氧化鋯陶瓷加熱專用裝置的研究

章芳芳，馬 琨，華海焜

（江蘇食品藥品職業技術學院，江蘇淮安223003）

為了提高勞動生產率，縮短工件的加工工時，工件的加工已向著高速、大切削量方向發展，工序高度集中，工件定位夾緊后要依次完成銑、鉆、鏜等多工序的加工。切削力的大小、方向在不斷地變化，只有在數控機床夾具本身具有較高的使用強度和剛度的情況下，才能滿足工件的加工精度[1]。近年來，口腔修復醫生和患者對牙齒美學修復的要求越來越高，從而使得以氧化鋯為代表的全瓷修復材料得到了更多的認可和臨床應用。燒結后氧化鋯陶瓷的高硬高脆等特性給切削加工帶來了一定的困難，如刀具磨損比較嚴重，切削加工時容易發生脆性斷裂破壞導致裂紋和凹坑等缺陷。若能解決上述問題，將會進一步拓寬生物陶瓷的應用領域。

預熱切削為加工氧化鋯陶瓷等脆硬材料提供了一種有效的方法，燒結后氧化鋯陶瓷在加熱裝置中升溫并切削，加熱裝置是切削溫度測量裝置的核心部分，故加熱裝置的好壞直接影響氧化鋯陶瓷材料的切削性能和使用性能。近年來，好多學者都在進行這一領域的研究：現實生活和工業生產中，加熱的方式有很多種，但它們的優缺點都很明顯，在各種加熱方式中，常見的有金屬加熱、非金屬加熱（陶瓷加熱）、電磁電熱能加熱、光電二合一加熱、空化液體動力加熱、空氣源加熱等。電熱管統稱為金屬加熱器，行業內稱NIC發熱技術，就是將電熱管浸泡在水中發熱。優點是設備前期投資小；缺點是使用壽命短，安全性差，故障率高，對水質要求高，需要軟化水[2]。為了解決工業上固體材料在微波加熱過程中普遍存在的能量不集中、效率低、加熱不均勻的問題，提出了一種管道式固體材料微波加熱裝置的設計方案[3]。

1 加熱裝置零件的設計

1.1 零件結構分析

圖1中此加熱裝置由底座、陶瓷套、杯體、杯蓋、陶瓷試件、夾具體、溫度傳感器、加熱器等部分組成，只需對底座、杯體、杯蓋進行加工，其尺寸大小可與加熱器尺寸配套即可。選擇制造的材料為鋁，因為鋁有很好的導熱效果好而且容易切削加工，重量比鋼件輕，便于搬運，打破原有的鋼件材料；隔熱墊采用氧化鋯陶瓷材料，陶瓷隔熱比鐵和玻璃都好；此外因加熱過程中，為了使升溫速度快，在加熱爐內加水或導熱油等，液體切削過程中會隨著轉起來的刀具飛濺出去，需要不間斷的加入新的液體，為了改良這個缺陷，設計了帶有斜度的杯蓋，液體可循環利用，如圖2和圖3所示。

圖1 加熱裝置裝配圖

圖2 杯蓋

圖3 底座

1.2 加工工藝分析

在加工過程中，主要加工杯蓋和底座，接下來分別列出其加工工序內容。

（1）杯蓋的加工工藝。杯蓋加工工藝如表1所列。

表1 杯蓋的加工工藝

（2）底座的加工工藝。底座加工工藝如表2所列。

表2 底座的加工工藝

（3）加工工藝分析底座加工工藝如表3所列。

表3 底座的加工工步

1.3 各組件組裝

加熱裝置如圖4所示，此加熱裝置包括底座和杯體，杯體的底部裝有溫度傳感器，杯體內固定安裝有夾具，氧化鋯陶瓷安裝于夾具中，杯體外箍設有加熱器。溫度傳感器安裝于加熱裝置杯體底部，電源通過加熱爐對生物陶瓷進行加熱，通過溫度傳感器反饋溫度。為降低溫度對測力儀的影響，分別在加熱爐底座和固定基體之間加裝了隔熱層。該裝置為了保證在加熱過程中不能把熱量傳到機床工作臺或測力儀上，采用了陶瓷套，杯體和底座使用螺栓連接，每個螺栓使用三個陶瓷套使杯體、螺栓、底座不能直接相連，利用陶瓷導熱差的特點，使得熱量很難傳導到底座上；另外在杯體與底座之間的空隙處墊上一層隔熱棉，避免了杯體的熱量通過輻射和空氣的對流影響到底座，這樣一方面減少了能量的損失，保證了陶瓷試件快速、均勻的加熱到設定溫度，另一方面有效的防止了局部溫度過高對機床工作臺和測力儀的性能影響，從而保證實驗順利進行。

圖4 加熱裝置

2 結束語

工裝夾具是工藝裝備的重要組成部分，是工藝過程中最活躍的因素之一，并直接影響產品的質量、生產效率及加工成本。此加熱裝置在氧化鋯陶瓷加熱切削加工中，溫度升溫快，裝夾方便，提高了氧化鋯陶瓷試件的切削性能。與傳統加熱裝置如實驗室常用的CM261型無鉛錫爐相比，其成本低、無污染，操作方便，經過實驗加工，證明其加熱效果良好。

[1]黃劍波.數控機床夾具的發展[J].電子機械工程，2011，27（05）：33-36.

[2]劉銀燕.高溫加熱技術研究[J].科技視界，2015（33）：129.

[3]安嘉黛，黃卡瑪.管道式固體材料微波加熱裝置的仿真設計[J].微波學報，2015，31（04）：35-38，42.