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精密陶瓷球双自转研磨方式下表面质量的研究

黄建平  
【摘要】: 氮化硅(Si_3N_4)陶瓷球(热压或热等静压成型)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、绝缘、无磁等极为优良的综合性能,被认为是目前制造高速、高精度轴承滚动体的最佳材料。表面质量是陶瓷球的重要性能指标之一,直接影响了陶瓷球轴承的工作寿命、精度、噪音等工作性能。本文主要对Si_3N_4陶瓷球在研磨过程中的表面质量及其影响因素、表面质量工艺优化方法进行了研究。 为掌握不同研磨条件下,陶瓷球表面材料去除形式对表面形貌的影响,本文从磨粒磨损角度探讨研磨加工中球坯的材料去除。利用球一盘式陶瓷球单球磨损试验装置,对不同磨粒粒度、磨料浓度和压力条件下对氮化硅陶瓷球的磨损形式进行了研究,绘制了磨损模式图,并对磨损模式的转换点进行了计算,以确定不同研磨条件下,陶瓷球表面的基本形貌。 为确定不同研磨条件下陶瓷球的表面质量,本文通过试验研究的方法,检测了不同加工参数条件下,陶瓷球表面粗糙度、表面缺陷、残余应力等技术指标,发现研磨载荷对陶瓷瓷球的表面质量影响最大,较小的研磨压力有利于减小表面粗糙度、减少表面损伤,从而获得较好的表面质量。 为获得较好的表面质量,优化研磨工艺,本文采用“田口”方法,以表面粗糙度Ra和Rt对陶瓷球的研磨工艺参数(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。 为进一步提高陶瓷球的表面质量,减少表面损伤,本文对陶瓷球的化学机械抛光进行了研究,探讨了Si_3N_4陶瓷球化学机械抛光机理,采用XRD的方法对陶瓷球表面生产物进行了分析,验证了理论分析。最终采用化学机械抛光的方法对¢5mm Si_3N_4陶瓷球进行抛光,获得了表面粗糙度Ra 5nm的光滑少/无损伤表面。


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