CN110842764A - 一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置 - Google Patents

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张俊杰
帕西西尼·阿列格
韩腊
孙涛
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Abstract

一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置，属于高精度球形零件加工技术领域。为解决超硬陶瓷材料球体部件的精密研磨过程存在的精度低、效率低的问题。盘体上位于所述中心孔外侧均布设有数个螺纹孔，盘体的一侧盘面上靠近外圆边缘设有数个由等弧长的弧段组成的弧段V形槽，数个所述弧段V形槽首尾相接形成封闭的波浪形，每相邻两个弧段V形槽首尾通过外凸的圆弧面相连接。本发明通过设置波浪形的V形槽，来强制改变陶瓷球在不同弧段内的转动轨迹，从而可以显著提高陶瓷球的研磨加工效率。此外，在每一弧段内，由于球体与弧段V形槽接触位置的改变，弧段V形槽侧壁的磨损也会随之降低，因此也会显著提高陶瓷球的研磨加工精度。

Description

一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置
技术领域
本发明属于高精度球形零件加工技术领域，具体是一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置。
背景技术
轴承广泛应用于机械系统，是决定机械传动系统动静态特性的一个关键元件。特别是在对精密运动要求极高的高端装备中，轴承的精度直接决定了装备的寿命和性能。高精度滚动轴承是决定高端装备能否安全可靠运行的核心基础件，因此对轴承部件的制造精度提出了很高的要求。球形滚动体是轴承的核心元件之一，其制造精度和性能直接决定了轴承的使用性能。特别是在重载、酸性、冷热交替等极端环境下，当前轴承滚动体多采用钢球材料，其使用性能较差，制约着整机部件精度的提高。而超硬陶瓷材料如氮化硅、碳化硅等具有硬度高、密度小、比刚度高、热膨胀系数小、化学性质稳定等优点，是一种替代钢球作为轴承滚动体的有效材料，在重型车辆、航空航天、舰船等领域具有广阔的应用前景。
目前陶瓷球的加工成形包括粗球胚成型、光球、粗磨和精磨等工序，其中粗磨和精磨通常是通过机械研磨加工来实现，其采用的设备与钢球研磨设备相同。钢球研磨机通常为立式，粗球放置于带有沟槽结构的下研磨盘上，并由上压盘通过液压或者机械加压方式压紧。在研磨过程中，电机带动下研磨盘旋转，粗球在微细研磨颗粒的作用下发生微量材料去除，最终形成指定尺寸和精度的精球。目前陶瓷球的下研磨盘沟槽形状大多为环形V槽。
由于超硬陶瓷材料具有高硬度和脆性断裂等特性，其研磨过程与钢球相比存在极大困难，需要对超硬陶瓷材料的成球理论、加工变形机理、工艺参数优化、加工设备和检测方法等进行研究。其中，目前使用的环形V槽对于超硬陶瓷材料的精密研磨存在如下不足之处：(1)加工精度低：陶瓷材料硬度极高，而研磨盘多为铸铁材料，其硬度小于陶瓷材料，因此磨削过程中V槽侧壁磨损严重，直接降低了球体加工精度；(2)加工效率低：为了实现球体研磨成型，要求球体研磨轨迹为多条极接近于球体的包络线组成，也就要求球体在研磨过程自转轴对公转轴的相对空间方位不断变化。因此要提高研磨的精度需要增加陶瓷球的滑动，保证陶瓷球在研磨过程中球的自旋角随着下研磨板旋转而不断变化，有利于球面上每个质点的等概率研磨。
因此，亟需开发针对超硬陶瓷材料球体研磨的研磨盘，从而实现高精度陶瓷球的高效研磨制备。
发明内容
本发明的目的是为了解决超硬陶瓷材料球体部件的精密研磨过程存在的精度低、效率低的问题，提供一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置。
实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置，包括盘体，所述盘体设有中心孔；盘体上位于所述中心孔外侧均布设有数个螺纹孔；盘体的一侧盘面上靠近外圆边缘设有数个由等弧长的弧段组成的弧段V形槽，数个所述弧段V形槽首尾相接形成封闭的波浪形槽，每相邻两个弧段V形槽首尾通过外凸的圆弧面相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将传统的环状V形槽离散为由等弧长的弧段组成的弧段V形槽。在每一弧段内，球体自转角不变，材料去除只发生在同一轨迹上，这与传统环状V形槽类似。但是，进入到相邻的弧段时，球体的研磨轨迹被强制换向，实现不同于上一轨迹的局部材料快速去除。每一个研磨轨迹对应于一条包络线(如图2所示)。通过多个弧段的组合，使球体在一圈的研磨过程中发生等同于弧段个数的换向次数，最终使球体的研磨轨迹近似于球体，可以显著提高陶瓷球的研磨加工效率。此外，在每一弧段内，由于球体与弧段V形槽接触位置的改变，弧段V形槽侧壁的磨损也会随之降低，因此也会显著提高陶瓷球的研磨加工精度。
附图说明
图1是本发明的一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置俯视图；
图2是球体包络线的结构图；
图3是利用本发明的一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置研磨超硬陶瓷材料球体俯视图；
图4是图3的A-A剖视图。
图3、图4中标记的ω1表示为盘体的角速度。
上述图中涉及的部件名称及标号如下：
盘体1、中心孔2、弧段V形槽3、螺纹孔4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，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。
具体实施方式一：本实施方式披露了一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置，包括盘体1，所述盘体1设有中心孔2(盘体1的中心孔2与研磨机的研磨轴相配合)；盘体1上位于所述中心孔2外侧均布设有数个螺纹孔4(用于与研磨机连接，螺纹孔4的尺寸和数量由研磨机的整体结构确定)；盘体1的一侧盘面上靠近外圆边缘设有数个由等弧长的弧段组成的弧段V形槽3，数个所述弧段V形槽3首尾相接形成封闭的波浪形槽，每相邻两个弧段V形槽3首尾通过外凸的圆弧面相连接。
根据粗球尺寸、最终期望精球尺寸、粗球机械性能参数和研磨盘机械性能参数，通过图4所示的三点接触解析模型获得弧段V形槽3的截面几何参数，即：
所述弧段V形槽3两顶端之间的距离为L(槽宽)，L＝6～100mm；弧段V形槽3的槽深为D，D＝3～50mm；弧段V形槽3的开口角为β(即弧段V形槽3一侧壁与竖直面之间的夹角)，β＝25°～65°。所述数个弧段V形槽3的弧段均为向外凸的圆弧段。
假定球为刚性，根据粗球的直径，通过数学模型获得其包络线组成，据此确定图1、图3中弧段V形槽3的圆弧段的弧度为22.5°～180°。
弧段V形槽3的个数为3～16个。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置，包括盘体(1)，所述盘体(1)设有中心孔(2)；盘体(1)上位于所述中心孔(2)外侧均布设有数个螺纹孔(4)；其特征在于：盘体(1)的一侧盘面上靠近外圆边缘设有数个由等弧长的弧段组成的弧段V形槽(3)，数个所述弧段V形槽(3)首尾相接形成封闭的波浪形槽，每相邻两个弧段V形槽(3)首尾通过外凸的圆弧面相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置，其特征在于：所述弧段V形槽(3)两顶端之间的距离为L，L＝6～100mm；弧段V形槽(3)的槽深为D，D＝3～50mm；弧段V形槽(3)的开口角为β，β＝25°～65°。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置，其特征在于：所述数个弧段V形槽(3)的弧段均为向外凸的圆弧段，所述圆弧段的弧度为22.5°～180°。
4.根据权利要求1所述的一种用于超硬陶瓷球体部件研制的研磨盘装置，其特征在于：所述弧段V形槽(3)的个数为3～16个。
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