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《哈尔滨工业大学》 2007年
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陶瓷球双转盘研磨方式及成球机理的研究

吕冰海  
【摘要】: 20多年来,陶瓷球在混合轴承(陶瓷球滚珠、钢制滚圈)的应用中获得了很大成功。氮化硅等先进陶瓷具有密度小、硬度高、弹性模量高(刚度高)、耐磨损、热膨胀系数低、热稳定性和化学稳定性好、绝缘、无磁等极为优良的综合性能,被认为是目前制造喷气引擎和精密机床高速主轴等仪器设备中高速、高精度轴承滚动体的最佳材料。由于传统研磨加工方法的生产工艺受到人为因素的影响,一致性和稳定性较差,加工成本高,难以获得高球度的陶瓷球,使陶瓷球的应用仍受到限制。 为解决陶瓷球研磨加工过程中球面研磨不均匀、加工效率低、加工一致性差等问题,本文提出一种双转盘研磨方法,通过控制两块下研磨盘的转速组合,实现球坯表面研磨轨迹的均匀分布,使球坯表面获得均匀研磨,快速修正球形偏差,从而提高加工精度与加工效率。本文主要从研磨过程中球坯运动状态、球面研磨轨迹分布、研磨成球机理、陶瓷球面磨损及高效材料去除技术、研磨工艺分析及优化等几个方面对高精度陶瓷球的双转盘高效研磨方法进行研究。 针对研磨成球第一条件——切削等概率性,采用CCD观测记录球面标识点运动轨迹和球面研磨轨迹三维分布的计算机仿真相结合的方法研究的陶瓷球研磨过程中球面研磨轨迹的分布;建立研磨轨迹均匀性的评价方法,定量评价研磨轨迹的均匀程度,探讨双转盘研磨方式对研磨轨迹均匀性的满足程度和满足条件。 针对研磨成球第二条件——尺寸选择性,通过建立力学、运动学等模型分析研磨过程中球形误差修正、球坯直径的一致化以及球坯的滑动和碰撞等现象的形成机理,探讨加载方式、加工载荷的大小、球坯—研磨盘接触状态等因素对研磨成球过程的影响。 为掌握陶瓷球材料的去除机理,从磨粒磨损角度探讨研磨加工中不同加工条件下陶瓷球材料的去除形式,确定材料去除形式的转换点。通过材料去除形式与材料去除率的关系的分析,提出采用光固化树脂固结的微细金刚石固着磨料盘对陶瓷球进行研磨,以提高陶瓷球粗研阶段的材料去除率。 采用田口方法对陶瓷球的半精加工研磨工艺参数(加工载荷、磨料浓度和加工速度)进行优化,并讨论加工参数对加工结果的影响程度和影响规律,获得最佳的工艺参数组合。 采用以上研究结果,以?5mm陶瓷球为加工对象,在粗加工阶段采用固着磨料加工技术,实现陶瓷球毛坯加工余量的高效去除,保证粗加工阶段的加工效率;在半精加工以新型双转盘研磨方式保证球度及加工一致性;最终采用化学机械抛光加工技术,保证陶瓷球坯表面质量。加工后的陶瓷球成品球形偏差为0.05μm,表面粗糙度Ra 5nm,批直径误差0.10μm,达到G3级精度要求。同时总加工时间缩短为原来的1/2~1/3。初步实现了高精度陶瓷球的高效、高一致性的加工。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG580.6

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【引证文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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7 记者 杨秀娟通讯员 尤建宏;又黑又臭的沼液也能变清水[N];嘉兴日报;2008年
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7 袁廷璧;固体热载体与生物质半焦热交换实验研究[D];山东理工大学;2009年
8 刘焕卫;竖直管内陶瓷球和粉状生物质之间换热规律的研究[D];山东理工大学;2008年
9 陶宝春;陶瓷球双自转盘研磨方式转速优化及工艺实验研究[D];浙江工业大学;2006年
10 黄建平;精密陶瓷球双自转研磨方式下表面质量的研究[D];浙江工业大学;2008年
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