高精度陶瓷球的性能評價方法及其應用研究

周紅練

高精度陶瓷球的性能評價方法及其應用研究

周紅練

（江西省工業陶瓷質量監督檢驗站 467099）

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

高精度；陶瓷球；性能；評價方法；應用

引言

現代的機械工業自動化方向發展，要求機械設備的零部件精度高、性能穩定，以保證機械設備安全可靠地運行。但是，目前國內市場中的陶瓷球材料質量無法保證，影響了陶瓷球材料的質量。要使機械設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揮，就要采用相應的評價方法。

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揮其性能，就需要對材料的構成進行限定。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，根據所使用的材料以及應用范圍對陶瓷球材料進行劃分，高等級材料為Ⅰ類材料，其性能指標也相對較高；一般材料為Ⅱ類材料，可以發揮必要的材料性能；低等級材料為Ⅲ類材料，其性能指標也相對較低[1]。按照陶瓷球材料性能檢測標準，要求陶瓷球中所含有的氮化硅材料要符合如下的評定標準，以保證其使用性能。

Ⅰ類陶瓷球材料中，氮化硅的密度要達到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

在國際標準GB/T308.2-2010中，針對陶瓷球的幾何形狀精度進行了詳細規定。為了保證陶瓷球的幾何形狀符合要求，需要針對相關的評價方法進行分析。

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。

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

2 陶瓷球的表面質量研究

加工高精度陶瓷球都是批量進行的，每一批可以達到5000～15000粒之多。在加工中需要對陶瓷球進行粗磨和精磨，之后進行粗研和精研。每一個加工環節都需要保證質量，使其符合規定的質量標準。

在進行陶瓷球的加工中，由于研磨介質的不同，對陶瓷球表面質量也會產生一定的影響。目前主要采用的研磨介質包括發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、水以及機油等等。

對高精度陶瓷球進行加工的時候，粗磨加工環節，所使用的加工設備為磨球機，使用的磨料為粗質的超硬磨料，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，磨球盤的運轉速度為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。精磨加工環節，所使用的加工設備為研磨機，使用的磨料為細質的超硬磨料，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，磨球盤的運轉速度為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]。粗研加工環節，所使用的加工設備為研磨機，使用的磨料為細質的復合磨料，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，磨球盤的運轉速度為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。精研加工環節，所使用的加工設備為精研機，使用的磨料為非常細的復合磨料，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，磨球盤的運轉速度為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

綜上所述，在機械設備的零部件中，陶瓷球被安裝于精密儀器設備上。陶瓷球作為機械設備的基礎零部件，所采用的是陶瓷材料。這種材料被廣泛地應用于精密機械設備中，對其性能進行評價以保證其發揮應用價值。

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

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

[3]王永威.滾動軸承摩擦學失效機理及研究現狀[J].煤礦機械，2012，33（09）：3～5.

TQ174.1

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1004-7344（2016）31-0313-01

2016-10-18