周紅練

高精度陶瓷球的性能評價方法及其應(yīng)用研究

周紅練

（江西省工業(yè)陶瓷質(zhì)量監(jiān)督檢驗站 467099）

隨著國防力度的加強(qiáng)，對于機(jī)械設(shè)備的零部件陶瓷球的質(zhì)量也提出了更高的要求。為了確保陶瓷球的性能符合應(yīng)用領(lǐng)域的需求，就需要對高精度陶瓷球的性能進(jìn)行有效評價。本論文針對高精度陶瓷球的性能評價方法及其應(yīng)用展開研究。

高精度；陶瓷球；性能；評價方法；應(yīng)用

引言

現(xiàn)代的機(jī)械工業(yè)自動化方向發(fā)展，要求機(jī)械設(shè)備的零部件精度高、性能穩(wěn)定，以保證機(jī)械設(shè)備安全可靠地運(yùn)行。但是，目前國內(nèi)市場中的陶瓷球材料質(zhì)量無法保證，影響了陶瓷球材料的質(zhì)量。要使機(jī)械設(shè)備中所安裝的陶瓷球精度高，且能夠保證其使用性能充分發(fā)揮，就要采用相應(yīng)的評價方法。

1 高精度陶瓷球的性能評價方法

1.1 陶瓷球材料性能的評價

為了保證陶瓷球軸承制作中所使用的氮化硅材料有效地發(fā)揮其性能，就需要對材料的構(gòu)成進(jìn)行限定。其中所含有的氮化硅極限值要超過97%，游離硅的極限值要低于0.3%，碳元素的極限值要低于0.3%，鐵元素的極限值要低于0.3%。在陶瓷球材料中還含有其他的雜質(zhì)成分，極限值要低于0.02%。

由于陶瓷球在制造的過程中存在著差異，所使用的環(huán)境有所不同，對其中的主要材料氮化硅的要求也會有所不同。因此，根據(jù)所使用的材料以及應(yīng)用范圍對陶瓷球材料進(jìn)行劃分，高等級材料為Ⅰ類材料，其性能指標(biāo)也相對較高；一般材料為Ⅱ類材料，可以發(fā)揮必要的材料性能；低等級材料為Ⅲ類材料，其性能指標(biāo)也相對較低[1]。按照陶瓷球材料性能檢測標(biāo)準(zhǔn)，要求陶瓷球中所含有的氮化硅材料要符合如下的評定標(biāo)準(zhǔn)，以保證其使用性能。

Ⅰ類陶瓷球材料中，氮化硅的密度要達(dá)到3.24±0.02g/cm3；顯氣孔率為0.02%；硬度為1450 HV10；斷裂韌性為6.0Mpam1/2。Ⅱ類陶瓷球材料中，氮化硅的密度要小于0.02g/cm3；顯氣孔率為0.06%；硬度為1360 HV10；斷裂韌性為5.0Mpam1/2。Ⅲ類陶瓷球材料中，氮化硅的密度要小于0.02g/cm3；顯氣孔率為0.06%；硬度為1316 HV10；斷裂韌性為5.0Mpam1/2。

1.2 陶瓷球材料幾何形狀精度的評價

在國際標(biāo)準(zhǔn)GB/T308.2-2010中，針對陶瓷球的幾何形狀精度進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。為了保證陶瓷球的幾何形狀符合要求，需要針對相關(guān)的評價方法進(jìn)行分析。

對于不同等級的陶瓷球，其形狀精度的誤差情況都有所不同的規(guī)定。其中，G3陶瓷球體的直徑的變動量為0.08μm；球批直徑的變動量為0.13μm；球形誤差為0.08μm；球體表面的粗糙度為0.01μm。G10陶瓷球體的直徑的變動量為0.25μm；球批直徑的變動量為0.25μm；球形誤差為0.12μm；球體表面的粗糙度為0.013μm。G24陶瓷球體的直徑的變動量為0.6μm；球批直徑的變動量為1.2μm；球形誤差為0.6μm；球體表面的粗糙度為0.03μm。G40陶瓷球體的直徑的變動量為1μm；球批直徑的變動量為2μm；球形誤差為1μm；球體表面的粗糙度為0.05μm。

為了確保陶瓷球質(zhì)量符合指標(biāo)，可以對陶瓷球檢測單粒的振動值，以能夠根據(jù)所獲得的檢測指標(biāo)作為陶瓷球質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)。在檢測陶瓷球的時候，處于相同的檢測環(huán)境下，在進(jìn)行振動值檢測時，要對標(biāo)準(zhǔn)球與待測球之間針對檢測結(jié)果進(jìn)行比較，如果振動值沒有超過28dB，就符合G5級陶瓷球標(biāo)準(zhǔn)。

2 陶瓷球的表面質(zhì)量研究

加工高精度陶瓷球都是批量進(jìn)行的，每一批可以達(dá)到5000～15000粒之多。在加工中需要對陶瓷球進(jìn)行粗磨和精磨，之后進(jìn)行粗研和精研。每一個加工環(huán)節(jié)都需要保證質(zhì)量，使其符合規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

在進(jìn)行陶瓷球的加工中，由于研磨介質(zhì)的不同，對陶瓷球表面質(zhì)量也會產(chǎn)生一定的影響。目前主要采用的研磨介質(zhì)包括發(fā)揮切削作用的磨料以及確保切削均勻的磨基液[2]。通常而言，加工陶瓷球時所采用的磨料包括氧化鋁、金剛石、碳化硼以及碳化硅；研磨基液多為煤油、水以及機(jī)油等等。

對高精度陶瓷球進(jìn)行加工的時候，粗磨加工環(huán)節(jié)，所使用的加工設(shè)備為磨球機(jī)，使用的磨料為粗質(zhì)的超硬磨料，研磨基液為油基或者是水基研磨液，以硬度HB大于230的鑄鐵磨球板為磨球板，磨球盤的運(yùn)轉(zhuǎn)速度為48～170r/min，壓力大約為2～3MPa，要求去除量比較大，而且具有很高的加工效率。精磨加工環(huán)節(jié)，所使用的加工設(shè)備為研磨機(jī)，使用的磨料為細(xì)質(zhì)的超硬磨料，研磨基液為油基或者是水基研磨液，以硬度HB介于210～240之間的鑄鐵研磨板為磨球板，磨球盤的運(yùn)轉(zhuǎn)速度為48～120r/min，壓力大約為2～3MPa，要求去除量比較小，而且具有較低的加工效率[3]。粗研加工環(huán)節(jié)，所使用的加工設(shè)備為研磨機(jī)，使用的磨料為細(xì)質(zhì)的復(fù)合磨料，研磨基液為油基或者是水基研磨液，以硬度HB介于190～220之間的鑄鐵研磨板為磨球板，磨球盤的運(yùn)轉(zhuǎn)速度為25`60r/min，壓力大約為1.5～2.5MPa，要求去除量比較小，而且具有較低的加工效率。精研加工環(huán)節(jié)，所使用的加工設(shè)備為精研機(jī)，使用的磨料為非常細(xì)的復(fù)合磨料，研磨基液為油基或者是水基研磨液，以硬度HB介于190～220之間的鑄鐵研磨板為磨球板，磨球盤的運(yùn)轉(zhuǎn)速度為15～30r/min，壓力大約為1～2.5MPa，要求去除量比較大，而且具有較低的加工效率。

3 總結(jié)

綜上所述，在機(jī)械設(shè)備的零部件中，陶瓷球被安裝于精密儀器設(shè)備上。陶瓷球作為機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)零部件，所采用的是陶瓷材料。這種材料被廣泛地應(yīng)用于精密機(jī)械設(shè)備中，對其性能進(jìn)行評價以保證其發(fā)揮應(yīng)用價值。

[1]張永乾，吳朝陽.我國鋼球加工工藝設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].軸承，2011（04）：59～62.

[2]姚蔚峰.雙盤自轉(zhuǎn)球體研磨方式成球過程的仿真研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2011.

[3]王永威.滾動軸承摩擦學(xué)失效機(jī)理及研究現(xiàn)狀[J].煤礦機(jī)械，2012，33（09）：3～5.

TQ174.1

A

1004-7344（2016）31-0313-01

2016-10-18