价方法进行分析。

对于不同等级的陶瓷球，其形状精度的误差情况都有所不同的规定。其中，G3陶瓷球体的直径的变动量为0.08μm；球批直径的变动量为0.13μm；球形误差为0.08μm；球体表面的粗糙度为0.01μm。G10陶瓷球体的直径的变动量为0.25μm；球批直径的变动量为0.25μm；球形误差为0.12μm；球体表面的粗糙度为0.013μm。G24陶瓷球体的直径的变动量为0.6μm；球批直径的变动量为1.2μm；球形误差为0.6μm；球体表面的粗糙度为0.03μm。G40陶瓷球体的直径的变动量为1μm；球批直径的变动量为2μm；球形误差为1μm；球体表面的粗糙度为0.05μm。

为了确保陶瓷球质量符合指标，可以对陶瓷球检测单粒的振动值，以能够根据所获得的检测指标作为陶瓷球质量的衡量标准。在检测陶瓷球的时候，处于相同的检测环境下，在进行振动值检测时，要对标准球与待测球之间针对检测结果进行比较，如果振动值没有超过28dB，就符合G5级陶瓷球标准。

2 陶瓷球的表面质量研究

加工高精度陶瓷球都是批量进行的，每一批可以达到5000～15000粒之多。在加工中需要对陶瓷球进行粗磨和精磨，之后进行粗研和精研。每一个加工环节都需要保证质量，使其符合规定的质量标准。

在进行陶瓷球的加工中，由于研磨介质的不同，对陶瓷球表面质量也会产生一定的影响。目前主要采用的研磨介质包括发挥切削作用的磨料以及确保切削均匀的磨基液[2]。通常而言，加工陶瓷球时所采用的磨料包括氧化铝、金刚石、碳化硼以及碳化硅；研磨基液多为煤油、水以及机油等等。

对高精度陶瓷球进行加工的时候，粗磨加工环节，所使用的加工设备为磨球机，使用的磨料为粗质的超硬磨料，研磨基液为油基或者是水基研磨液，以硬度HB大于230的铸铁磨球板为磨球板，磨球盘的运转速度为48～170r/min，压力大约为2～3MPa，要求去除量比较大，而且具有很高的加工效率。精磨加工环节，所使用的加工设备为研磨机，使用的磨料为细质的超硬磨料，研磨基液为油基或者是水基研磨液，以硬度HB介于210～240之间的铸铁研磨板为磨球板，磨球盘的运转速度为48～120r/min，压力大约为2～3MPa，要求去除量比较小，而且具有较低的加工效率[3]。粗研加工环节，所使用的加工设备为研磨机，使用的磨料为细质的复合磨料，研磨基液为油基或者是水基研磨液，以硬度HB介于190～220之间的铸铁研磨板为磨球板，磨球盘的运转速度为25`60r/min，压力大约为1.5～2.5MPa，要求去除量比较小，而且具有较低的加工效率。精研加工环节，所使用的加工设备为精研机，使用的磨料为非常细的复合磨料，研磨基液为油基或者是水基研磨液，以硬度HB介于190～220之间的铸铁研磨板为磨球板，磨球盘的运转速度为15～30r/min，压力大约为1～2.5MPa，要求去除量比较大，而且具有较低的加工效率。