專利名稱：打磨陶瓷球體的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種打磨陶瓷球體的方法和裝置。
背景技術：
所謂陶瓷球體，在本專利申請中應理解為是由諸如氧化物陶瓷、碳
化物、氮化硅、寶石和半寶石(Halbedelstein)的陶瓷材料構成的球體， 但是也可以是由玻璃構成。
打磨陶瓷球體以獲得較低表面粗糙度和較高品質等級的過程，迄今 通常采用如用于加工金屬球體的設備進行。并且，從本質上說陶瓷球體 不是被打磨，而是被磨光。在對金屬球體進行加工時首先是粗磨，接著 是用結合有研磨顆粒的砂輪進行細磨，并且然后可能用呈漿糊狀的研磨 顆粒來實施磨光，而陶瓷球體則并不用砂輪進行加工，而是經由整體的 磨蝕工序來磨光。存在于研磨骨中的研磨顆粒在此通常是金剛石。
這一過程在工藝上是極難進行的，因為磨蝕效率停留在每天最大 100pm的數量級。所要實現的球體直徑為0.2-0.4mm的磨蝕量對應不均 勻界面層的厚度，并且部分地要在幾天的加工時間內才能實現。另外， 在磨光之后陶瓷球體會由于粘附的研磨骨而受到很大玷污。該研磨骨在 傳統的清洗球體的方法中部分地很難除去。當用松動的金剛石顆粒磨光 時，兩個金屬盤的磨損是極高的。最后，非常高的金剛石消耗量也會造 成整個方法的成本顯著增加。因此，結果使得陶瓷球體的應用只能特別 地局限于那些成本并不重要的球軸承領域內。
在美國專利文獻US 6,171,179 Bl中記載了一種改善經濟性的方案。 其中所推薦的研磨機中設計了一種具有電解結合的研磨顆粒的砂輪。固 定的導向盤具有一定數量的導向環，并且各個單獨受到水壓，從而保證 陶瓷球體對砂輪盡可能均勻的作用。實際上該裝置是不能實施的。可以 推測，所述砂輪的耐用度過低。
日本專利申請JP 05042467 A中公開了 一種用于拋光氮化硅球體的 方法，其中使用了具有5-60體積百分比的平均顆粒直徑為0.01-3nm的 0203研磨顆粒的拋光輪。從表面的磨蝕速度方面看，球體的加工是非 常微小的。在一個試驗中，獲得60nm的磨蝕量要50個小時，也就是 說約lnm每小時。第二個試驗中所得到的表面粗糙度為Ra=0.005nm。 其申也推薦用金剛石代替一部分0"203的該方法適于獲得很高的表面質 量，但是打磨陶瓷球體的磨蝕效率卻還是一如既往地不令人滿意。

發明內容
因此，本發明的任務在于提供一種打磨陶瓷球體的方法和裝置，使 得可能更為經濟地制造具有所需品質和顆粒直徑分散度(Streuung)小 的陶瓷球體。
該任務可通過一種具有權利要求1所述特征的方法和具有權利要求 9所述特征的裝置來解決。
因為采用含有在人造樹脂結合劑中的研磨顆粒的砂輪來進行打磨， 其中所述研磨顆粒包括大于50%的金剛石和小于5%的Cr203，所以在 砂輪或研磨層(Schldfbelag)磨損很小的條件下即能實現很高的磨蝕效 率。研磨顆粒不含0203，并且特別地研磨顆粒由純粹的金剛石構成時 是有利的。而且，相對于最接近的現有技術可以達到接近十倍的磨蝕效 率，而平均表面粗糙度比現有技術中高IO個系數。研磨顆粒的金剛石 含量大于50% ，特別是大于90%并且尤其優選研磨顆粒由100%的金剛 石構成。
有利的是人造樹脂結合劑是熱壓的酚醛樹脂結合劑或聚酰亞胺結 合劑，且優選孔容積接近零。
砂輪具有優選D181 (根據FEPA-標準，平均顆粒直徑=181^im)至 D2 (平均顆粒直徑-2nm)的粒度，其中對于粗磨可使用D181至D25 的粒度，而對于細磨則優選粒度為D15至D2。
當砂輪作為研磨層而固定在支撐盤上，特別是粘合在支撐盤上時， 其在使用中經過很微小的變形。當加入作為冷卻潤滑劑的珩磨油 (Hon61)時，磨損會進一步降低。
本發明的另一個實施方式設計將兩個砂輪用于Stone-to-Stone方法 中，其中特別地，兩個砂輪基本上是結構相同的。
因為在采用含有結合金剛石研磨顆粒的砂輪來打磨陶瓷球體的本 發明裝置中，設計使砂輪含有人造樹脂結合劑，特別是熱壓的酚醛樹脂 結合劑，所以上述方法是可行的。而且，所述砂輪可以粘合在支撐盤上， 以便促進過程壓力(verfahrensdruck)下的機械穩定性并且將制備砂輪 的材料消耗減少到最低限度。
根據本發明，含有在人造樹脂結合劑中的金剛石研磨顆粒的砂輪還 用于打磨陶瓷球體，特別在如同已知的用于打磨金屬球體的傳統的球磨 機中。


以下根據附圖以及根據三個實施例來闡述本發明。附圖示出 圖1:用于打磨球體的且具有砂輪和垂直驅動軸的裝置；和 圖2:以Stone-to-Stone方法來打磨球體且具有垂直軸的裝置。
具體實施例方式
圖1中圖示了具有垂直驅動軸的機器上的球體打磨的原理。圖l概 略的顯示了用于打磨球體的裝置的俯視圖和側視圖。而且，固定的導向 盤l優選由鑄鋼構成。導向盤l在其底邊上具有環繞的導向槽，其中導 入許多待打磨的球體2。從底邊過來，在支撐盤3上設置位于其上的研 磨層3a，該層通過驅動軸旋轉。設計球體的入口和出口 4來裝載和卸載 所述裝置。
圖2顯示了類似于圖1中所示的研磨機。在該研磨機中，固定的導 向板1同樣設置有研磨層la，并且該層設置在旋轉的支撐盤3的研磨層 3a的對面。待打磨的球體2設置在兩個研磨層la和3a之間。
為進行研磨，在兩個實施方式中都從上側對固定的導向盤l施加壓 力P。支撐板3通過驅動裝置旋轉，使得球體2在導向槽中滾動。所述 導向槽的不同區域內的速度差異引起研磨層相對于陶瓷球體表面的相
對運動。于是，位于研磨層內的研磨顆粒導致球體表面磨損并由此改善 了表面質量和球體形狀。
因此，本發明的方法既可以在具有垂直驅動軸的球磨機上實施也可 以在具有水平驅動軸的球磨機上實施。
在研磨過程中，添加珩磨油作為冷卻潤滑劑，其一方面用來環繞沖 洗研磨顆粒和陶瓷球體，另一方面也能將從砂輪表面脫落的研磨顆粒、 結合劑顆粒和球體磨屑運送走，從而使得后者不會粘附在球體表面并對 研磨過程起到消極影響。
以下根據三個試驗實施例來描述利用本發明方法所獲得的效果。
在試驗1-3中采用直徑為200mm且厚度為4mm的砂輪。砂輪粘合 在鋼制的支撐盤上。添加生產商ML Lubrication GmbH的珩磨油 EMOL -0-HON 920 NV作為冷卻潤滑劑。壓板由鋼制成并且具有五個 環繞的槽。研磨在具有垂直軸的研磨機上進行，無儲料槽(Magazin)。
試驗l:
對初始尺寸為5.96mm至6.03mm的圓形氧化鋯(Zr02)球體進行 加工。批料中約有140個球體。所得到的最終尺寸為5.50mm。打磨時 間為4小時的時候，磨蝕量為504nm。因此，磨蝕效率為約125jim每 小時。砂輪中的槽深度在試驗結束后為0.5mm。
試驗2:
對初始尺寸為5.72mm x 5.25mm的桶形Zr02球體進行加工。批料 中總共包括300個坯件(Rohlinge)。最終尺寸為5.15mm。打磨時間為 3.75小時的時候，平均磨蝕量為57(Him。對應的平均磨蝕效率為152pm 每小時。砂輪中的槽深度在試驗結束后為0.94mm。
試驗3:
對初始尺寸為從5.34mm的氮化硅(Si3N》球體進行加工。批料中有 300個坯件。最終尺寸為5.16mm。打磨時間為3.5小時的時候，平均磨 蝕量為180nm。平均磨蝕效率為51pm每小時。妙、輪中的槽深度在試驗
結束后為1.10mm。
所述的槽深度是基于同一個砂輪，因為在所有三個試驗中連續使用 同一個砂輪。因此，試驗2開始即已經有0.5mm的槽深，而試驗3則 開始即有0.94mm的槽深。因此，舉例來說在試驗3中槽深度只是擴大 了 0.16mm。
試驗4:
對初始尺寸為6.12mm的氮化硅(Si3N》球體進行加工。在試驗中總 共加工340件。研磨時間為9個小時。所達到的最終尺寸為5.956mm。 這對應9小時的打磨時間內磨蝕量高達120jAm。所獲得的表面粗糙度 Ra為0.05阿至0.06拜。
試驗表明，即使在槽深度很小的情況下也已能達到很好的磨蝕效 率。 一般來說，在球體打磨時磨蝕在槽深為球體直徑的約20%時開始。 通常，在如上述三個試驗中槽深度很小的情況下，球體幾何形狀也是相 對較差的。但三個試驗的結果表明，即使在砂輪內的槽深度很小的條件 下也已經能獲得很高的磨蝕量、很好的圓度和極好的直徑分散度。砂輪 的磨損相比于很高的磨蝕量來說是很小的。值得注意的是，對試驗2中 長的、桶形的坯件同樣也能如圓形球體坯件那樣進行很好的加工。
砂輪或粘合在支撐盤上的研磨層的良好的磨蝕效率和很小的磨損 都要歸因于研磨顆粒的人造樹脂結合劑。這種結合與現有技術的電解結 合不同，其能保證研磨顆粒在結合劑基體中的彈性運動4艮微小。在比如 通過特別硬的陶瓷球體產生的最大負荷時，由于這種彈性，研磨顆粒可 以在顯微鏡尺度內發生位置偏差。砂輪的耐用度由此而顯著提高。同樣， 因為在球體在打磨工序中在妙、輪內形成槽，磨蝕效率也得到了改善。槽 的深度相對較小。但是其大于電解結合的砂輪，而后者實際上不能形成 槽。
最后，對于金屬支撐盤上電解結合的金剛石研磨顆粒來說，可以預 計到，結合的損壞會導致整個結合區域的斷裂并因此導致砂輪發生故 障，而對于人造樹脂結合的砂輪來說，由于其自銳機理而情況不同。
結果是，經過打磨的球體在其圃度和直徑分散度方面是非常好的。
磨蝕效率比已知方法中的磨蝕效率高了至少一個數量級。表面粗糙度則 只是在一種情況下進行了測量。這里，可以設計在粗磨和細磨之后再設 置一個磨光過程。
用于打磨陶瓷球體的新方法和新裝置不僅實現了獲得良好磨蝕結果的 同時還有4艮高的磨蝕效率，而且也實現了一種符合現代合理方法的研磨機 的應用。因此，可以例如使用用以導入球體的儲料槽。冷卻潤滑劑的使用 也起到了技術上控制研磨過程的作用，并允許連接相應的過濾裝置，由此 可以使得所述方法非常有利于環境。研磨后球體的清潔也特別簡單并且可 以在傳統的球體清洗機內進行，因為并沒有產生對于打磨來說典型的研磨 青的粘結情況。
權利要求
1、一種在球磨機中打磨由諸如氧化物陶瓷、碳化物、氮化硅、寶石和半寶石的陶瓷材料和/或玻璃構成的球體的方法，其特征在于，用含有在人造樹脂結合劑中的研磨顆粒的砂輪(3a)來進行打磨，且所述的研磨顆粒包括大于50％的金剛石構成和小于5％的Cr2O3。
2、 根據權利要求l的方法，其特征在于，所述研磨顆粒包括大于 90%的金剛石。
3、 根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，所述研磨顆 粒100%由金剛石構成。
4、 根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，所述人造樹 脂結合劑是熱壓的酴醛樹脂結合劑或聚酰亞胺結合劑。
5、 根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，將鋼制盤或 鑄鐵盤用作導向盤(l)。
6、 根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，所述砂輪(3a) 具有D181至D2的粒度。
7、 根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，所述砂輪(3a) 固定于支撐盤(3)上。
8、 根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，添加珩磨油 或研磨乳液作為冷卻潤滑劑。
9、 根據上述權利要求中任一項的方法，其特征在于，將兩個砂輪 (3a，la)用于Stone-to-Stone方法中。
10、 根據權利要求9的方法，其特征在于，兩個砂輪(3a，la)基本上 是結構相同的。
11、 一種用具有結合的金剛石研磨顆粒的砂輪來打磨由諸如氧化 物陶瓷、碳化物、氮化硅、寶石和半寶石的陶瓷材料和/或玻璃構成的 球體的裝置，其特征在于，所述砂輪(3a)具有人造樹脂結合劑，特別是 熱壓的酚醛樹脂結合劑。
12、 根據權利要求ll的裝置，其特征在于，將砂輪(3a)固定于支撐 盤(3)上。
13、 具有在人造樹脂結合劑中的金剛石研磨顆粒的砂輪(3a)用于打磨由諸如氧化物陶瓷、碳化物、氮化硅、寶石和半寶石的陶瓷材料和/ 或玻璃構成的球體的用途。
全文摘要
本發明涉及一種在球磨機中打磨陶瓷球體的方法。該方法是特別合理的，因為打磨是采用含有結合在人造樹脂結合劑中的金剛石研磨顆粒的砂輪來進行的。
文檔編號B24B11/00GK101107096SQ200680003166
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月6日 優先權日2005年1月27日
發明者卡爾-奧托·施托克, 瓦爾特·卡, 邁克爾·珀奇, 邁克爾·豪貝特, 馬爾科·韋伯 申請人:亞特蘭帝克有限責任公司