CN109624101A - 陶瓷车削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及陶瓷加工领域，旨在解决现有技术中的陶瓷加工效率低下的问题，提供一种陶瓷车削加工方法，用于对板状的陶瓷坯件进行车削加工，其包括以下步骤：通过热熔法在陶瓷坯件的加工板面和周面粘结填充料形成填充层，填充层和陶瓷坯件共同形成整体的复合坯件；用夹具装夹复合坯件，且夹具夹持在粘结于陶瓷坯件周面上的填充层；对复合坯件进行车削加工，且车削过程中保持对车削刀具进行低温冷却；取下车削所得的复合坯件，并通过加热熔融的方式分离去除剩余的粘结于加工后的陶瓷坯件的填充料。本发明的有益效果是能够高效地加工得到质量合格的陶瓷工件。

Description

陶瓷车削加工方法

技术领域

本发明涉及陶瓷加工领域，具体而言，涉及一种陶瓷车削加工方法。

背景技术

工程陶瓷因其良好的硬度与耐磨性、良好的热稳定性与化学稳定性而具有广泛的应用场景，例如可用于航天器件、电学元件等。当然还可用于高档手机的背板。

然而，因为工程陶瓷高硬度和高脆性的材料性质，在加工过程中，由于其硬脆性，极易出现加工裂纹、表面损伤、整体碎裂等状况，是一种难加工材料。

目前，在工业生产中，陶瓷的主要加工方法是磨削加工，然而磨削加工的效率非常低下。

发明内容

本发明旨在提供一种陶瓷车削加工方法，以解决现有技术中的的陶瓷加工效率低的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例提供一种陶瓷车削加工方法，用于对板状的陶瓷坯件进行车削加工，其包括以下步骤：

通过热熔法在陶瓷坯件的加工板面和周面粘结填充料形成填充层，填充层和陶瓷坯件共同形成整体的复合坯件；

用夹具装夹复合坯件，且夹具夹持在粘结于陶瓷坯件周面上的填充层；

对复合坯件进行车削加工，且车削过程中保持对车削刀具进行低温冷却；

取下车削所得的复合坯件，并通过加热熔融的方式分离去除剩余的粘结于加工后的陶瓷坯件的填充料。

本实施例中的陶瓷车削加工方法通过使用填充层对陶瓷坯件的表面进行保护和平衡至少部分陶瓷坯件被切削时受到的切削荷载，大大降低陶瓷坯件被切削时表面剪切破坏的现象，使陶瓷坯件能够正常高效地被车削；填充层还具有提高夹具夹持点的效果。同时，为避免在大切削用量切削高硬度陶瓷时产生的大量热量造成刀具性能降低或主轴伸长影响加工精度的问题，本实施例中采用低温冷却。此处说的低温冷却指冷却液温度低于0度的冷却方式，例如液氮冷却。

在本发明的一个实施例中：

在车削过程中通过冷却介质对车削刀具进行低温冷却。

在本发明的一个实施例中：

切削用量控制为1mm至22mm，且用于冷却的液氮的通量与切削用量正相关。

在本发明的一个实施例中：

填充层的覆盖加工板面的厚度大于陶瓷坯件设定的标准切削量，且大于3mm。

在本发明的一个实施例中：

填充料采用熔点为500°至800°的热熔性金属。

在本发明的一个实施例中：

填充料采用铝及其合金或钛及其合金。

在本发明的一个实施例中：

构成复合坯件的填充层嵌入填充陶瓷坯件的加工板面的凹坑中。

在本发明的一个实施例中：

复合坯件还包括基板，陶瓷坯件与其加工板面相对的板面粘结于基板。

在本发明的一个实施例中：

陶瓷坯件通过热熔型粘结剂粘结于基板。

在本发明的一个实施例中：

粘结剂和填充料为相同的热熔型材料。

综上所述，本发明实施例中的陶瓷车削加工方法能够采用较大的切削用量对陶瓷进行加工，具有加工效率高的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中的复合坯件的结构示意图；

图2是图1的A处放大图；

图3本发明实施例中的复合坯件和基板连接时的结构示意图。

图标：100-复合坯件；10-陶瓷坯件；C1-凹坑；20-填充层；30-基板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本发明的描述中若出现术语“水平”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

本发明实施例提供一种陶瓷车削加工方法，用于对板状的陶瓷坯件10进行车削加工。

在加工过程中，加工刀具将对陶瓷坯件10施加垂直于加工表面的水平力，并且该水平力沿厚度方向的合力将施加待加工陶瓷一个剪切荷载。发明人研究发现，由于陶瓷坯件10表层的陶瓷表面自由，较深处受到表层的保护和作用力，导致陶瓷坯件10的表层受到刀具切削力时，该剪切荷载使陶瓷坯件10表层发生剪切破坏。加之待加工的陶瓷坯料的表面具有很多细微的凹坑C1，这使陶瓷坯件10表面更加容易出现碎裂，主要体现为具有凹坑C1的表层由于凹坑C1的存在，而呈现一定的悬臂结构的特征，在凹坑C1处失去侧向支撑能力，从而表层刀具作用力和侧向支撑力之间的合力不为零，且大于下层的合力，从而整体上陶瓷表层受到一个作用于陶瓷坯件10表层，并以凹坑C1的坑底为作用点的力矩，该力矩使得，在刀具的水平力的作用下，容易使陶瓷坯件10沿凹坑C1下端的切线方向产生裂纹，严重的将出现向深度方向延伸的崩碎片，从而无法通过大切削用量的车削方法加工获得平整的加工表面，限制了陶瓷的加工效率。另外，车削刀具对高硬度的陶瓷材料进行切削将产生很高的温度，由于当车削的切削用量较大(例如大于5mm)时，车削所产生的热量更多，这将严重影响刀具的性能和使刀具主轴的尺寸发生较大的伸长量，将对加工精度造成很大影响。

鉴于上述问题，本实施例中的陶瓷车削加工方法包括以下步骤：

通过热熔法在陶瓷坯件10的加工板面和周面粘结填充料形成填充层20，填充层20和陶瓷坯件10共同形成整体的复合坯件100。复合坯件100的结构请参见图1、图2。实施方式可以是，将陶瓷坯件10置于模具的模腔内，使陶瓷坯件10的周面和模具的模腔周面相间隔，陶瓷坯件10的顶面位于模腔内，然后向模腔中浇注加热熔融的填充料，使填充料在陶瓷坯件10的顶面(加工板面)和周面形成填充层20，填充层20与陶瓷坯件10共同形成复合坯件100。

填充料可采用熔点为500°至800°的热熔性金属，例如填充料采用铝及其合金或钛及其合金。具体地，可将填充料加热到超过熔点，使填充料熔融成液态，然后将液态的填充料填充进模具中，形成包围陶瓷坯件10周面和顶面的填充层20。

优选情况下，构成复合坯件100的填充层20嵌入填充陶瓷坯件10的加工板面的凹坑C1中，填补陶瓷坯件10表面缺陷，避免表面的凹坑C1产生的不平使陶瓷坯件10在受刀车削时，不同位置能够承受的力不同，在薄弱位置容易受力剪切破坏的问题。当然，为使陶瓷坯件10和填充料更好地熔合，可对陶瓷坯件10进行预热，例如预热至600°。

可选地，填充层20的覆盖加工板面的厚度大于陶瓷坯件10设定的标准切削量且大于3mm。这使陶瓷坯件10的表面能够受到较好保护，外表面被填充料保护，不容易出现向外的剪切破坏，因此能够使陶瓷坯件10正常切削成型。填充层20的覆盖加工板面的厚度为陶瓷坯件10设定的标准切削量的2倍时，陶瓷坯件10的受力状况更好。

复合坯件100制作完成并冷却后，用夹具装夹复合坯件100，且夹具夹持在粘结于陶瓷坯件10周面上的填充层20，避免直接夹持陶瓷坯件10对坯件可能造成的破坏。因复合坯件100在车削加工时，刀具作用于陶瓷坯件10的加工板面，故而采用夹具装夹复合坯件100(也即陶瓷坯件10)的周面上的填充层20，对陶瓷坯件10起到保护作用。

装夹完成后，对复合坯件100进行车削加工，且车削过程中保持对车削刀具进行低温冷却。由于对高硬度陶瓷的切削及大切削用量切削会产生极高的温度，这将会使刀具性能降低，和导致主轴伸长变形，在车削过程中应采用低温冷却。该处所说的低温冷却为冷却液温度小于0度的冷却方式。在车削过程中通过冷却介质对车削刀具和主轴进行低温冷却。可选地，本实施例中，冷却介质采用液氮，液氮的快速冷却特性，便于对车削刀具和主轴进行快速降温，保证车削刀具和主轴处于低温环境下工作。在本发明的其他实施例中，还可以采用液氦、二氧化碳等其他冷却介质对车削刀具进行低温冷却。

在实际加工时，切削用量控制为1mm至22mm，用于冷却的液氮的通量与切削用量正相关，即当切削用量较大时，产生的更多的热量需要通过更多的液氮进行冷却。采用冷却介质对车削刀具进行冷却，可以增加切削用量的选用范围，针对不同的加工需求，采用不同的切削用量，利于提高加工效率。

陶瓷坯件10车削成型后，取下车削所得的复合坯件100，并通过加热熔融的方式分离去除剩余的粘结于加工后的陶瓷坯件10的填充料，即可得到加工好的陶瓷工件。

在本发明的一个实施例中，复合坯件100还包括基板30，陶瓷坯件10与其加工板面相对的板面粘结于基板30。基板30和复合坯件100连接时的结构请参见图3。陶瓷坯件10的与加工板面相对的板面与基板30贴合，基板30能够有效支撑陶瓷坯件10，增强陶瓷坯件10的强度。基板30的设置进一步增加了陶瓷坯件10的整体受力性能，使得其在被车削时，能够保持良好地受力，不容易受力碎裂；同时，复合坯件100在加工时可以使用较大的切削用量，以提高加工效率。

可选地，陶瓷坯件10通过热熔型粘结剂粘结于基板30。在制造复合坯件100时，先将基板30放置于模具的模腔内，将热熔粘结剂浇注于基板30的用于与陶瓷坯件10连接的贴合面上，将陶瓷坯件10放置于上述贴合面，并对陶瓷坯件10施加压力，以使粘结剂在陶瓷坯件10与基板30之间填充均匀，使得陶瓷坯件10与基板30紧密贴合并连接牢固，复合坯件100加工完成后，通过热熔的方式能够解除基板30与陶瓷坯件10的连接。

可选地，为了便于复合坯件100的制造，粘结剂和填充料可以为相同的热熔型材料。基板30可以为陶瓷板，能够重复使用，相当于在复合坯件100成型时，在模腔内先放置基板30，再放入陶瓷坯件10，向模腔内浇注热熔型填充料，以使陶瓷坯件10与基板30热熔贴合，同时形成填充层20。

综上所述，本发明实施例中的陶瓷车削加工方法能够使用较大的切削用量对高硬度的陶瓷进行加工，解决了现有的如磨削加工方法加工效率低的问题，提高了陶瓷的加工效率，并能够获得质量合格的陶瓷工件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种陶瓷车削加工方法，用于对板状的陶瓷坯件进行车削加工，其特征在于，所述陶瓷车削加工方法包括以下步骤：

通过热熔法在陶瓷坯件的加工板面和周面粘结填充料形成填充层，填充层和陶瓷坯件共同形成整体的复合坯件；

用夹具装夹所述复合坯件，且夹具夹持在粘结于陶瓷坯件周面上的填充层；

对复合坯件进行车削加工，且车削过程中保持对车削刀具和主轴进行低温冷却；

取下车削所得的复合坯件，并通过加热熔融的方式分离去除剩余的粘结于加工后的陶瓷坯件的填充料。

2.根据权利要求1所述的陶瓷车削加工方法，其特征在于：

在车削过程中通过冷却介质对车削刀具进行低温冷却。

3.根据权利要求2所述的陶瓷车削加工方法，其特征在于：

切削用量控制为1mm至22mm，且用于冷却的液氮的通量与切削用量正相关。

4.根据权利要求1所述的陶瓷车削加工方法，其特征在于：

所述填充层的覆盖所述加工板面的厚度大于陶瓷坯件设定的标准切削量且大于3mm。

5.根据权利要求1所述的陶瓷车削加工方法，其特征在于：

所述填充料采用熔点为500°至800°的热熔性金属。

6.根据权利要求5所述的陶瓷车削加工方法，其特征在于：

所述填充料采用铝及其合金或钛及其合金。

7.根据权利要求1所述的陶瓷车削加工方法，其特征在于：

构成所述复合坯件的填充层嵌入填充陶瓷坯件的加工板面的凹坑中。

8.根据权利要求1所述的陶瓷车削加工方法，其特征在于：

所述复合坯件还包括基板，所述陶瓷坯件与其加工板面相对的板面粘结于基板。

9.根据权利要求8所述的陶瓷车削加工方法，其特征在于：

所述陶瓷坯件通过热熔型粘结剂粘结于基板。

10.根据权利要求9所述的陶瓷车削加工方法，其特征在于：

所述粘结剂和所述填充料为相同的热熔型材料。