CN101107096A

CN101107096A - 打磨陶瓷球体的方法和装置

Info

Publication number: CN101107096A
Application number: CNA2006800031662A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·珀奇; 瓦尔特·卡; 迈克尔·豪贝特; 卡尔-奥托·施托克; 马尔科·韦伯
Original assignee: GUILLEAUME WERK GmbH
Current assignee: GUILLEAUME WERK GmbH
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2008-01-16
Also published as: US7722440B2; RU2007126372A; EP1893384A1; JP2008528304A; WO2006079444A1; US20080171492A1; JP5294637B2; EP1893384B1; RU2396160C2; DE102005004038A1; PL1893384T3; KR20070100904A; BRPI0607081A2

Abstract

本发明涉及一种在球磨机中打磨陶瓷球体的方法。该方法是特别合理的，因为打磨是采用含有结合在人造树脂结合剂中的金刚石研磨颗粒的砂轮来进行的。

Description

打磨陶瓷球体的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种打磨陶瓷球体的方法和装置。

背景技术

所谓陶瓷球体，在本专利申请中应理解为是由诸如氧化物陶瓷、碳化物、氮化硅、宝石和半宝石(Halbedelstein)的陶瓷材料构成的球体，但是也可以是由玻璃构成。

打磨陶瓷球体以获得较低表面粗糙度和较高品质等级的过程，迄今通常采用如用于加工金属球体的设备进行。并且，从本质上说陶瓷球体不是被打磨，而是被磨光。在对金属球体进行加工时首先是粗磨，接着是用结合有研磨颗粒的砂轮进行细磨，并且然后可能用呈浆糊状的研磨颗粒来实施磨光，而陶瓷球体则并不用砂轮进行加工，而是经由整体的磨蚀工序来磨光。存在于研磨膏中的研磨颗粒在此通常是金刚石。

这一过程在工艺上是极难进行的，因为磨蚀效率停留在每天最大100μm的数量级。所要实现的球体直径为0.2-0.4mm的磨蚀量对应不均匀界面层的厚度，并且部分地要在几天的加工时间内才能实现。另外，在磨光之后陶瓷球体会由于粘附的研磨膏而受到很大玷污。该研磨膏在传统的清洗球体的方法中部分地很难除去。当用松动的金刚石颗粒磨光时，两个金属盘的磨损是极高的。最后，非常高的金刚石消耗量也会造成整个方法的成本显著增加。因此，结果使得陶瓷球体的应用只能特别地局限于那些成本并不重要的球轴承领域内。

在美国专利文献US 6,171,179 B1中记载了一种改善经济性的方案。其中所推荐的研磨机中设计了一种具有电解结合的研磨颗粒的砂轮。固定的导向盘具有一定数量的导向环，并且各个单独受到水压，从而保证陶瓷球体对砂轮尽可能均匀的作用。实际上该装置是不能实施的。可以推测，所述砂轮的耐用度过低。

日本专利申请JP 05042467 A中公开了一种用于抛光氮化硅球体的方法，其中使用了具有5-60体积百分比的平均颗粒直径为0.01-3μm的Cr₂O₃研磨颗粒的抛光轮。从表面的磨蚀速度方面看，球体的加工是非常微小的。在一个试验中，获得60μm的磨蚀量要50个小时，也就是说约1μm每小时。第二个试验中所得到的表面粗糙度为Ra＝0.005μm。其中也推荐用金刚石代替一部分Cr₂O₃的该方法适于获得很高的表面质量，但是打磨陶瓷球体的磨蚀效率却还是一如既往地不令人满意。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种打磨陶瓷球体的方法和装置，使得可能更为经济地制造具有所需品质和颗粒直径分散度(Streuung)小的陶瓷球体。

该任务可通过一种具有权利要求1所述特征的方法和具有权利要求9所述特征的装置来解决。

因为采用含有在人造树脂结合剂中的研磨颗粒的砂轮来进行打磨，其中所述研磨颗粒包括大于50％的金刚石和小于5％的Cr₂O₃，所以在砂轮或研磨层(Schleifbelag)磨损很小的条件下即能实现很高的磨蚀效率。研磨颗粒不含Cr₂O₃，并且特别地研磨颗粒由纯粹的金刚石构成时是有利的。而且，相对于最接近的现有技术可以达到接近十倍的磨蚀效率，而平均表面粗糙度比现有技术中高10个系数。研磨颗粒的金刚石含量大于50％，特别是大于90％并且尤其优选研磨颗粒由100％的金刚石构成。

有利的是人造树脂结合剂是热压的酚醛树脂结合剂或聚酰亚胺结合剂，且优选孔容积接近零。

砂轮具有优选D181(根据FEPA-标准，平均颗粒直径＝181μm)至D2(平均颗粒直径＝2μm)的粒度，其中对于粗磨可使用D181至D25的粒度，而对于细磨则优选粒度为D15至D2。

当砂轮作为研磨层而固定在支撑盘上，特别是粘合在支撑盘上时，其在使用中经过很微小的变形。当加入作为冷却润滑剂的珩磨油(Honl)时，磨损会进一步降低。

本发明的另一个实施方式设计将两个砂轮用于Stone-to-Stone方法中，其中特别地，两个砂轮基本上是结构相同的。

因为在采用含有结合金刚石研磨颗粒的砂轮来打磨陶瓷球体的本发明装置中，设计使砂轮含有人造树脂结合剂，特别是热压的酚醛树脂结合剂，所以上述方法是可行的。而且，所述砂轮可以粘合在支撑盘上，以便促进过程压力(verfahrensdruck)下的机械稳定性并且将制备砂轮的材料消耗减少到最低限度。

根据本发明，含有在人造树脂结合剂中的金刚石研磨颗粒的砂轮还用于打磨陶瓷球体，特别在如同已知的用于打磨金属球体的传统的球磨机中。

附图说明

以下根据附图以及根据三个实施例来阐述本发明。附图示出：

图1：用于打磨球体的且具有砂轮和垂直驱动轴的装置；和

图2：以Stone-to-Stone方法来打磨球体且具有垂直轴的装置。

具体实施方式

图1中图示了具有垂直驱动轴的机器上的球体打磨的原理。图1概略的显示了用于打磨球体的装置的俯视图和侧视图。而且，固定的导向盘1优选由铸钢构成。导向盘1在其底边上具有环绕的导向槽，其中导入许多待打磨的球体2。从底边过来，在支撑盘3上设置位于其上的研磨层3a，该层通过驱动轴旋转。设计球体的入口和出口4来装载和卸载所述装置。

图2显示了类似于图1中所示的研磨机。在该研磨机中，固定的导向板1同样设置有研磨层1a，并且该层设置在旋转的支撑盘3的研磨层3a的对面。待打磨的球体2设置在两个研磨层1a和3a之间。

为进行研磨，在两个实施方式中都从上侧对固定的导向盘1施加压力P。支撑板3通过驱动装置旋转，使得球体2在导向槽中滚动。所述导向槽的不同区域内的速度差异引起研磨层相对于陶瓷球体表面的相对运动。于是，位于研磨层内的研磨颗粒导致球体表面磨损并由此改善了表面质量和球体形状。

因此，本发明的方法既可以在具有垂直驱动轴的球磨机上实施也可以在具有水平驱动轴的球磨机上实施。

在研磨过程中，添加珩磨油作为冷却润滑剂，其一方面用来环绕冲洗研磨颗粒和陶瓷球体，另一方面也能将从砂轮表面脱落的研磨颗粒、结合剂颗粒和球体磨屑运送走，从而使得后者不会粘附在球体表面并对研磨过程起到消极影响。

以下根据三个试验实施例来描述利用本发明方法所获得的效果。

在试验1-3中采用直径为200mm且厚度为4mm的砂轮。砂轮粘合在钢制的支撑盘上。添加生产商ML Lubrication GmbH的珩磨油EMOL^-O-HON 920NV作为冷却润滑剂。压板由钢制成并且具有五个环绕的槽。研磨在具有垂直轴的研磨机上进行，无储料槽(Magazin)。

试验1：

对初始尺寸为5.96mm至6.03mm的圆形氧化锆(ZrO₂)球体进行加工。批料中约有140个球体。所得到的最终尺寸为5.50mm。打磨时间为4小时的时候，磨蚀量为504μm。因此，磨蚀效率为约125μm每小时。砂轮中的槽深度在试验结束后为0.5mm。

试验2：

对初始尺寸为5.72mm×5.25mm的桶形ZrO₂球体进行加工。批料中总共包括300个坯件(Rohlinge)。最终尺寸为5.15mm。打磨时间为3.75小时的时候，平均磨蚀量为570μm。对应的平均磨蚀效率为152μm每小时。砂轮中的槽深度在试验结束后为0.94mm。

试验3：

对初始尺寸为从5.34mm的氮化硅(Si₃N₄)球体进行加工。批料中有300个坯件。最终尺寸为5.16mm。打磨时间为3.5小时的时候，平均磨蚀量为180μm。平均磨蚀效率为51μm每小时。砂轮中的槽深度在试验结束后为1.10mm。

所述的槽深度是基于同一个砂轮，因为在所有三个试验中连续使用同一个砂轮。因此，试验2开始即已经有0.5mm的槽深，而试验3则开始即有0.94mm的槽深。因此，举例来说在试验3中槽深度只是扩大了0.16mm。

试验4：

对初始尺寸为6.12mm的氮化硅(Si₃N₄)球体进行加工。在试验中总共加工340件。研磨时间为9个小时。所达到的最终尺寸为5.956mm。这对应9小时的打磨时间内磨蚀量高达120μm。所获得的表面粗糙度Ra为0.05μm至0.06μm。

试验表明，即使在槽深度很小的情况下也已能达到很好的磨蚀效率。一般来说，在球体打磨时磨蚀在槽深为球体直径的约20％时开始。通常，在如上述三个试验中槽深度很小的情况下，球体几何形状也是相对较差的。但三个试验的结果表明，即使在砂轮内的槽深度很小的条件下也已经能获得很高的磨蚀量、很好的圆度和极好的直径分散度。砂轮的磨损相比于很高的磨蚀量来说是很小的。值得注意的是，对试验2中长的、桶形的坯件同样也能如圆形球体坯件那样进行很好的加工。

砂轮或粘合在支撑盘上的研磨层的良好的磨蚀效率和很小的磨损都要归因于研磨颗粒的人造树脂结合剂。这种结合与现有技术的电解结合不同，其能保证研磨颗粒在结合剂基体中的弹性运动很微小。在比如通过特别硬的陶瓷球体产生的最大负荷时，由于这种弹性，研磨颗粒可以在显微镜尺度内发生位置偏差。砂轮的耐用度由此而显著提高。同样，因为在球体在打磨工序中在砂轮内形成槽，磨蚀效率也得到了改善。槽的深度相对较小。但是其大于电解结合的砂轮，而后者实际上不能形成槽。

最后，对于金属支撑盘上电解结合的金刚石研磨颗粒来说，可以预计到，结合的损坏会导致整个结合区域的断裂并因此导致砂轮发生故障，而对于人造树脂结合的砂轮来说，由于其自锐机理而情况不同。

结果是，经过打磨的球体在其圆度和直径分散度方面是非常好的。磨蚀效率比已知方法中的磨蚀效率高了至少一个数量级。表面粗糙度则只是在一种情况下进行了测量。这里，可以设计在粗磨和细磨之后再设置一个磨光过程。

用于打磨陶瓷球体的新方法和新装置不仅实现了获得良好磨蚀结果的同时还有很高的磨蚀效率，而且也实现了一种符合现代合理方法的研磨机的应用。因此，可以例如使用用以导入球体的储料槽。冷却润滑剂的使用也起到了技术上控制研磨过程的作用，并允许连接相应的过滤装置，由此可以使得所述方法非常有利于环境。研磨后球体的清洁也特别简单并且可以在传统的球体清洗机内进行，因为并没有产生对于打磨来说典型的研磨膏的粘结情况。

Claims

1.一种在球磨机中打磨由诸如氧化物陶瓷、碳化物、氮化硅、宝石和半宝石的陶瓷材料和/或玻璃构成的球体的方法，其特征在于，用含有在人造树脂结合剂中的研磨颗粒的砂轮(3a)来进行打磨，且所述的研磨颗粒包括大于50％的金刚石构成和小于5％的Cr₂O₃。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述研磨颗粒包括大于90％的金刚石。

3.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述研磨颗粒100％由金刚石构成。

4.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述人造树脂结合剂是热压的酚醛树脂结合剂或聚酰亚胺结合剂。

5.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将钢制盘或铸铁盘用作导向盘(1)。

6.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述砂轮(3a)具有D181至D2的粒度。

7.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述砂轮(3a)固定于支撑盘(3)上。

8.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，添加珩磨油或研磨乳液作为冷却润滑剂。

9.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将两个砂轮(3a，1a)用于Stone-to-Stone方法中。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，两个砂轮(3a，1a)基本上是结构相同的。

11.一种用具有结合的金刚石研磨颗粒的砂轮来打磨由诸如氧化物陶瓷、碳化物、氮化硅、宝石和半宝石的陶瓷材料和/或玻璃构成的球体的装置，其特征在于，所述砂轮(3a)具有人造树脂结合剂，特别是热压的酚醛树脂结合剂。

12.根据权利要求11的装置，其特征在于，将砂轮(3a)固定于支撑盘(3)上。

13.具有在人造树脂结合剂中的金刚石研磨颗粒的砂轮(3a)用于打磨由诸如氧化物陶瓷、碳化物、氮化硅、宝石和半宝石的陶瓷材料和/或玻璃构成的球体的用途。