专利名称：打磨陶瓷球体的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种打磨陶瓷球体的方法和装置。
背景技术：
所谓陶瓷球体，在本专利申请中应理解为是由诸如氧化物陶瓷、碳
化物、氮化硅、宝石和半宝石(Halbedelstein)的陶瓷材料构成的球体， 但是也可以是由玻璃构成。
打磨陶瓷球体以获得较低表面粗糙度和较高品质等级的过程，迄今 通常采用如用于加工金属球体的设备进行。并且，从本质上说陶瓷球体 不是被打磨，而是被磨光。在对金属球体进行加工时首先是粗磨，接着 是用结合有研磨颗粒的砂轮进行细磨，并且然后可能用呈浆糊状的研磨 颗粒来实施磨光，而陶瓷球体则并不用砂轮进行加工，而是经由整体的 磨蚀工序来磨光。存在于研磨骨中的研磨颗粒在此通常是金刚石。
这一过程在工艺上是极难进行的，因为磨蚀效率停留在每天最大 100pm的数量级。所要实现的球体直径为0.2-0.4mm的磨蚀量对应不均 匀界面层的厚度，并且部分地要在几天的加工时间内才能实现。另外， 在磨光之后陶瓷球体会由于粘附的研磨骨而受到很大玷污。该研磨骨在 传统的清洗球体的方法中部分地很难除去。当用松动的金刚石颗粒磨光 时，两个金属盘的磨损是极高的。最后，非常高的金刚石消耗量也会造 成整个方法的成本显著增加。因此，结果使得陶瓷球体的应用只能特别 地局限于那些成本并不重要的球轴承领域内。
在美国专利文献US 6,171,179 Bl中记载了一种改善经济性的方案。 其中所推荐的研磨机中设计了一种具有电解结合的研磨颗粒的砂轮。固 定的导向盘具有一定数量的导向环，并且各个单独受到水压，从而保证 陶瓷球体对砂轮尽可能均匀的作用。实际上该装置是不能实施的。可以 推测，所述砂轮的耐用度过低。
日本专利申请JP 05042467 A中公开了 一种用于抛光氮化硅球体的 方法，其中使用了具有5-60体积百分比的平均颗粒直径为0.01-3nm的 0203研磨颗粒的抛光轮。从表面的磨蚀速度方面看，球体的加工是非 常微小的。在一个试验中，获得60nm的磨蚀量要50个小时，也就是 说约lnm每小时。第二个试验中所得到的表面粗糙度为Ra=0.005nm。 其申也推荐用金刚石代替一部分0"203的该方法适于获得很高的表面质 量，但是打磨陶瓷球体的磨蚀效率却还是一如既往地不令人满意。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种打磨陶瓷球体的方法和装置，使 得可能更为经济地制造具有所需品质和颗粒直径分散度(Streuung)小 的陶瓷球体。
该任务可通过一种具有权利要求1所述特征的方法和具有权利要求 9所述特征的装置来解决。
因为采用含有在人造树脂结合剂中的研磨颗粒的砂轮来进行打磨， 其中所述研磨颗粒包括大于50%的金刚石和小于5%的Cr203，所以在 砂轮或研磨层(Schldfbelag)磨损很小的条件下即能实现很高的磨蚀效 率。研磨颗粒不含0203，并且特别地研磨颗粒由纯粹的金刚石构成时 是有利的。而且，相对于最接近的现有技术可以达到接近十倍的磨蚀效 率，而平均表面粗糙度比现有技术中高IO个系数。研磨颗粒的金刚石 含量大于50% ，特别是大于90%并且尤其优选研磨颗粒由100%的金刚 石构成。
有利的是人造树脂结合剂是热压的酚醛树脂结合剂或聚酰亚胺结 合剂，且优选孔容积接近零。
砂轮具有优选D181 (根据FEPA-标准，平均颗粒直径=181^im)至 D2 (平均颗粒直径-2nm)的粒度，其中对于粗磨可使用D181至D25 的粒度，而对于细磨则优选粒度为D15至D2。
当砂轮作为研磨层而固定在支撑盘上，特别是粘合在支撑盘上时， 其在使用中经过很微小的变形。当加入作为冷却润滑剂的珩磨油 (Hon61)时，磨损会进一步降低。
本发明的另一个实施方式设计将两个砂轮用于Stone-to-Stone方法 中，其中特别地，两个砂轮基本上是结构相同的。
因为在采用含有结合金刚石研磨颗粒的砂轮来打磨陶瓷球体的本 发明装置中，设计使砂轮含有人造树脂结合剂，特别是热压的酚醛树脂 结合剂，所以上述方法是可行的。而且，所述砂轮可以粘合在支撑盘上， 以便促进过程压力(verfahrensdruck)下的机械稳定性并且将制备砂轮 的材料消耗减少到最低限度。
根据本发明，含有在人造树脂结合剂中的金刚石研磨颗粒的砂轮还 用于打磨陶瓷球体，特别在如同已知的用于打磨金属球体的传统的球磨 机中。
以下根据附图以及根据三个实施例来阐述本发明。附图示出 图1:用于打磨球体的且具有砂轮和垂直驱动轴的装置；和 图2:以Stone-to-Stone方法来打磨球体且具有垂直轴的装置。
具体实施例方式
图1中图示了具有垂直驱动轴的机器上的球体打磨的原理。图l概 略的显示了用于打磨球体的装置的俯视图和侧视图。而且，固定的导向 盘l优选由铸钢构成。导向盘l在其底边上具有环绕的导向槽，其中导 入许多待打磨的球体2。从底边过来，在支撑盘3上设置位于其上的研 磨层3a，该层通过驱动轴旋转。设计球体的入口和出口 4来装载和卸载 所述装置。
图2显示了类似于图1中所示的研磨机。在该研磨机中，固定的导 向板1同样设置有研磨层la，并且该层设置在旋转的支撑盘3的研磨层 3a的对面。待打磨的球体2设置在两个研磨层la和3a之间。
为进行研磨，在两个实施方式中都从上侧对固定的导向盘l施加压 力P。支撑板3通过驱动装置旋转，使得球体2在导向槽中滚动。所述 导向槽的不同区域内的速度差异引起研磨层相对于陶瓷球体表面的相
对运动。于是，位于研磨层内的研磨颗粒导致球体表面磨损并由此改善 了表面质量和球体形状。
因此，本发明的方法既可以在具有垂直驱动轴的球磨机上实施也可 以在具有水平驱动轴的球磨机上实施。
在研磨过程中，添加珩磨油作为冷却润滑剂，其一方面用来环绕冲 洗研磨颗粒和陶瓷球体，另一方面也能将从砂轮表面脱落的研磨颗粒、 结合剂颗粒和球体磨屑运送走，从而使得后者不会粘附在球体表面并对 研磨过程起到消极影响。
以下根据三个试验实施例来描述利用本发明方法所获得的效果。
在试验1-3中采用直径为200mm且厚度为4mm的砂轮。砂轮粘合 在钢制的支撑盘上。添加生产商ML Lubrication GmbH的珩磨油 EMOL -0-HON 920 NV作为冷却润滑剂。压板由钢制成并且具有五个 环绕的槽。研磨在具有垂直轴的研磨机上进行，无储料槽(Magazin)。
试验l:
对初始尺寸为5.96mm至6.03mm的圆形氧化锆(Zr02)球体进行 加工。批料中约有140个球体。所得到的最终尺寸为5.50mm。打磨时 间为4小时的时候，磨蚀量为504nm。因此，磨蚀效率为约125jim每 小时。砂轮中的槽深度在试验结束后为0.5mm。
试验2:
对初始尺寸为5.72mm x 5.25mm的桶形Zr02球体进行加工。批料 中总共包括300个坯件(Rohlinge)。最终尺寸为5.15mm。打磨时间为 3.75小时的时候，平均磨蚀量为57(Him。对应的平均磨蚀效率为152pm 每小时。砂轮中的槽深度在试验结束后为0.94mm。
试验3:
对初始尺寸为从5.34mm的氮化硅(Si3N》球体进行加工。批料中有 300个坯件。最终尺寸为5.16mm。打磨时间为3.5小时的时候，平均磨 蚀量为180nm。平均磨蚀效率为51pm每小时。妙、轮中的槽深度在试验
结束后为1.10mm。
所述的槽深度是基于同一个砂轮，因为在所有三个试验中连续使用 同一个砂轮。因此，试验2开始即已经有0.5mm的槽深，而试验3则 开始即有0.94mm的槽深。因此，举例来说在试验3中槽深度只是扩大 了 0.16mm。
试验4:
对初始尺寸为6.12mm的氮化硅(Si3N》球体进行加工。在试验中总 共加工340件。研磨时间为9个小时。所达到的最终尺寸为5.956mm。 这对应9小时的打磨时间内磨蚀量高达120jAm。所获得的表面粗糙度 Ra为0.05阿至0.06拜。
试验表明，即使在槽深度很小的情况下也已能达到很好的磨蚀效 率。 一般来说，在球体打磨时磨蚀在槽深为球体直径的约20%时开始。 通常，在如上述三个试验中槽深度很小的情况下，球体几何形状也是相 对较差的。但三个试验的结果表明，即使在砂轮内的槽深度很小的条件 下也已经能获得很高的磨蚀量、很好的圆度和极好的直径分散度。砂轮 的磨损相比于很高的磨蚀量来说是很小的。值得注意的是，对试验2中 长的、桶形的坯件同样也能如圆形球体坯件那样进行很好的加工。
砂轮或粘合在支撑盘上的研磨层的良好的磨蚀效率和很小的磨损 都要归因于研磨颗粒的人造树脂结合剂。这种结合与现有技术的电解结 合不同，其能保证研磨颗粒在结合剂基体中的弹性运动4艮微小。在比如 通过特别硬的陶瓷球体产生的最大负荷时，由于这种弹性，研磨颗粒可 以在显微镜尺度内发生位置偏差。砂轮的耐用度由此而显著提高。同样， 因为在球体在打磨工序中在妙、轮内形成槽，磨蚀效率也得到了改善。槽 的深度相对较小。但是其大于电解结合的砂轮，而后者实际上不能形成 槽。
最后，对于金属支撑盘上电解结合的金刚石研磨颗粒来说，可以预 计到，结合的损坏会导致整个结合区域的断裂并因此导致砂轮发生故 障，而对于人造树脂结合的砂轮来说，由于其自锐机理而情况不同。
结果是，经过打磨的球体在其圃度和直径分散度方面是非常好的。
磨蚀效率比已知方法中的磨蚀效率高了至少一个数量级。表面粗糙度则 只是在一种情况下进行了测量。这里，可以设计在粗磨和细磨之后再设 置一个磨光过程。
用于打磨陶瓷球体的新方法和新装置不仅实现了获得良好磨蚀结果的 同时还有4艮高的磨蚀效率，而且也实现了一种符合现代合理方法的研磨机 的应用。因此，可以例如使用用以导入球体的储料槽。冷却润滑剂的使用 也起到了技术上控制研磨过程的作用，并允许连接相应的过滤装置，由此 可以使得所述方法非常有利于环境。研磨后球体的清洁也特别简单并且可 以在传统的球体清洗机内进行，因为并没有产生对于打磨来说典型的研磨 青的粘结情况。
权利要求
1、一种在球磨机中打磨由诸如氧化物陶瓷、碳化物、氮化硅、宝石和半宝石的陶瓷材料和/或玻璃构成的球体的方法，其特征在于，用含有在人造树脂结合剂中的研磨颗粒的砂轮(3a)来进行打磨，且所述的研磨颗粒包括大于50％的金刚石构成和小于5％的Cr2O3。
2、 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述研磨颗粒包括大于 90%的金刚石。
3、 根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述研磨颗 粒100%由金刚石构成。
4、 根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述人造树 脂结合剂是热压的酴醛树脂结合剂或聚酰亚胺结合剂。
5、 根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将钢制盘或 铸铁盘用作导向盘(l)。
6、 根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述砂轮(3a) 具有D181至D2的粒度。
7、 根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述砂轮(3a) 固定于支撑盘(3)上。
8、 根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，添加珩磨油 或研磨乳液作为冷却润滑剂。
9、 根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将两个砂轮 (3a，la)用于Stone-to-Stone方法中。
10、 根据权利要求9的方法，其特征在于，两个砂轮(3a，la)基本上 是结构相同的。
11、 一种用具有结合的金刚石研磨颗粒的砂轮来打磨由诸如氧化 物陶瓷、碳化物、氮化硅、宝石和半宝石的陶瓷材料和/或玻璃构成的 球体的装置，其特征在于，所述砂轮(3a)具有人造树脂结合剂，特别是 热压的酚醛树脂结合剂。
12、 根据权利要求ll的装置，其特征在于，将砂轮(3a)固定于支撑 盘(3)上。
13、 具有在人造树脂结合剂中的金刚石研磨颗粒的砂轮(3a)用于打磨由诸如氧化物陶瓷、碳化物、氮化硅、宝石和半宝石的陶瓷材料和/ 或玻璃构成的球体的用途。
全文摘要
本发明涉及一种在球磨机中打磨陶瓷球体的方法。该方法是特别合理的，因为打磨是采用含有结合在人造树脂结合剂中的金刚石研磨颗粒的砂轮来进行的。
文档编号B24B11/00GK101107096SQ200680003166
公开日2008年1月16日 申请日期2006年1月6日 优先权日2005年1月27日
发明者卡尔-奥托·施托克, 瓦尔特·卡, 迈克尔·珀奇, 迈克尔·豪贝特, 马尔科·韦伯 申请人:亚特兰帝克有限责任公司