專利名稱：打磨陶瓷球體的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種打磨陶瓷球體的方法和裝置。
背景技術(shù)：
所謂陶瓷球體，在本專利申請中應(yīng)理解為是由諸如氧化物陶瓷、碳
化物、氮化硅、寶石和半寶石(Halbedelstein)的陶瓷材料構(gòu)成的球體， 但是也可以是由玻璃構(gòu)成。
打磨陶瓷球體以獲得較低表面粗糙度和較高品質(zhì)等級的過程，迄今 通常采用如用于加工金屬球體的設(shè)備進(jìn)行。并且，從本質(zhì)上說陶瓷球體 不是被打磨，而是被磨光。在對金屬球體進(jìn)行加工時(shí)首先是粗磨，接著 是用結(jié)合有研磨顆粒的砂輪進(jìn)行細(xì)磨，并且然后可能用呈漿糊狀的研磨 顆粒來實(shí)施磨光，而陶瓷球體則并不用砂輪進(jìn)行加工，而是經(jīng)由整體的 磨蝕工序來磨光。存在于研磨骨中的研磨顆粒在此通常是金剛石。
這一過程在工藝上是極難進(jìn)行的，因?yàn)槟ノg效率停留在每天最大 100pm的數(shù)量級。所要實(shí)現(xiàn)的球體直徑為0.2-0.4mm的磨蝕量對應(yīng)不均 勻界面層的厚度，并且部分地要在幾天的加工時(shí)間內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)。另外， 在磨光之后陶瓷球體會由于粘附的研磨骨而受到很大玷污。該研磨骨在 傳統(tǒng)的清洗球體的方法中部分地很難除去。當(dāng)用松動的金剛石顆粒磨光 時(shí)，兩個(gè)金屬盤的磨損是極高的。最后，非常高的金剛石消耗量也會造 成整個(gè)方法的成本顯著增加。因此，結(jié)果使得陶瓷球體的應(yīng)用只能特別 地局限于那些成本并不重要的球軸承領(lǐng)域內(nèi)。
在美國專利文獻(xiàn)US 6,171,179 Bl中記載了一種改善經(jīng)濟(jì)性的方案。 其中所推薦的研磨機(jī)中設(shè)計(jì)了一種具有電解結(jié)合的研磨顆粒的砂輪。固 定的導(dǎo)向盤具有一定數(shù)量的導(dǎo)向環(huán)，并且各個(gè)單獨(dú)受到水壓，從而保證 陶瓷球體對砂輪盡可能均勻的作用。實(shí)際上該裝置是不能實(shí)施的?？梢?推測，所述砂輪的耐用度過低。
日本專利申請JP 05042467 A中公開了 一種用于拋光氮化硅球體的 方法，其中使用了具有5-60體積百分比的平均顆粒直徑為0.01-3nm的 0203研磨顆粒的拋光輪。從表面的磨蝕速度方面看，球體的加工是非 常微小的。在一個(gè)試驗(yàn)中，獲得60nm的磨蝕量要50個(gè)小時(shí)，也就是 說約lnm每小時(shí)。第二個(gè)試驗(yàn)中所得到的表面粗糙度為Ra=0.005nm。 其申也推薦用金剛石代替一部分0"203的該方法適于獲得很高的表面質(zhì) 量，但是打磨陶瓷球體的磨蝕效率卻還是一如既往地不令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種打磨陶瓷球體的方法和裝置，使 得可能更為經(jīng)濟(jì)地制造具有所需品質(zhì)和顆粒直徑分散度(Streuung)小 的陶瓷球體。
該任務(wù)可通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的方法和具有權(quán)利要求 9所述特征的裝置來解決。
因?yàn)椴捎煤性谌嗽鞓渲Y(jié)合劑中的研磨顆粒的砂輪來進(jìn)行打磨， 其中所述研磨顆粒包括大于50%的金剛石和小于5%的Cr203，所以在 砂輪或研磨層(Schldfbelag)磨損很小的條件下即能實(shí)現(xiàn)很高的磨蝕效 率。研磨顆粒不含0203，并且特別地研磨顆粒由純粹的金剛石構(gòu)成時(shí) 是有利的。而且，相對于最接近的現(xiàn)有技術(shù)可以達(dá)到接近十倍的磨蝕效 率，而平均表面粗糙度比現(xiàn)有技術(shù)中高IO個(gè)系數(shù)。研磨顆粒的金剛石 含量大于50% ，特別是大于90%并且尤其優(yōu)選研磨顆粒由100%的金剛 石構(gòu)成。
有利的是人造樹脂結(jié)合劑是熱壓的酚醛樹脂結(jié)合劑或聚酰亞胺結(jié) 合劑，且優(yōu)選孔容積接近零。
砂輪具有優(yōu)選D181 (根據(jù)FEPA-標(biāo)準(zhǔn)，平均顆粒直徑=181^im)至 D2 (平均顆粒直徑-2nm)的粒度，其中對于粗磨可使用D181至D25 的粒度，而對于細(xì)磨則優(yōu)選粒度為D15至D2。
當(dāng)砂輪作為研磨層而固定在支撐盤上，特別是粘合在支撐盤上時(shí)， 其在使用中經(jīng)過很微小的變形。當(dāng)加入作為冷卻潤滑劑的珩磨油 (Hon61)時(shí)，磨損會進(jìn)一步降低。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式設(shè)計(jì)將兩個(gè)砂輪用于Stone-to-Stone方法 中，其中特別地，兩個(gè)砂輪基本上是結(jié)構(gòu)相同的。
因?yàn)樵诓捎煤薪Y(jié)合金剛石研磨顆粒的砂輪來打磨陶瓷球體的本 發(fā)明裝置中，設(shè)計(jì)使砂輪含有人造樹脂結(jié)合劑，特別是熱壓的酚醛樹脂 結(jié)合劑，所以上述方法是可行的。而且，所述砂輪可以粘合在支撐盤上， 以便促進(jìn)過程壓力(verfahrensdruck)下的機(jī)械穩(wěn)定性并且將制備砂輪 的材料消耗減少到最低限度。
根據(jù)本發(fā)明，含有在人造樹脂結(jié)合劑中的金剛石研磨顆粒的砂輪還 用于打磨陶瓷球體，特別在如同已知的用于打磨金屬球體的傳統(tǒng)的球磨 機(jī)中。


以下根據(jù)附圖以及根據(jù)三個(gè)實(shí)施例來闡述本發(fā)明。附圖示出 圖1:用于打磨球體的且具有砂輪和垂直驅(qū)動軸的裝置；和 圖2:以Stone-to-Stone方法來打磨球體且具有垂直軸的裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1中圖示了具有垂直驅(qū)動軸的機(jī)器上的球體打磨的原理。圖l概 略的顯示了用于打磨球體的裝置的俯視圖和側(cè)視圖。而且，固定的導(dǎo)向 盤l優(yōu)選由鑄鋼構(gòu)成。導(dǎo)向盤l在其底邊上具有環(huán)繞的導(dǎo)向槽，其中導(dǎo) 入許多待打磨的球體2。從底邊過來，在支撐盤3上設(shè)置位于其上的研 磨層3a，該層通過驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)球體的入口和出口 4來裝載和卸載 所述裝置。
圖2顯示了類似于圖1中所示的研磨機(jī)。在該研磨機(jī)中，固定的導(dǎo) 向板1同樣設(shè)置有研磨層la，并且該層設(shè)置在旋轉(zhuǎn)的支撐盤3的研磨層 3a的對面。待打磨的球體2設(shè)置在兩個(gè)研磨層la和3a之間。
為進(jìn)行研磨，在兩個(gè)實(shí)施方式中都從上側(cè)對固定的導(dǎo)向盤l施加壓 力P。支撐板3通過驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)，使得球體2在導(dǎo)向槽中滾動。所述 導(dǎo)向槽的不同區(qū)域內(nèi)的速度差異引起研磨層相對于陶瓷球體表面的相
對運(yùn)動。于是，位于研磨層內(nèi)的研磨顆粒導(dǎo)致球體表面磨損并由此改善 了表面質(zhì)量和球體形狀。
因此，本發(fā)明的方法既可以在具有垂直驅(qū)動軸的球磨機(jī)上實(shí)施也可 以在具有水平驅(qū)動軸的球磨機(jī)上實(shí)施。
在研磨過程中，添加珩磨油作為冷卻潤滑劑，其一方面用來環(huán)繞沖 洗研磨顆粒和陶瓷球體，另一方面也能將從砂輪表面脫落的研磨顆粒、 結(jié)合劑顆粒和球體磨屑運(yùn)送走，從而使得后者不會粘附在球體表面并對 研磨過程起到消極影響。
以下根據(jù)三個(gè)試驗(yàn)實(shí)施例來描述利用本發(fā)明方法所獲得的效果。
在試驗(yàn)1-3中采用直徑為200mm且厚度為4mm的砂輪。砂輪粘合 在鋼制的支撐盤上。添加生產(chǎn)商ML Lubrication GmbH的珩磨油 EMOL -0-HON 920 NV作為冷卻潤滑劑。壓板由鋼制成并且具有五個(gè) 環(huán)繞的槽。研磨在具有垂直軸的研磨機(jī)上進(jìn)行，無儲料槽(Magazin)。
試驗(yàn)l:
對初始尺寸為5.96mm至6.03mm的圓形氧化鋯(Zr02)球體進(jìn)行 加工。批料中約有140個(gè)球體。所得到的最終尺寸為5.50mm。打磨時(shí) 間為4小時(shí)的時(shí)候，磨蝕量為504nm。因此，磨蝕效率為約125jim每 小時(shí)。砂輪中的槽深度在試驗(yàn)結(jié)束后為0.5mm。
試驗(yàn)2:
對初始尺寸為5.72mm x 5.25mm的桶形Zr02球體進(jìn)行加工。批料 中總共包括300個(gè)坯件(Rohlinge)。最終尺寸為5.15mm。打磨時(shí)間為 3.75小時(shí)的時(shí)候，平均磨蝕量為57(Him。對應(yīng)的平均磨蝕效率為152pm 每小時(shí)。砂輪中的槽深度在試驗(yàn)結(jié)束后為0.94mm。
試驗(yàn)3:
對初始尺寸為從5.34mm的氮化硅(Si3N》球體進(jìn)行加工。批料中有 300個(gè)坯件。最終尺寸為5.16mm。打磨時(shí)間為3.5小時(shí)的時(shí)候，平均磨 蝕量為180nm。平均磨蝕效率為51pm每小時(shí)。妙、輪中的槽深度在試驗(yàn)
結(jié)束后為1.10mm。
所述的槽深度是基于同一個(gè)砂輪，因?yàn)樵谒腥齻€(gè)試驗(yàn)中連續(xù)使用 同一個(gè)砂輪。因此，試驗(yàn)2開始即已經(jīng)有0.5mm的槽深，而試驗(yàn)3則 開始即有0.94mm的槽深。因此，舉例來說在試驗(yàn)3中槽深度只是擴(kuò)大 了 0.16mm。
試驗(yàn)4:
對初始尺寸為6.12mm的氮化硅(Si3N》球體進(jìn)行加工。在試驗(yàn)中總 共加工340件。研磨時(shí)間為9個(gè)小時(shí)。所達(dá)到的最終尺寸為5.956mm。 這對應(yīng)9小時(shí)的打磨時(shí)間內(nèi)磨蝕量高達(dá)120jAm。所獲得的表面粗糙度 Ra為0.05阿至0.06拜。
試驗(yàn)表明，即使在槽深度很小的情況下也已能達(dá)到很好的磨蝕效 率。 一般來說，在球體打磨時(shí)磨蝕在槽深為球體直徑的約20%時(shí)開始。 通常，在如上述三個(gè)試驗(yàn)中槽深度很小的情況下，球體幾何形狀也是相 對較差的。但三個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果表明，即使在砂輪內(nèi)的槽深度很小的條件 下也已經(jīng)能獲得很高的磨蝕量、很好的圓度和極好的直徑分散度。砂輪 的磨損相比于很高的磨蝕量來說是很小的。值得注意的是，對試驗(yàn)2中 長的、桶形的坯件同樣也能如圓形球體坯件那樣進(jìn)行很好的加工。
砂輪或粘合在支撐盤上的研磨層的良好的磨蝕效率和很小的磨損 都要?dú)w因于研磨顆粒的人造樹脂結(jié)合劑。這種結(jié)合與現(xiàn)有技術(shù)的電解結(jié) 合不同，其能保證研磨顆粒在結(jié)合劑基體中的彈性運(yùn)動4艮微小。在比如 通過特別硬的陶瓷球體產(chǎn)生的最大負(fù)荷時(shí)，由于這種彈性，研磨顆?？?以在顯微鏡尺度內(nèi)發(fā)生位置偏差。砂輪的耐用度由此而顯著提高。同樣， 因?yàn)樵谇蝮w在打磨工序中在妙、輪內(nèi)形成槽，磨蝕效率也得到了改善。槽 的深度相對較小。但是其大于電解結(jié)合的砂輪，而后者實(shí)際上不能形成 槽。
最后，對于金屬支撐盤上電解結(jié)合的金剛石研磨顆粒來說，可以預(yù) 計(jì)到，結(jié)合的損壞會導(dǎo)致整個(gè)結(jié)合區(qū)域的斷裂并因此導(dǎo)致砂輪發(fā)生故 障，而對于人造樹脂結(jié)合的砂輪來說，由于其自銳機(jī)理而情況不同。
結(jié)果是，經(jīng)過打磨的球體在其圃度和直徑分散度方面是非常好的。
磨蝕效率比已知方法中的磨蝕效率高了至少一個(gè)數(shù)量級。表面粗糙度則 只是在一種情況下進(jìn)行了測量。這里，可以設(shè)計(jì)在粗磨和細(xì)磨之后再設(shè) 置一個(gè)磨光過程。
用于打磨陶瓷球體的新方法和新裝置不僅實(shí)現(xiàn)了獲得良好磨蝕結(jié)果的 同時(shí)還有4艮高的磨蝕效率，而且也實(shí)現(xiàn)了一種符合現(xiàn)代合理方法的研磨機(jī) 的應(yīng)用。因此，可以例如使用用以導(dǎo)入球體的儲料槽。冷卻潤滑劑的使用 也起到了技術(shù)上控制研磨過程的作用，并允許連接相應(yīng)的過濾裝置，由此 可以使得所述方法非常有利于環(huán)境。研磨后球體的清潔也特別簡單并且可 以在傳統(tǒng)的球體清洗機(jī)內(nèi)進(jìn)行，因?yàn)椴]有產(chǎn)生對于打磨來說典型的研磨 青的粘結(jié)情況。
權(quán)利要求
1、一種在球磨機(jī)中打磨由諸如氧化物陶瓷、碳化物、氮化硅、寶石和半寶石的陶瓷材料和/或玻璃構(gòu)成的球體的方法，其特征在于，用含有在人造樹脂結(jié)合劑中的研磨顆粒的砂輪(3a)來進(jìn)行打磨，且所述的研磨顆粒包括大于50％的金剛石構(gòu)成和小于5％的Cr2O3。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，所述研磨顆粒包括大于 90%的金剛石。
3、 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述研磨顆 粒100%由金剛石構(gòu)成。
4、 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述人造樹 脂結(jié)合劑是熱壓的酴醛樹脂結(jié)合劑或聚酰亞胺結(jié)合劑。
5、 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將鋼制盤或 鑄鐵盤用作導(dǎo)向盤(l)。
6、 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述砂輪(3a) 具有D181至D2的粒度。
7、 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述砂輪(3a) 固定于支撐盤(3)上。
8、 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，添加珩磨油 或研磨乳液作為冷卻潤滑劑。
9、 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將兩個(gè)砂輪 (3a，la)用于Stone-to-Stone方法中。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，兩個(gè)砂輪(3a，la)基本上 是結(jié)構(gòu)相同的。
11、 一種用具有結(jié)合的金剛石研磨顆粒的砂輪來打磨由諸如氧化 物陶瓷、碳化物、氮化硅、寶石和半寶石的陶瓷材料和/或玻璃構(gòu)成的 球體的裝置，其特征在于，所述砂輪(3a)具有人造樹脂結(jié)合劑，特別是 熱壓的酚醛樹脂結(jié)合劑。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll的裝置，其特征在于，將砂輪(3a)固定于支撐 盤(3)上。
13、 具有在人造樹脂結(jié)合劑中的金剛石研磨顆粒的砂輪(3a)用于打磨由諸如氧化物陶瓷、碳化物、氮化硅、寶石和半寶石的陶瓷材料和/ 或玻璃構(gòu)成的球體的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在球磨機(jī)中打磨陶瓷球體的方法。該方法是特別合理的，因?yàn)榇蚰ナ遣捎煤薪Y(jié)合在人造樹脂結(jié)合劑中的金剛石研磨顆粒的砂輪來進(jìn)行的。
文檔編號B24B11/00GK101107096SQ200680003166
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者卡爾-奧托·施托克, 瓦爾特·卡, 邁克爾·珀奇, 邁克爾·豪貝特, 馬爾科·韋伯 申請人:亞特蘭帝克有限責(zé)任公司