CN104455537A - 中心带孔的陶瓷阀球的加工方法及该陶瓷阀球加工装置 - Google Patents

中心带孔的陶瓷阀球的加工方法及该陶瓷阀球加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中心带孔的陶瓷阀球的加工方法，其包括以下步骤：（1）粉料压制、生坯加工：将粉料压制成中心带孔的阀球生坯，对阀球生坯的外表面进行初步加工；（2）烧结：将阀球生坯置于炉中烧结，形成陶瓷烧坯球；（3）磨内孔：进行中心孔磨削，使中心孔尺寸符合设计要求；（4）长度切割：将陶瓷烧坯球设有中心孔的两端进行切割，使该陶瓷烧坯球的长度符合陶瓷阀球的设计要求；（5）表面加工：将该陶瓷烧坯球通过该固定装置固定到陶瓷阀球加工装置上，首先粗磨外圆，再进行精磨球面和抛光，完成陶瓷阀球的加工过程。还公开了一种陶瓷阀球加工装置，本发明方法能够高效率地进行氧化锆陶瓷阀球的表面加工，球面加工质量稳定可靠。

Description

中心带孔的陶瓷阀球的加工方法及该陶瓷阀球加工装置
技术领域
本发明涉及陶瓷制造领域，特别涉及一种中心带孔的陶瓷阀球的加工方法及实施该中心带孔的陶瓷阀球的加工方法所采用的陶瓷阀球加工装置。
背景技术
陶瓷是以天然粘土以及各种天然矿物为主要原料经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料的各种制品。以前人们把用陶土制作成的在专门的窑炉中高温烧制的物品称作陶瓷，陶瓷是陶器和瓷器的总称。
随着社会的发展，陶瓷制品无论是在工业或者是生活上都越来越受欢迎。氧化锆陶瓷具有高强度、高刚度、高硬度、比重大、高耐磨损、耐酸耐碱耐腐蚀、绝缘性好不导电和无污染等优异性能，是目前制造各类精密陶瓷阀球、砂磨设备等产品的首选材料，已经广泛应用于石油化工、电子、民用消费陶瓷刀等领域。但是氧化锆陶瓷球硬度高、仅次于金刚石，使得氧化锆球体的加工难度很大，加工周期较长以及产品的尺寸和精度的控制难度较大。由于氧化锆陶瓷球表面的加工质量以及加工后的精度对产品的使用寿命有重要影响，传统的加工工艺是通过条状的砂条进行氧化锆陶瓷球表面的加工，但这样的加工方法存在较多缺陷，其进刀量不能大，进给速度较慢，切削力不高，从而表面加工的效率不高，费时费力，加工后的球面粗糙度难以达到技术标准。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种中心带孔的陶瓷阀球的加工方法，能够高效率地进行氧化锆陶瓷阀球的表面加工，球面加工质量稳定可靠。
本发明的目的还在于，提供一种实施上述中心带孔的陶瓷阀球的加工方法的陶瓷阀球加工装置，其进刀量大，进给速度较快，切削力高，能够高效率地进行氧化锆陶瓷阀球的表面加工，球面加工质量稳定可靠，降低企业的生产成本，提高竞争力。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：
一种中心带孔的陶瓷阀球的加工方法，其包括以下步骤：
（1）粉料压制、生坯加工：将粉料压制成中心带孔的阀球生坯，并将压制好的阀球生坯固定在车床、磨床或专用机床上，对阀球生坯的外表面进行粗车、精车、切割长度，然后打磨毛坯峰；
（2）烧结：将阀球生坯置于炉中，分若干阶段将温度由室温提高到预设的最高温，其中每一阶段分别进行保温，然后分若干阶段从最高温降至预设的出炉温度，出炉，形成陶瓷烧坯球；
（3）磨中心孔：将陶瓷烧坯球固定在车床、磨床或专用机床上，进行中心孔磨削，使中心孔尺寸符合设计要求；
（4）长度切割：将该陶瓷烧坯球用固定装置固定在车床、磨床或专用机床上，将陶瓷烧坯球设有中心孔的两端进行切割，使该陶瓷烧坯球的长度符合陶瓷阀球的设计要求；
（5）表面加工：将固定装置穿置于陶瓷烧坯球的中心孔中并固定，将该陶瓷烧坯球通过该固定装置固定到陶瓷阀球加工装置上，首先粗磨外圆，再进行精磨球面和抛光，完成陶瓷阀球的加工过程。
所述步骤（1）中，用于粗车与精车的刀具锋利度小于20N，阀球生坯的转速为150-320转/分钟；粗车时该刀具的进刀量为3-4mm，精车时该刀具的进刀量为0.5-2mm。
所述步骤（2）中，在升温过程中，第一阶段为将温度由室温升高到600℃，该升温过程用时600分钟，然后在600℃保温60分钟；第二阶段为将温度提升到1000℃，该升温过程用时480分钟，然后在1000摄氏度保温60分钟；第三阶段为将温度提升到1480℃，该升温过程为120分钟，然后在1480℃保温180分钟，该1480℃为设定的最高温；在降温过程中，第一阶段为将温度由1480℃降低到1000℃，该降温过程用时480分钟；第二阶段为将温度由1000℃降低到650℃，用时720分钟；第三阶段为将温度由650℃降低到200℃，该降温过程用时640分钟，200℃为预设的出炉温度，当炉温降为200℃时，阀球生坯已经烧结为陶瓷阀球，出炉。
所述步骤（3）、（4）和（5）中，用于精磨中心孔、长度切割和表面加工的刀具为金刚石砂轮，于加工的过程中，陶瓷阀球的转速为25-220r/min。
所述步骤（3）中，该金刚石砂轮为粒度是150um的电镀砂轮，该电镀砂轮转速为10000转/分钟，进刀量为0.01-0.05mm。
所述步骤（4）中，该金刚石砂轮为粒度是150um的青铜金刚砂轮，该青铜金刚砂轮的转速为1250-1600转/分钟，进刀量为0.01-0.05mm。
所述步骤（5）中，用于粗磨外圆的金刚石砂轮为粒度是150um的电镀砂轮，该电镀砂轮的转速为1250-1600转/分钟，进刀量为0.01-0.05mm；用于精磨球面和抛光的金刚石砂轮是粒度为83um的树脂金刚砂轮，该树脂金刚砂轮的转速为1250-1600转/分钟，进刀量为0.001-0.01mm，用于抛光的磨料为金刚石抛光膏、金刚石抛光液中的至少一种，所述磨料的粒度为0.1-0.9um，抛光时树脂金刚砂轮转速为1-50转/分钟，陶瓷阀球的转速为25-100转/分钟。
一种实施前述中心带孔的陶瓷阀球的加工方法的陶瓷阀球加工装置，其包括一用于固定陶瓷阀球的陶瓷阀球固定组件和一用于进行陶瓷阀球表面加工的刀具组件，陶瓷阀球固定组件包括相对设置的能转动的且能前后移动的两固定基座，于两固定基座之间活动设有一使陶瓷阀球穿置于其上且固定该陶瓷阀球的固定装置，于其中一固定基座上对应所述固定装置设有一将该固定装置固定于两固定基座之间的旋紧块，所述刀具组件包括一可XYZ三轴进给的刀具固定底座，该刀具固定底座上朝向所述固定装置设有一可旋转的刀具安装座，于该刀具安装座上对应所述固定装置设有金刚石砂轮。
所述金刚石砂轮为电镀砂轮，该电镀砂轮包括一圆筒状的刀体，该刀体的内径由其前端往后端方向渐小，于该刀体的前端内壁上设有金刚石砂粒，该刀体的前端面上设有冷却液导流口，该刀体的后端设有安装板，该安装板上设有安装孔。
所述金刚石砂轮为树脂金刚砂轮，该树脂金刚石砂轮包括一圆筒状的刀体，该刀体的前端面上设有金刚石砂粒，该刀体的后端设有安装板，该安装板上设有安装孔。
所述固定装置包括芯轴、能周向膨胀或收缩的弹性夹套、圆形斜度挡块和锁紧块，该芯轴两端面上设有与该固定基座相配合的定位孔，所述弹性夹套套于该芯轴上，于该弹性夹套的两端往中间方向均匀设有若干长条状缺口，该弹性夹套的中心孔两端均设有膨胀斜度，该圆形斜度挡块为两个，该两个圆形斜度挡块分别设置在该圆形夹套的两端，该圆形斜度挡块与所述膨胀斜度相适配，所述锁紧块为两个，该两个锁紧块设于该圆形斜度挡块的外侧。
本发明中所述的陶瓷阀球包括氧化锆陶瓷阀球。
本发明的有益效果为：本发明方法加工周期短，与传统加工方法相比能够缩短40%左右的时间，利于大规模批量化生产，由于节省了大量的人力物力，而且产品加工质量稳定可靠，降低了产品不良率，从而降低了加工成本，相比传统加工方法成本降低40%左右；提高了陶瓷球的圆度加工，相比传统加工方法圆度由0.01mm提高至0.005mm。提高了陶瓷球的光洁度，最高达到日Ra0.02，使得陶瓷球的表面具有高光洁度和较好的圆度，密封性更高、更耐磨、更耐用、使用时间更长，性价比更高等等的优势。
本发明产品的结构简单，设计巧妙，其进刀量大，进给速度较快，切削力高，能够高效率地进行氧化锆陶瓷阀球的表面加工，球面加工质量稳定可靠，降低企业的生产成本，提高竞争力。
下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明陶瓷阀球加工装置的结构示意图；
图2是图1中金刚石砂轮的第一种结构示意图；
图3是图1中金刚石砂轮的第二种结构示意图；
图4是本发明中固定装置的结构示意图；
图5是图4中弹性夹套的结构示意图。
具体实施方式
实施例：如图1至图5所示，本发明一种中心带孔的陶瓷阀球的加工方法，其包括以下步骤：
（1）粉料压制、生坯加工：将粉料压制成中心带孔的阀球生坯，并将压制好的阀球生坯固定在车床、磨床或专用机床上，对阀球生坯的外表面进行粗车、精车、切割长度，然后打磨毛坯峰；
（2）烧结：将阀球生坯置于炉中，分若干阶段将温度由室温提高到预设的最高温，其中每一阶段分别进行保温，然后分若干阶段从最高温降至预设的出炉温度，出炉，形成陶瓷烧坯球；
（3）磨中心孔：将陶瓷烧坯球1固定在车床、磨床或专用机床上，进行中心孔磨削，使中心孔尺寸符合设计要求；
（4）长度切割：将该陶瓷阀球1固定车床、磨床或专用机床上，将陶瓷阀球1设有中心孔的两端进行切割，使长度符合陶瓷阀球1的设计要求；
（5）表面加工：将该陶瓷阀球1固定在陶瓷阀球1加工装置上，首先粗磨外圆，再进行精磨球面和抛光，完成陶瓷阀球的加工过程。
所述步骤（1）中，用于粗车与精车的刀具锋利度小于20N，阀球生坯的转速为150-320转/分钟；粗车时该刀具的进刀量为3-4mm，精车时该刀具的进刀量为0.5-2mm。
所述步骤（2）中，在升温过程中，第一阶段为将温度由室温升高到600℃，该升温过程用时600分钟，然后在600℃保温60分钟；第二阶段为将温度提升到1000℃，该升温过程用时480分钟，然后在1000摄氏度保温60分钟；第三阶段为将温度提升到1480℃，该升温过程为120分钟，然后在1480℃保温180分钟，该1480℃为设定的最高温；在降温过程中，第一阶段为将温度由1480℃降低到1000℃，该降温过程用时480分钟；第二阶段为将温度由1000℃降低到650℃，用时720分钟；第三阶段为将温度由650℃降低到200℃，该降温过程用时640分钟，200℃为预设的出炉温度，当炉温降为200℃时，阀球生坯已经烧结为陶瓷阀球1，出炉。
所述步骤（3）、（4）和（5）中，用于精磨中心孔、长度切割和表面加工的刀具为金刚石砂轮2，于加工的过程中，陶瓷阀球1的转速为25-220r/min。
所述步骤（3）中，该金刚石砂轮2为粒度是150um的电镀砂轮3，该电镀砂轮3转速为10000转/分钟，进刀量为0.01-0.05mm。
所述步骤（4）中，该金刚石砂轮2为粒度是150um的青铜金刚砂轮，该青铜金刚砂轮的转速为1250-1600转/分钟，进刀量为0.01-0.05mm。
所述步骤（5）中，用于粗磨外圆的金刚石砂轮2为粒度是150um的电镀砂轮3，该电镀砂轮3的转速为1250-1600转/分钟，进刀量为0.01-0.05mm；用于精磨球面和抛光的金刚石砂轮2是粒度为83um的树脂金刚砂轮4，该树脂金刚砂轮4的转速为1250-1600转/分钟，进刀量为0.001-0.01mm，用于抛光的磨料为金刚石抛光膏、金刚石抛光液中的至少一种，所述磨料的粒度为0.1-0.9um，抛光时树脂金刚砂轮4转速为1-50转/分钟，陶瓷阀球1的转速为25-100转/分钟。
一种实施前述陶瓷阀球1的加工方法的陶瓷阀球1加工装置，其包括一用于固定陶瓷阀球1的陶瓷阀球1固定组件和一用于进行陶瓷阀球1表面加工的刀具组件，陶瓷阀球1固定组件包括相对设置的能转动的且能前后移动的两固定基座5，于两固定基座5之间活动设有一使陶瓷阀球1穿置于其上且固定该陶瓷阀球1的固定装置6，于其中一固定基座5上对应所述固定装置6设有一将该固定装置6固定于两固定基座5之间的旋紧块7，所述刀具组件包括一可XYZ三轴进给的刀具固定底座8，该刀具固定底座8上朝向所述固定装置6设有一可旋转的刀具安装座，于该刀具安装座上对应所述固定装置6设有金刚石砂轮2。
如图2所示，所述金刚石砂轮2为电镀砂轮3，该电镀砂轮3包括一圆筒状的刀体9，该刀体9的内径由其前端往后端方向渐小，于该刀体9的前端内壁上设有金刚石砂粒13，该刀体9的前端面上设有冷却液导流口10，该刀体9的后端设有安装板11，该安装板11上设有安装孔12。
如图3所示，所述金刚石砂轮2为树脂金刚砂轮4，该树脂金刚石砂轮2包括一圆筒状的刀体9，该刀体9的前端面上设有金刚石砂粒13，该刀体9的后端设有安装板11，该安装板11上设有安装孔12。
如图4和图5所示，所述固定装置包括芯轴61、能周向膨胀或收缩的弹性夹套62、圆形斜度挡块65和锁紧块66，该芯轴61两端面上设有与该固定基座相配合的定位孔63，所述弹性夹套62套于该芯轴61上，该弹性夹套62由金属材料制成，于该弹性夹套62的两端往中间方向均匀设有若干长条状缺口67，从而使弹性夹套的两端形成若干均匀分布的弹性金属片，该弹性夹套62的中心孔两端均设有膨胀斜度64，该圆形斜度挡块65为两个，该两个圆形斜度挡块65分别设置在该圆形夹套的两端，该圆形斜度挡块65与所述膨胀斜度64相适配，所述锁紧块66为两个，该两个锁紧块66设于该圆形斜度挡块65的外侧。
在固定陶瓷阀球时，先将弹性夹套62套于芯轴61上，将弹性夹套62伸入到陶瓷阀球的中心孔中，将两个圆形斜度挡块65套于芯轴61上，该两个圆形斜度挡块65分别置于该弹性夹套62的两端，该圆形斜度挡块65与弹性夹套62的膨胀斜度64相配合，该芯轴61与锁紧块66上设有相配合的螺纹，将锁紧块66套于芯轴61上并旋紧，从而将圆形斜度挡块65往弹性夹套62内侧推动，使弹性夹套62膨胀，直到陶瓷阀球不能晃动、转动，从而完成陶瓷阀球的固定。
所述固定基座上对应芯轴61两端的定位孔63设有定位柱，通过定位柱与定位孔63的配合使芯轴61定位，再旋紧该旋紧块，从而将芯轴61固定。
在使用本发明的陶瓷阀球1加工装置进行陶瓷阀球1表面加工时，将陶瓷阀球1穿置在固定装置6上，将固定装置6放置于两固定基座5之间，旋动所述旋紧块7，该旋紧块7朝向固定装置6移动，直至将固定装置6固定于两固定基座5之间，根据进行的是粗磨外圆、精磨球面或抛光工序选择金刚石砂轮2，将金刚石砂轮2固定再刀具安装座上，移动该刀具固定底座8，使得金刚石砂轮2正对陶瓷阀球1，设置好初始位置，开启电源，从而金刚石砂轮2砂轮按预先设定的转速转动，并且在刀具刀具安装座的带动下按预先设定的进给速度、进刀量进给，同时，陶瓷阀球1在固定基座5的带动下按预先设定的转速转动，该表面加工工序持续进行，直至陶瓷阀球1的表面加工完成。
本发明中所用的金刚石砂轮2包括树脂金刚砂轮4和电镀砂轮3，该树脂金刚砂轮4与电镀砂轮3均包括圆筒状的刀体9，该电镀砂轮3的内径由其前端往后端方向渐小，从而能够像碗一样包覆着陶瓷阀球1的一整边球面进行磨削，效率大增，且能够大进给量，粗磨到比设计的成品尺寸大0.2mm即停止，然后用树脂金刚砂轮4进行精磨，从而能够磨出小于0.005mm的圆度。
本发明方法加工周期短，与传统加工方法相比能够缩短40%左右的时间，利于大规模批量化生产，由于节省了大量的人力物力，而且产品加工质量稳定可靠，降低了产品不良率，从而降低了加工成本，相比传统加工方法成本降低40%左右；提高了陶瓷球的圆度加工，相比传统加工方法圆度由0.01mm提高至0.005mm。提高了陶瓷球的光洁度，最高达到日Ra0.02，使得陶瓷球的表面具有高光洁度和较好的圆度，密封性更高、更耐磨、更耐用、使用时间更长，性价比更高等等的优势。
本发明产品的结构简单，设计巧妙，其进刀量大，进给速度较快，切削力高，能够高效率地进行氧化锆陶瓷阀球1的表面加工，球面加工质量稳定可靠，降低企业的生产成本，提高竞争力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种中心带孔的陶瓷阀球的加工方法，其特征在于，其包括以下步骤：
（1）粉料压制、生坯加工：将粉料压制成中心带孔的阀球生坯，并将压制好的阀球生坯固定在车床、磨床或专用机床上，对阀球生坯的外表面进行粗车、精车、切割长度、切割长度，然后打磨毛坯峰；
（2）烧结：将阀球生坯置于炉中，分若干阶段将温度由室温提高到预设的最高温，其中每一阶段分别进行保温，然后分若干阶段从最高温降至预设的出炉温度，出炉，形成陶瓷烧坯球；
（3）磨内孔：将陶瓷烧坯球固定在车床、磨床或专用机床上，进行中心孔磨削，使中心孔尺寸符合设计要求；
（4）长度切割：将该陶瓷烧坯球用固定装置固定在车床、磨床或专用机床上，将陶瓷烧坯球设有中心孔的两端进行切割，使该陶瓷烧坯球的长度符合陶瓷阀球的设计要求；
（5）表面加工：将固定装置穿置于陶瓷烧坯球的中心孔中并固定，将该陶瓷烧坯球通过该固定装置固定到陶瓷阀球加工装置上，首先粗磨外圆，再进行精磨球面和抛光，完成陶瓷阀球的加工过程。
2.根据权利要求1所述的中心带孔的陶瓷阀球的加工方法，其特征在于，
所述步骤（2）中，在升温过程中，第一阶段为将温度由室温升高到600℃，该升温过程用时600分钟，然后在600℃保温60分钟；第二阶段为将温度提升到1000℃，该升温过程用时480分钟，然后在1000摄氏度保温60分钟；第三阶段为将温度提升到1480℃，该升温过程为120分钟，然后在1480℃保温180分钟，该1480℃为设定的最高温；在降温过程中，第一阶段为将温度由1480℃降低到1000℃，该降温过程用时480分钟；第二阶段为将温度由1000℃降低到650℃，用时720分钟；第三阶段为将温度由650℃降低到200℃，该降温过程用时640分钟，200℃为预设的出炉温度，当炉温降为200℃时，阀球生坯已经烧结为陶瓷阀球，出炉。
3.根据权利要求1所述的中心带孔的陶瓷阀球的加工方法，其特征在于，所述步骤（3）、（4）和（5）中，用于精磨中心孔、长度切割和表面加工的刀具为金刚石砂轮，于加工的过程中，陶瓷阀球的转速为25-220r/min。
4.根据权利要求3所述的中心带孔的陶瓷阀球的加工方法，其特征在于，所述步骤（3）中，该金刚石砂轮为粒度是150um的电镀砂轮，该电镀砂轮转速为10000转/分钟，进刀量为0.01-0.05mm。
5.根据权利要求3所述的中心带孔的陶瓷阀球的加工方法，其特征在于，所述步骤（4）中，该金刚石砂轮为粒度是150um的青铜金刚砂轮，该青铜金刚砂轮的转速为1250-1600转/分钟，进刀量为0.01-0.05mm。
6.根据权利要求3所述的中心带孔的陶瓷阀球的加工方法，其特征在于，所述步骤（5）中，用于粗磨外圆的金刚石砂轮为粒度是150um的电镀砂轮，该电镀砂轮的转速为1250-1600转/分钟，进刀量为0.01-0.05mm；用于精磨球面和抛光的金刚石砂轮是粒度为83um的树脂金刚砂轮，该树脂金刚砂轮的转速为1250-1600转/分钟，进刀量为0.001-0.01mm，用于抛光的磨料为金刚石抛光膏、金刚石抛光液中的至少一种，所述磨料的粒度为0.1-0.9um，抛光时树脂金刚砂轮转速为1-50转/分钟，陶瓷阀球的转速为25-100转/分钟。
7.一种实施权利要求1所述中心带孔的陶瓷阀球加工方法的陶瓷阀球加工装置，其包括一用于固定陶瓷阀球的陶瓷阀球固定组件和一用于进行陶瓷阀球表面加工的刀具组件，其特征在于：陶瓷阀球固定组件包括相对设置的能转动的且能前后移动的两固定基座，于两固定基座之间活动设有一使陶瓷阀球穿置于其上且固定该陶瓷阀球的固定装置，于其中一固定基座上对应所述固定装置设有一将该固定装置固定于两固定基座之间的旋紧块，所述刀具组件包括一可XYZ三轴进给的刀具固定底座，该刀具固定底座上朝向所述固定装置设有一可旋转的刀具安装座，于该刀具安装座上对应所述固定装置设有金刚石砂轮。
8.根据权利要求7所述陶瓷阀球加工装置，其特征在于，所述金刚石砂轮为电镀砂轮，该电镀砂轮包括一圆筒状的刀体，该刀体的内径由其前端往后端方向渐小，于该刀体的前端内壁上设有金刚石砂粒，该刀体的前端面上设有冷却液导流口，该刀体的后端设有安装板，该安装板上设有安装孔。
9.根据权利要求7所述陶瓷阀球加工装置，其特征在于，所述金刚石砂轮为树脂金刚砂轮，该树脂金刚石砂轮包括一圆筒状的刀体，该刀体的前端面上设有金刚石砂粒，该刀体的后端设有安装板，该安装板上设有安装孔。
10.根据权利要求7所述陶瓷阀球加工装置，其特征在于，所述固定装置包括芯轴、能周向膨胀或收缩的弹性夹套、圆形斜度挡块和锁紧块，该芯轴两端面上设有与该固定基座相配合的定位孔，所述弹性夹套套于该芯轴上，于该弹性夹套的两端往中间方向均匀设有若干长条状缺口，该弹性夹套的中心孔两端均设有膨胀斜度，该圆形斜度挡块为两个，该两个圆形斜度挡块分别设置在该圆形夹套的两端，该圆形斜度挡块与所述膨胀斜度相适配，所述锁紧块为两个，该两个锁紧块设于该圆形斜度挡块的外侧。
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