專利名稱：一種陶瓷素坯數(shù)字化無(wú)模成型方法
一種陶瓷素坯數(shù)字化無(wú)模成型方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于陶瓷素坯加工技術(shù)領(lǐng)域，特別地涉及一種陶瓷素坯燒結(jié)前進(jìn)行數(shù)字化 無(wú)模成型方法。
背景技術(shù)：
陶瓷是用天然或人工合成的粉狀化合物，經(jīng)過(guò)成型和高溫?zé)Y(jié)制成的由無(wú)機(jī)化合 物構(gòu)成的多相固體材料。因陶瓷具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化、抗熱振等優(yōu)點(diǎn)，廣 泛應(yīng)用于航空航天、電力電子、機(jī)械工業(yè)、石油化工、光伏行業(yè)等許多領(lǐng)域，特別是碳化硅陶 瓷，燒結(jié)后具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、較小的熱膨脹系數(shù)、高導(dǎo)熱率、比重輕、高彈性模量等 特點(diǎn)，已經(jīng)用做各類軸承、滾珠、密封件、切削工具、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子等，也可 用作飛機(jī)、航天器發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器部件、火箭噴嘴、核燃料的包封材料、大型反射鏡等。
陶瓷粉末燒結(jié)后硬度相當(dāng)高，僅次于幾種超硬材料，加工難度很大，國(guó)內(nèi)基本是燒 結(jié)后再加工。常見(jiàn)的燒結(jié)后加工方法有精密磨床磨削由于燒結(jié)后陶瓷材質(zhì)硬度大，難加工，用普通工藝難以加工，只能選擇 金剛石砂輪磨削，同時(shí)配置冷卻液；這種加工方法切削量不能太大，太大會(huì)導(dǎo)致砂輪突然停 止磨削，使工件局部去除量過(guò)大，表面出現(xiàn)凹陷從而使工件報(bào)廢，最大切削量一般為O.1mm ； 當(dāng)加工余量少于O. 5_時(shí)，磨削過(guò)程中邊緣處出現(xiàn)細(xì)微崩邊，砂輪切削力明顯下降。
數(shù)控磨削加工數(shù)控加工及機(jī)械加工與數(shù)字控制于一體，主要靠編程控制刀具加 工曲線或不規(guī)則曲面，但現(xiàn)在的數(shù)控磨床還做不到像數(shù)控銑床那樣可以加工復(fù)雜曲面；由 于陶瓷材質(zhì)硬度高，砂輪磨損很嚴(yán)重，同時(shí)陶瓷顆粒與機(jī)床導(dǎo)軌互研，對(duì)機(jī)床破壞性極大， 加工后的顆粒進(jìn)入切削液對(duì)機(jī)床、環(huán)境污染較大。
線切割加工電火花線切割加工時(shí)通過(guò)工具電極與工件電極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件 進(jìn)行脈沖放電加工，電極絲在其軸向以一定速度相對(duì)工件移動(dòng)并在電極絲與工件切縫之間 噴射工作液，結(jié)合陶瓷粉末燒結(jié)方式不同，高純陶瓷材料具有高電阻率(絕緣體)不能用線 切割加工。只有鐵離子等雜質(zhì)存在時(shí)，電阻率減少到I歐姆左右，特別是游離態(tài)硅(部分 材料存在8%-10%的游離金屬硅)的存在，提高陶瓷材質(zhì)的導(dǎo)電率，可以采用慢走絲線切割 (走絲平穩(wěn)無(wú)振動(dòng)、損耗小、加工精度高、表面粗糙度低等優(yōu)點(diǎn))；因不同燒結(jié)工藝游離硅含 量不同，必須加大電流、在陶瓷工件與工作臺(tái)接觸面及壓板底面防止銀箔，加強(qiáng)導(dǎo)電并且在 冷卻液放置銀粉強(qiáng)制導(dǎo)電，加工效率低，成本高，并且只能加工規(guī)則形狀。
超聲波加工超聲波可以加工各種導(dǎo)體、半導(dǎo)體、非導(dǎo)體材料，金屬材料和非金屬 材料等，對(duì)于一些絕緣體碳化硅材料可以采用超聲波加工。超聲波是利用工具面做超聲波 振動(dòng)，工具與工件之間的磨料懸浮液的作用而進(jìn)行的加工。裝卡時(shí)工具輕壓在工件上，在工 件與工具之間加入磨料和水或煤油燈液態(tài)的懸浮液，當(dāng)超聲波換能器產(chǎn)生頻率為16000HZ 以上的超聲頻做軸向振動(dòng)時(shí)，通過(guò)變幅桿將振幅放大到O. 05-0. 0mm，驅(qū)動(dòng)工具端面做軸向 超聲振動(dòng)，將撞擊工作液中懸浮的磨粒以很大的速度和加速度不斷地撞擊、拋磨被加工面， 使其材料產(chǎn)生裂紋、破碎，被粉碎成很細(xì)的微粒分離出來(lái)，同時(shí)工作液受工具端面超聲振動(dòng)，產(chǎn)生高頻、交變的液壓正負(fù)沖擊波，促使工作液滲入被加工材料的微細(xì)裂縫中，加劇破壞作用。影響加工精度的原因有加工尺寸及零件形狀、加工深度、被加工材料、工具精度及振動(dòng)大小、磨粒力度及機(jī)床、加劇的精度等；超聲波加工成本昂貴，加工時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)刀困難， 局部崩邊，有待于進(jìn)一步研究。
激光加工激光加工是新發(fā)展的陶瓷加工技術(shù)，以功率密度為107 108W/cm2的激光，作用時(shí)間為10-3 10-5s，可以打出精確的孔；提高陶瓷激光加工的主要途徑有增大光束、降低掃描速度或提高加工溫度；激光加工技術(shù)先進(jìn)新穎，相對(duì)磨削等效率提高，但由于激光設(shè)備昂貴和大功率激光器的安全性欠妥，因此限制了激光加工技術(shù)的應(yīng)用。
以上加工方法都是涉及燒結(jié)后加工，目前尚無(wú)對(duì)未燒結(jié)素坯加工方法的報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)的燒結(jié)后陶瓷素坯加工方法所帶來(lái)的各種缺陷，本發(fā)明提供了一種陶瓷素坯數(shù)字化無(wú)模成型方法，在燒結(jié)前對(duì)素坯進(jìn)行加工。通過(guò)該方法可以降低燒結(jié)陶瓷的加工難度，提高加工精度及表面質(zhì)量，并且可以大幅度提高加工效率，降低能源消耗，節(jié)約原材料。另外，通過(guò)該方法加工陶瓷素坯，可以得到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。
本發(fā)明提供的陶瓷素坯數(shù)字化無(wú)模成型方法，其主要步驟包括a)利用三維CAD造型軟件建立零件實(shí)體模型； b)按照工藝要求(可以為模壓成型、等靜壓成型以及擠壓成型等工藝)將不同顆粒目數(shù)陶瓷粉末與一定量的燒結(jié)助劑混合均勻、磨成細(xì)粉；c)將粉末裝入模具加壓并保持一段時(shí)間制成塊體素坯；d)將塊體素坯移放到數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)的工作平臺(tái)上；e)根據(jù)建立好的零件實(shí)體模型編制加工代碼，并將其輸入到數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)的控制系統(tǒng)中；f)對(duì)數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)設(shè)置一定的轉(zhuǎn)速與進(jìn)刀量?jī)煞N工藝參數(shù)，轉(zhuǎn)速S必須在7000r/ min ^ S ^ 3000 r/min范圍內(nèi)；進(jìn)刀量L必須在O. lmm/r < L < O. 5mm/r范圍內(nèi)，并且使用特制刀具與特制夾具，在編制好的加工程序驅(qū)動(dòng)下加工陶瓷素坯；g)清理素坯，按照工藝要求進(jìn)行燒結(jié)，修整得到所需零件。
采用本發(fā)明方法對(duì)燒結(jié)前的陶瓷素坯進(jìn)行加工，可以產(chǎn)生以下有益效果，具體敘述如下1)在計(jì)算機(jī)三維造型基礎(chǔ)上，編制出加工代碼，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)在素坯上加工出復(fù)雜曲面，加工后直接燒結(jié)，可以制作出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。2)該方法在素坯狀態(tài)加工，可以降低陶瓷加工難度，減少加工余量。3)該方法通過(guò)數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)加工素坯， 無(wú)切削液排放，保護(hù)環(huán)境，綠色制造。4)該方法可以防止陶瓷顆粒與機(jī)床導(dǎo)軌的互研。5) 該方法加工的素坯硬度低，可以減少刀具磨損，提高加工表面質(zhì)量。


圖1為本方法的加工工藝流程圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不做為對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例一利用本發(fā)明制造一個(gè)100X100X20mm長(zhǎng)方體，在長(zhǎng)方體IOOXlOOmm面上 加工0 50 Kt 40mm的圓環(huán)。步驟如下1)利用三維CAD造型軟件建立如上零件的實(shí)體模型；2)按照工藝要求(等靜壓成型工藝)將不同顆粒目數(shù)陶瓷粉末與一定量的燒結(jié)助劑混 合均勻、磨成細(xì)粉，提高了素坯的強(qiáng)度和致密性；3)將粉末裝入模具加壓并保持一段時(shí)間制成素坯，通過(guò)該方法可以進(jìn)一步提高素坯 的密度；4)將素坯移放到數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)的工作平臺(tái)上；5)根據(jù)上述零件的實(shí)體模型編制加工代碼，輸入數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)的控制系統(tǒng)中；6)對(duì)數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)速6000r/min、進(jìn)刀量為O.lmm/r，在此轉(zhuǎn)速及進(jìn)刀量 條件下加工表面質(zhì)量好，表面粗糙度小，減少崩邊，然后使用特制刀具和特制夾具，在編制 好的加工程序驅(qū)動(dòng)下加工素坯；7)清理素坯，避免粉末粘結(jié)在素坯上，影響后續(xù)工藝；8)按工藝要求(采用等靜壓或反應(yīng)燒結(jié)等)燒結(jié)工件，可使工件致密，氣孔率減少；9)修整得到所需零件。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷素坯數(shù)字化無(wú)模成型方法，其特征在于包括以下步驟 (a)利用三維CAD造形軟件建立零件實(shí)體模型； (b)按照工藝要求將不同顆粒目數(shù)陶瓷粉末與一定量的燒結(jié)助劑混合均勻、磨成細(xì)粉，然后將粉末裝入模具加壓并保持一段時(shí)間制成塊體素坯； (c)編制加工代碼，輸入數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)的控制系統(tǒng)中； (d)將素坯置于數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)工作平臺(tái)上，對(duì)無(wú)模成型機(jī)設(shè)置工藝參數(shù)，然后在加工程序的驅(qū)動(dòng)下加工素坯； (e)清理已成型素坯零件； (f)按照工藝要求進(jìn)行燒結(jié)并修整，得到所需零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷素坯數(shù)字化無(wú)模成型方法，其特征在于，陶瓷粉末可以采用模壓成型、等靜壓成型以及擠壓成型等工藝制成塊體素坯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷素坯數(shù)字化無(wú)模成型方法，其特征在于，利用數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)加工陶瓷素坯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷素坯數(shù)字化無(wú)模成型方法，其特征在于，使用特制刀具、特制夾具在編制好的加工程序驅(qū)動(dòng)下加工素坯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷素坯數(shù)字化無(wú)模成型方法，其特征在于，對(duì)數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)設(shè)置的工藝參數(shù)必須為轉(zhuǎn)速S在7000r/min彡S彡3000 r/min范圍內(nèi)；進(jìn)刀量 L 在 O. 1mm/r ^ L ^ O. 5mm/r 范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷素坯燒結(jié)前進(jìn)行數(shù)字化無(wú)模成型方法，該方法首先是通過(guò)模壓成型或等靜壓成型等工藝將陶瓷粉末制成塊體素坯，然后將素坯放置于數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)中，并對(duì)數(shù)字化無(wú)模成型機(jī)設(shè)置一定的轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀量，使用特制刀具、特制夾具，在加工代碼的驅(qū)動(dòng)下加工素坯，最后按照工藝要求對(duì)清理后的素坯進(jìn)行燒結(jié)并修整，進(jìn)而得到所需零件。該方法可以降低燒結(jié)陶瓷的加工難度，提高加工精度及表面質(zhì)量，并且可以提高加工效率，降低能源消耗，節(jié)約原材料。
文檔編號(hào)B28B11/00GK103009461SQ201210497570
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者單忠德, 孫福臻, 劉豐, 劉陽(yáng), 陳隊(duì)范 申請(qǐng)人:機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心, 山東康平納集團(tuán)有限公司