一种精磨加工参数测定仪及其应用的制作方法

本发明主要属于机械加工领域，具体涉及一种超小型氮化硅精磨加工参数测定仪及其应用。

背景技术：

作为高温结构陶瓷家族中重要一员的氮化硅陶瓷，之所以在近二三十年来受到如此青睐和重视，在于其具有优良的物理和化学特性，例如，高硬度、高温稳定性和优良抗磨损性能。这些特性使氮化硅在工业方面被广泛应用，如：氮化硅陶瓷轴承，已用于精密机床、汽车、航空发动机、化工仪器、核工业等重要领域。

si3n4属于难以加工的硬脆材料，在应用中遇到很多问题，如外形加工、表面粗糙度、尺寸精度等。为了使氮化硅材料在机械零件应用上与其他机械零件达到很好的配合，因此必须解决其精加工问题，特别是光洁度、精度等问题。

根据近20年的有关文献检索可知，不论是专用的精密磨床加工设备或精磨参数及摩擦磨损参数测定装置均未见有报道。

如何高效高精度地对氮化硅进行机械加工，以及相应的加工磨削参数测定，在工业上没有统一设备。目前氮化硅机械加工多采用磨床进行研磨，该方法设备投资大，对氮化硅研磨参数测定不方便，数据不精确，噪声大，耗电，不环保等。另外氮化硅材料在应用过程中与其他材料接触过程中及摩擦磨损特性参数直接影响其应用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种针对超硬材料，特别是si3n4材料的超小型摩擦磨损参数及研磨加工参数测定设备。能够满足测定不同种类的研磨砂轮（金属基结合的金刚石砂轮、玻璃基结合的金刚石砂轮等）在不同的研磨速度，不同的研磨压力下对si3n4材料及各种陶瓷材料或各种超硬合金的磨削速度、表面粗糙度及精度等参数。同时可以测定氮化硅材料与其他材料表面对偶摩擦运动时的摩擦磨损参数。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种精磨加工参数测定仪，所述测定仪包括可调速电机、砂轮、试样、加载系统；

可调速电机带动砂轮转动，试样表面与砂轮相接触，加载系统调节试样表面与砂轮间的压力及试样表面相对砂轮的进刀量；

所述测定仪适用于小尺寸的试样，其直径为5-14mm，高为3-15mm。

进一步地，所述加载系统包括带有可调进刀量的加载杠杆和砝码；所述带有可调进刀量的加载杠杆为由螺旋测微仪的轴杆构成的一个杠杆，加载的砝码通过杠杆力矩比的距离对试样与砂轮接触面进行加压；所述螺旋测微仪的轴杆的一端沿轴杆中心处设置有一个与试样外形尺寸相同的管状凹槽，试样安放在其中，在管状底部设有小孔，以保证螺旋测微器中轴自由推进。试样进刀量用螺旋测微仪微动给进螺旋推进，其精度可达千分之五。

进一步地，所述测定仪还包括水冷系统，水冷系统根据在不同转速，不同压力下研磨面发热量不同，定量供水。如：加工条件为在15000r/mim，5kg/cm²载荷下，供水量为3ml/s；加工条件为在25000r/min，5kg/cm²载荷下，供水量为10ml/s。使水流直接喷洒在试样与砂轮接触面上，从而达到降温的效果。

进一步地，杠杆的支点与试样砂轮接触面在一个垂直线上，以消除在磨削过程中产生的摩擦力对试样正压的影响。

进一步地，砝码为累计加重的细钢球，加载时可以通过控制细钢球的数量精确控制试样与砂轮接触面的压力。

进一步地，可调速电机带动金刚石砂轮高速旋转时，试样表面与砂轮切削表面始终保持垂直。

进一步地，可调速电机转速可达0~30000r/min，功率440w，工作电压220v，频率50/60hz。

进一步地，砂轮为金属基结合金刚石砂轮或玻璃基结合金刚石砂轮，直径为20-30mm，厚6-15mm，粒度采用：80-150目a类粗磨，100-250目b类中细磨，150-320目c类精磨。

一种精磨加工参数测定方法，所述方法采用上述测定仪，测量过程中通过可调速电机带动砂轮转动，通过调节加载系统控制试样与砂轮间压力恒定，同时控制进刀量进行研磨，达到规定的研磨时间后，取出试样进行白光干涉仪测定被测试样表面的粗糙度。

通过调节砂轮的种类、可调速电机的转速、试样与砂轮间压力测量不同砂轮、转速或压力情况下研磨后的试样表面粗糙度。

一种材料摩擦磨损性能测量方法，所述方法采用上述测量仪，砂轮改为试样的对偶材料，通过可调速电机带动对偶材料转动，通过调节加载系统控制试样与砂轮间压力恒定，同时控制进刀量进行研磨，在一定的摩擦运转时间后分别测量试样及对偶材料表面的粗糙度及试样的磨损量；

对偶材料的形状为圆棒或轮状的钢轴。

本发明的有益技术效果：

(1)该设备属于超小型，测量便捷，进给量精度高，加载准确，相比大型磨床转速快，更节能环保。

(2)本发明不仅适用于磨削氮化硅，也适用于其他难以加工的硬脆陶瓷材料和硬质金属。

附图说明

图1、实施例1一种精磨加工参数测定仪示意图；

图2、实施例2中170/200目砂轮磨削氮化硅陶瓷磨痕二维图；

图3、实施例2中170/200目砂轮磨削氮化硅陶瓷磨痕三维图；

图4、实施例3中230/270目砂轮磨削氮化硅陶瓷磨痕二维图；

图中，1.可调速电机、2.砂轮、3.柱状si3n4试样、4.水冷系统、5.砝码、6.加载杠杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

一种小型精磨加工参数测定仪，所述测定仪包括可调速电机1、砂轮2、试样3、加载系统和水冷系统（定量储水器2000ml、流量调节阀、输送导管），在研磨过程中，冷却水通过输送导管连续喷洒在研磨表面。

试样为小型柱状si3n4，但材料不限于si3n4可为各种陶瓷材料或各种超硬合金，小型柱状si3n4试样是生产厂家用si3n4粉末经1450度高压气压烧结制成，其相对密度为98.2%，维氏硬度为1500kg/mm²，试样直径为5-14mm，高度为3-15mm。

可调速电机1为直径64.2mm，长300mm的微型高速电机，转速可达0~30000r/min，功率440w，工作电压220v，频率50/60hz。

砂轮2是按规定特制的直径为20-30mm，厚6-15mm的金属基结合的金刚石砂轮或玻璃基结合的金刚石砂轮，采用金刚石粒度分别为：a类80-150目粗磨，b类100-250目中细磨，c类150-320精磨。

其中金属基结合砂轮是以663青铜粉65%质量为主，另加少量1-3%铬铁粉与不同粒度金刚石颗粒混合热压烧结制成，玻璃基结合的金刚石砂轮是中温玻璃粉75%质量与不同粒度金刚石颗粒混合热压烧结制成。

可调速电机1带动砂轮2转动，试样3表面与砂轮2相接触，加载系统调节试样3表面与砂轮2间的压力及试样3表面相对砂轮2的进刀量；其中小型柱状si3n4试样安放在特制的可以精确控制千分之五进刀量的试样套管中，其进刀量可以用螺旋测微仪微动给进螺旋推进。加载系统是由螺旋测微仪的轴杆构成的一个杠杆，加载的砝码5通过杠杆力矩比3:1的距离对试样与砂轮接触面进行加压，其中杠杆的支点与试样砂轮接触面在一个垂直线上，以消除在磨削过程中产生的摩擦力对试样正压的影响。砝码5为累计加重的细钢球，加载时可以通过控制细钢球的数量精确控制试样与砂轮接触面的压力。当微型可调速高速电机1带动金刚石砂轮2高速旋转时，试样3表面与砂轮切削表面始终保持垂直。在研磨过程中随着试样的研磨，可以通过杠杆连续不断地对试样进行恒定的加压，进而可以测定试样在恒定转速恒定压力下的精磨加工参数。

水冷系统根据在不同转速，不同压力下研磨面发热量不同，定量供水。如：加工条件为在15000r/mim，5kg/cm²载荷下，供水量为3ml/s；加工条件为在25000r/min，5kg/cm²载荷下，供水量为10ml/s。使水流直接喷洒在试样与砂轮接触面上，从而达到降温的效果。

进一步地，杠杆的支点与试样砂轮接触面在一个垂直线上，以消除在磨削过程中产生的摩擦力对试样正压的影响。

本实施例测定仪可用于在短时间内快速测量出不同种类的研磨砂轮金属基结合的金刚石砂轮、玻璃基结合的金刚石砂轮等在不同的研磨速度，不同的研磨压力下对si3n4材料及各种陶瓷材料或各种超硬合金的磨削速度、并借助白光干涉仪测量试样表面粗糙度及精度等参数。

同时，实施例测定仪可用于测定试样材料与其他材料表面对偶摩擦运动时的摩擦磨损参数。将砂轮2改为试样的对偶材料，通过可调速电机1带动对偶材料转动，通过调节加载系统控制试样与砂轮2间压力恒定，同时控制进刀量进行研磨，在一定的摩擦运转时间后分别测量试样及对偶材料表面的粗糙度及试样的磨损量；

对偶材料的形状为圆棒或轮状的钢轴。

实施例2：

利用实施例1的测定仪采用相对密度为98.2%，维氏硬度为1500kg/mm²，气压烧结的氮化硅材料在不同研磨条件下测量其表面粗糙度。加工条件为在15000r/min，5kg/cm²载荷下，供水量为3ml/s情况下，采用金刚石粒度170/200（25%）目的玻璃基结合的金刚石砂轮研磨，得出其表面粗糙度平均为1135nm。170/200目砂轮磨削氮化硅陶瓷磨痕二维图如图2所示。170/200目砂轮磨削氮化硅陶瓷磨痕三维图如图3所示。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别在于，

加工条件为在25000r/min，5kg/cm²载荷下，供水量为10ml/s情况下，采用金刚石粒度230/270（25%）目的玻璃基结合的金刚石砂轮研磨，得出其表面粗糙度平均为688nm。230/270目砂轮磨削氮化硅陶瓷磨痕二维图如图4所示。