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[導(dǎo)讀]  工程陶瓷根據(jù)元素組成的不同分為氮化物陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷等。從目前陶瓷球軸承的研究和實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看,氮化硅是最適合用來(lái)制造滾動(dòng)軸承的陶瓷材料,其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在低密度、中等彈性模量、低熱膨脹系數(shù)和優(yōu)良內(nèi)在化學(xué)特性

鋼球軸承一直是現(xiàn)代軸承生產(chǎn)應(yīng)用的主流,但是在一些高速機(jī)床內(nèi),鋼球的硬度、導(dǎo)熱性和耐磨性難以維持其加工,需要不斷的更換軸承,浪費(fèi)時(shí)間材料。因此很多國(guó)家把目光投向工程陶瓷這類材料,利用陶瓷制造滾動(dòng)體可以滿足很多當(dāng)前鋼球難以滿足的情況。

 

陶瓷材料因其密度小、硬度高、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)良的性能成為了制造高精度軸承滾動(dòng)體和滾道的理想材料,廣泛應(yīng)用于航空航天、精密機(jī)械、石油化工、國(guó)防科技等各領(lǐng)域。




工程陶瓷根據(jù)元素組成的不同分為氮化物陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷等。從目前陶瓷球軸承的研究和實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看,氮化硅是最適合用來(lái)制造滾動(dòng)軸承的陶瓷材料,其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在低密度、中等彈性模量、低熱膨脹系數(shù)和優(yōu)良內(nèi)在化學(xué)特性,其毛坯球力學(xué)性能如下表所示。


 


氮化硅陶瓷球的特性

 

現(xiàn)在,氮化硅陶瓷軸承以其獨(dú)特的機(jī)械性能和優(yōu)勢(shì)應(yīng)用各行各業(yè),帶來(lái)良好的應(yīng)用價(jià)值和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,氮化硅陶瓷有以下的優(yōu)點(diǎn)特性。

 

1.高溫應(yīng)用

 

氮化硅材料屬于耐高溫材料,適應(yīng)用于高溫環(huán)境,不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形。在高溫環(huán)境下,普通的鋼球軸承會(huì)在極限400℃的情況下失去其硬度和強(qiáng)度,鋼球滾動(dòng)體會(huì)產(chǎn)生形變影響軸承作用。

 

氮化硅陶瓷球在這溫度上下仍保持原有強(qiáng)度和硬度。只有超過(guò)溫度800℃或者更高的溫度,其硬度和強(qiáng)度才會(huì)逐漸減弱。

 

2.較小的離心力

 

氮化硅陶瓷的密度大概是2300kg/m3,軸承鋼密度是7810kg/m3,同樣體積的球體,前者質(zhì)量是鋼球質(zhì)量的30%左右。

 

利用氮化硅制作的滾動(dòng)體,在軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,產(chǎn)生的離心力對(duì)軸承的影響相對(duì)于鋼球小很多,能夠降低軸承被破壞的程度,增加使用時(shí)間。

 

3.化學(xué)穩(wěn)定性

 

鋼的主要含量是鐵,在易氧化和腐蝕環(huán)境中,鋼和酸在一起會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),因此鋼球軸承不適合用在化工業(yè)生產(chǎn)上。

 

而全陶瓷軸承對(duì)大部分強(qiáng)酸和強(qiáng)堿都具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,比鋼球軸承適合應(yīng)用在化工業(yè),化工業(yè)選用是全陶瓷軸承。

 

4.非磁性

 

一般在磁性環(huán)境下,選用的是全陶瓷軸承,避免鋼材料會(huì)發(fā)生磁化及磨損后的微粉破壞軸承件。可提高軸承的使用時(shí)間及機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)下的穩(wěn)定性。

 

全陶瓷軸承所有材料均為非磁性材料,在需要完全非磁性的場(chǎng)合,以前尚未找到滿意的解決辦法,目前陶瓷的無(wú)磁性已開(kāi)始用于超導(dǎo)相關(guān)的領(lǐng)域中。

 

陶瓷球的幾何精度評(píng)價(jià)

 

陶瓷球的研磨加工過(guò)程對(duì)陶瓷球的幾何精度有決定性影響,而陶瓷球的幾何精度對(duì)陶瓷球軸承的壽命和噪音有重大影響。


理解陶瓷球的研磨成球原理,就是理解其幾何精度的本質(zhì)。

 

(1)陶瓷球研磨成球原理

 

球面的研磨實(shí)際是一個(gè)不斷加工,使球面向理想球面不斷修正的過(guò)程。采用如下圖所示的研磨原理來(lái)加工陶瓷球體。




球體研磨成球原理概括為如下兩點(diǎn):

(a)切削的等概率性:所有被加工球的切削概率相等。

(b)尺寸選擇性:加工過(guò)程中,優(yōu)先磨大球,優(yōu)先磨球體長(zhǎng)軸方向。

 

(2)陶瓷球的幾何精度評(píng)價(jià)

 

陶瓷球的幾何精度也稱為形狀精度,其參數(shù)具體包括球形誤差(球度)、波紋度、球直徑變動(dòng)量和球批直徑變動(dòng)量等。

 

陶瓷球的形狀精度對(duì)陶瓷球軸承的振動(dòng)和噪聲有很大影響。陶瓷球的形狀精度越差,則陶瓷球軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,由于存在陶瓷球形狀誤差,迫使軸承旋轉(zhuǎn)軸中心位置不斷改變而導(dǎo)致軸承振動(dòng)值就越大。

 

陶瓷球表面質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

 

陶瓷球的表面質(zhì)量影響著其動(dòng)態(tài)性能和使用壽命。陶瓷球的表面質(zhì)量與陶瓷球加工工藝息息相關(guān)。陶瓷球表面質(zhì)量的主要相關(guān)檢測(cè)參數(shù)有表面粗糙度、振動(dòng)值、表面缺陷。

 

陶瓷球表面質(zhì)量的檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法,目前主要有顯微觀測(cè)法、表面粗糙度測(cè)量法、振動(dòng)值檢測(cè)法和圖像處理方法。

 

(1)顯微觀測(cè)法

 

采用顯微觀測(cè)法簡(jiǎn)便直觀,易于操作。顯微觀測(cè)法主要是利用金相顯微鏡對(duì)加工后的陶瓷球表面進(jìn)行拍攝,記錄其表面形貌,然后觀察比較。

 

顯微觀測(cè)法便于我們發(fā)現(xiàn)球面質(zhì)量變化情況,但只是大概趨勢(shì),不能做出定量評(píng)價(jià)。

 

(2)表面粗糙度測(cè)量法

 

目前,表面粗糙度的測(cè)量方法主要有四種:

 

1)比較法,做定性分析,由于精度很低,無(wú)法定量測(cè)量;

 

2)干涉法,利用光波干涉原理測(cè)粗糙度,用于測(cè)量的儀器有干涉顯微鏡,測(cè)量精度高,測(cè)量方式為非接觸式;

 

3)觸針?lè),測(cè)量范圍廣,操作簡(jiǎn)便快捷可靠,屬于接觸式測(cè)量,容易造成被測(cè)表面劃傷,用于測(cè)量的儀器為觸針式粗糙度測(cè)量?jī)x;

 

4)光切法,利用光切原理對(duì)粗糙度進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量方式為非接觸式。

 

(3)振動(dòng)值檢測(cè)法

 

振動(dòng)值是一個(gè)評(píng)價(jià)陶瓷球質(zhì)量的綜合指標(biāo),反映的是陶瓷球材質(zhì)均勻性、全部幾何特征的綜合情況,一般在陶瓷球的超精研或拋光階段采用。

 

當(dāng)振動(dòng)值低于28dB時(shí),一般認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到G5級(jí)陶瓷球標(biāo)準(zhǔn),并且表面質(zhì)量越好,振動(dòng)值越小。

 

參考來(lái)源

陳微.高精度陶瓷球的性能評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用研究

謝志鵬等.國(guó)際先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r

田朋.精密陶瓷球加工工藝優(yōu)化研究

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