工程陶瓷螺紋加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工程陶瓷螺紋加工方法，根據(jù)精密模具機(jī)械部件的使用需要，選擇合適工程陶瓷材料：氧化鋯高韌性、高硬度；氧化鋁高硬度、耐高溫；氮化硅耐高溫、線膨脹系數(shù)小、低比重。對工程陶瓷的粗坯進(jìn)行平面粗加工；用電木做工裝D固定工件C，使用金剛石粗磨頭B，在高速CNC上固定后，加上冷卻液E，粗磨內(nèi)腔及螺紋的內(nèi)孔工件C后，再使用精加工磨頭精加工內(nèi)腔和內(nèi)孔，換上磨螺紋專用磨頭B，根據(jù)孔及磨頭尺寸、螺紋的尺寸，設(shè)計(jì)控制合適轉(zhuǎn)速和合理的進(jìn)刀，采用縱磨加工法，和自動換磨頭，進(jìn)行依順序磨螺紋1，2，3，4。從而實(shí)現(xiàn)精度高，有形位公差要求的，多螺紋，批量螺紋的制作。
【專利說明】工程陶瓷螺紋加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工工藝，具體涉及一種工程陶瓷螺紋加工方法。
[0002]

【背景技術(shù)】
工程陶瓷如氧化鋯、氮化硅、氧化鋁等，具有耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、不導(dǎo)磁不導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)，作為精密機(jī)械模具中核心部件有許多優(yōu)點(diǎn)，但工程陶瓷又是超高硬度、脆性高的材料，其硬度為HRA88-93，抗彎強(qiáng)度300_1200MPa。加工到較高精度來符合機(jī)械模具的核心部件非常困難，特別是需要螺紋和精密孔型與螺紋加工，一直未能找到很好辦法，現(xiàn)有的加工螺紋方法主要有坯料預(yù)制法和鑲嵌法、仿形法但這三種方法都有明顯弱點(diǎn):
1.精度差:由于工程陶瓷經(jīng)高溫?zé)啤?400-1750°C，其收縮率從10-25%，燒制出來產(chǎn)品變形較大，所以坯料預(yù)制法出來單螺孔公差+/-0.1，多孔的形位公差甚至0.5也不能保證，且只能做M5以上的孔牙。鑲嵌法、仿形法單螺紋精度還成，而協(xié)及多螺紋，其精度也無法保證。
2.影響坯體的強(qiáng)度，采用鑲嵌法的螺孔，其必須鉆更大的孔，這往往影響工程陶瓷產(chǎn)品的強(qiáng)度，在精密模具機(jī)械部件中有許多位置限制。這大大限制了工程陶瓷的使用。
3.鑲嵌法的螺孔，由于鑲?cè)氲臑殇摶蚱渌猩饘伲掖蠖鄶?shù)硬度低、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、不耐高溫、不耐酸堿，這樣令使用工程陶瓷的功能大幅降低。
[0003]4.成本較高，時間較長。無論是坯料預(yù)制法和鑲嵌法、仿形法，都是人手操作，需要熟練工人，比如鑲嵌法M6的牙，從畫線，鉆孔、金屬攻牙、線割螺牙、粘膠、鑲?cè)肼菅馈⒛テ剑昂蠊ば蛑辽?0分鐘機(jī)間長、成功率不足80%。
5、仿形法，只能做外螺紋、內(nèi)螺紋，特別是細(xì)小螺紋無法完成，而協(xié)及多個有形位公差要求+/-0.02的外內(nèi)螺紋無法加工。
[0004]6、只能單件生產(chǎn)，無法批量和大規(guī)模的生產(chǎn)。坯料預(yù)制法和鑲嵌法、仿形法只能是人工操作，無法滿足現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的要求。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于:針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種直接在工程陶瓷上加工工程陶瓷螺紋方法。
(1)根據(jù)模具機(jī)械部件的需要，選擇工程陶瓷粗坯種類，氧化鋯高韌性、高硬度、氧化鋁高硬度、耐高溫、氮化硅耐高溫、線膨脹系數(shù)小、低密度的產(chǎn)品；
(2)對工程陶瓷的粗坯進(jìn)行粗加工；粗坯留有0.5-2.5mm的加工余量；粗加工后留
0.05-0.15精加工量；
(3)通過螺紋大徑、小徑、牙距、牙型半角、螺紋旋合長度相關(guān)的參數(shù)，設(shè)計(jì)螺紋磨頭頭型，而磨頭長度相關(guān)到高度磨削的穩(wěn)定性與精度，在許可的情況下，盡量減短磨頭的長度，通常控制在50以內(nèi)；磨孔磨頭設(shè)計(jì)半圓形，主要因?yàn)樘沾傻拇嘈裕谌氲稌r往往較易碰崩入口位。在金剛砂的粒度上，與磨削精度相關(guān)較大，在+/-0.02的情況下，粗細(xì)常采用120-180# ；
(4)將經(jīng)過粗加工的陶瓷工件放在CNC設(shè)備上裝夾好，由于工程陶瓷屬脆硬材料，裝夾時可采用電木板銑下產(chǎn)品的型腔，按使用的要求一個或多個，把工程陶瓷粗加工的工件放進(jìn)型腔內(nèi)再用塑料壓板壓上四個角，防止工程陶瓷崩裂；工程陶瓷的楊氏模量約200-400GPa，介于鋼100_200GPa與硬質(zhì)合金(或鎢鋼)450GPa以上之間，裝夾的力的大小應(yīng)介于鋼與硬質(zhì)合金(或鎢鋼)之間，這在高精度螺紋加工中，更顯重要。
[0006](5)選用高速數(shù)控銑床進(jìn)行磨孔。磨孔時，根據(jù)磨頭的大小，磨砂的粗細(xì)來控制合適的轉(zhuǎn)速，各個方向的進(jìn)給量和移動速度。我們的機(jī)型精雕機(jī)，磨頭的直徑DIA2.0-30MM，轉(zhuǎn)速 32000-8000R/MIN，
進(jìn)給深度Z方向0.05-0.2/TIME,平面X，Y方向0.1-0.2/TIME,移動速度0.1-0.2/S，加上冷卻液，約3-6MIN即可成粗加工孔，換上精加工磨頭，進(jìn)給X、Y方向0.01，1-3ΜΙΝ即可完成，
(6)采用同一高速數(shù)控銑床，換上螺紋用磨頭，加上冷卻液、采用縱加工法進(jìn)行磨螺紋加工；同樣根據(jù)磨頭的直徑和磨砂的粗細(xì)程度來控制合理轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、移動速度。轉(zhuǎn)速為20000-30000R/MIN,
平面X，Y方向0.1-0.5/--ΜΕ，移動速度0.1-0.3/S，加上冷卻液，約3-10ΜΙΝ即可成磨螺紋；
(7)完成螺紋I后，依次按程序進(jìn)入螺紋2，3，4，和下一件工件的螺紋的磨削.因磨頭磨損和質(zhì)量不同，在磨頭的自動切換時，可在單件測試時計(jì)算出合適的時間，而在控制好一定計(jì)算好換磨頭的時間。
[0007]本發(fā)明工程陶瓷螺紋加工方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.精度高，一致性好。單個螺紋質(zhì)量好，基本沒有爛牙現(xiàn)象。多個以上的螺紋基本保持一致性，特別協(xié)及有
形位公差要求較高(+/-0.02)的多個螺紋保證良好的一致性
2.適用各種外螺紋、內(nèi)螺紋、異形螺紋，和各種規(guī)格的螺紋加工。
[0008]3.成本低,效率高,適合批量生產(chǎn)。
[0009]4.使用方便，與其其它孔型一起加工。
[0010]本發(fā)明能解決工程陶瓷精密結(jié)構(gòu)件多孔和多螺紋的問題，所加工出來的螺紋，完全符合機(jī)械螺紋的要求，多個螺紋的中心距可控制在+/-0.02，也可借鑒本加工方法，解決工程陶瓷精密加工問題。孔與孔形位公差精度+/-0.01，孔的精度可達(dá)0.005，光潔度Ra0.2，從而使工程陶瓷可以變?yōu)榕c普通金屬一樣加工的材料，從而大大提高工程陶瓷的工業(yè)中使用，特別是精密模具、精密機(jī)械部件、醫(yī)療器械、精密電子部件、精密儀器部件、耐高溫部件、航天航空部件、化工石油部件的廣泛應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是一個需要加工四個螺紋孔10的工程陶瓷滑板工件立體圖；
圖2是加工圖1螺孔的加工過程示意圖。
[0012]圖中:D是裝夾用工具、A是機(jī)床主軸、B是粗加工磨頭和細(xì)加工磨頭、E是冷卻管、C是加工工件。

【具體實(shí)施方式】
[0013]結(jié)合附圖1、2，詳細(xì)說明陶瓷滑板螺紋加工方法為例，
采用如下步驟:
(I)根據(jù)機(jī)械模具部件的需要，選擇合適工程陶瓷粗坯種類。工程陶瓷都具有高硬度、耐磨損、耐腐蝕特性,在選擇材料的種類時,先考慮使用的條件,條件的重要性來大體地選擇，然后重點(diǎn)放在差異性來定具體材料，如氧化鋯高韌性、高硬度、氧化鋁高硬度、耐高溫、氮化硅耐高溫、線膨脹系數(shù)小、低密度的產(chǎn)品。本實(shí)例選用的是Zr02+Y203，工程陶瓷性能如附表一所示；主要考慮本應(yīng)用除了考慮工程陶瓷共性，高硬度、耐磨損外，還著重要求其韌性和顏色。
[0014](2)對工程陶瓷的粗坯進(jìn)行粗加工各大平面；粗坯留有0.5-2.5mm的加工余量；粗加工后留0.05-0.15精加工量；如果加工高精度產(chǎn)品，粗加工后請?jiān)谧匀画h(huán)境下應(yīng)力釋放一段時間，因?yàn)樘沾芍谱鳛楦邷責(zé)疲瑹瞥鰜淼漠a(chǎn)品內(nèi)部存在較多應(yīng)力。
[0015](3)通過螺紋大徑、小徑、牙距、牙型半角、螺紋旋合長度相關(guān)的參數(shù)，設(shè)計(jì)螺紋磨頭頭型，而磨頭長度相關(guān)到高度磨削的穩(wěn)定性與精度，在許可的情況下，盡量減短磨頭的長度，通常控制在50以內(nèi)；磨孔磨頭設(shè)計(jì)半圓形，主要因?yàn)樘沾傻拇嘈裕谌氲稌r往往較易碰崩入口位。在金剛石磨頭至于螺紋與孔的關(guān)系可參考以下表五，而金剛石粒度采用180#，精磨頭采用粒度400# ；
(4)將經(jīng)過粗加工的陶瓷工件放在CNC設(shè)備上裝夾好，由于工程陶瓷屬脆硬材料，裝夾時可采用電板來固定，如圖2中所示的D工具；防止工程陶瓷崩裂；另外盡管工程陶瓷的較硬材料，其楊氏模量在200-400GPa之量，而一般的鋼材(steel)在100_200GPa，鎢鋼(tungsten carbide)400GPa以上,所以在加工時,裝夾的方式和力量的大小會嚴(yán)重影響其精度，特別在高精密加工的時候。建議在裝夾位置盡量別讓外力傳輸至加工位置，而力量的大小與裝夾鋼材與鎢鋼之間。
[0016](5)選用高速數(shù)控銑床進(jìn)行磨孔。磨孔時，根據(jù)磨頭的大小，磨砂的粗細(xì)來控制合適的轉(zhuǎn)速，各個方向的進(jìn)給量和移動速度；機(jī)型是精雕機(jī)，磨內(nèi)腔粗磨采用直徑DIA6X40, 180#,精磨采用直徑DIA6X40，400#，磨M3處孔磨頭采用直徑DIA1.5X35，轉(zhuǎn)速32000R/MIN,進(jìn)給深度Z方向0.05/TIME,平面X，Y方向0.2/TIME,移動速度0.15/S，加上冷卻液，約3MIN即可成粗加工孔DIA2.28，而磨削內(nèi)型腔粗精加工，約10MIN完成，；
(6)采用同一高速數(shù)控銑床，換上螺紋用磨頭，加上冷卻液、采用縱加工法進(jìn)行磨螺紋加工；同樣根據(jù)磨頭的直徑和磨砂的粗細(xì)程度來控制合理轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、移動速度。28000R/MIN，平面X，Y方向0.2/--ΜΕ，移動速度0.15/S，加上冷卻液，約3ΜΙΝ左右即可完成M3內(nèi)螺紋I。
[0017](7)、完成四個螺紋孔10中的一個后，再依次按程序進(jìn)入螺紋孔2，3，4的加工，下一件工件的螺紋的磨削.因磨頭磨損和質(zhì)量不同，在磨頭的自動切換時，可在單件測試時計(jì)算出合適的時間，而在控制好一定計(jì)算好換磨頭的時間。
[0018](8)轉(zhuǎn)入平面精加工工序進(jìn)行精加工后檢驗(yàn)入庫。
附表一:工程陶瓷性能表



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【權(quán)利要求】
1.一種工程陶瓷螺紋加工方法，通過金鋼石磨頭磨孔和專用金鋼石磨螺紋磨頭，在數(shù)控銑床上控制恰當(dāng)?shù)难b夾、合適的轉(zhuǎn)速，合理的進(jìn)刀，控制好粗精加工工序，來達(dá)到磨螺紋目的；其特征在于:包括如下步驟: (1)根據(jù)機(jī)械模具部件的需要，選擇合適工程陶瓷粗坯種類，氧化鋯高韌性、高硬度； 氧化鋁高硬度、耐高溫；氮化硅耐高溫、線膨脹系數(shù)小、低比重的產(chǎn)品； (2)對工程陶瓷的粗坯進(jìn)行粗加工；粗坯留有0.5-2.5mm的加工余量；粗加工后留 .0.05-0.15精加工量； (3)制作磨孔所需規(guī)格的金鋼石粗磨頭精磨頭，磨頭選用電鍍法，金剛砂粒度粗磨頭選用120-180#，精加工磨頭選用320-800# ； 通過螺紋大徑、小徑、牙距、牙型半角、螺紋旋合長度相關(guān)的參數(shù)，設(shè)計(jì)螺紋磨頭，磨頭使用金剛石電鍍磨頭，金剛砂的粒度常采用120-180# ； (4)將經(jīng)過粗加工的陶瓷工件放在CNC設(shè)備上裝夾好，由于工程陶瓷屬脆硬材料，裝夾時可采用電木板，防止工程陶瓷崩裂； (5)選用高速數(shù)控銑床，磨孔時:轉(zhuǎn)速18000-30000R/MIN，進(jìn)給深度Y方向0.2/TIME,平面X，Z方向0.05/TIME,移動速度0.1/S，加上冷卻液，約3-6MIN即可成粗加工孔，換上精加工磨頭，進(jìn)給X、Z方向0.01，1-3MIN即可完成； (6)采用同一高速數(shù)控銑床，換上螺紋用磨頭，轉(zhuǎn)速為20000-30000R/MIN，平面X，Y方向0.2/--ΜΕ，移動速度0.15/S，加上冷卻液，采用縱加工法，進(jìn)行磨螺紋加工，約3MIN左右即可完成螺紋加工；可根據(jù)磨頭的磨損情況，重復(fù)走刀1-2，確保螺紋完成； (7)完成螺紋I后，依次按程序進(jìn)入螺紋2，3，4.因磨頭磨損和質(zhì)量不同，在磨頭的自動切換時，可在單件測試時計(jì)算出合適的時間，而在控制好一定計(jì)算好換磨頭的時間； (8)轉(zhuǎn)入精加工工序進(jìn)行精加工后檢驗(yàn)入庫。
【文檔編號】B24B5/36GK104128851SQ201410308879
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】楊旭強(qiáng) 申請人:東莞市夏陽精密鎢鋼有限公司