陶瓷材料作为一种难加工材料,进行机械加工时候要注意哪些问题
耐磨、 耐高温和耐腐蚀等特性, 而被日益广泛地应用于电子、机械、冶金、化工及航空航天等领域中。但由于工 程陶瓷具有很高的硬度和较大的脆性,给其成形加工带了很大的困难。 机械磨削是目前最常用的工程陶瓷加工方法,该加工方法需用昂贵的金刚石 砂轮和高刚度的磨床,加工成本高、 效率低,且磨削时砂轮和工件之间存在强烈的 作用力,易使工件表面产生微裂纹而降低零件的使用寿命。 为此,人们开展了绝缘 工程陶瓷的激光加工、超声加工、电火花加工、等离子弧加工、磁力研磨,以及 相关的相复合加工等技术,并取得了较大的研究进展【4】。
1、激光加工工程陶瓷
目前国内外学者对陶瓷材料激光加工技术的研究主要集中在打孔、切割、划 线和型腔加工等方面。洪蕾等人用自行研制的机械斩光盘调Q CO2,冲激光器对 Si3N4 陶瓷切割试验表明,在高峰值能量(≥15 kW) 、短脉冲宽度(1μs) 、高脉 冲频率(20kHz) 和适当的平均功率(300 W) 条件下,采用高速(>220 mm/ s) 多次 重复走刀切割工艺,可以得到无裂纹的精细切口。陈可心等人采用0.25 MPa 氧气 作辅助气体,用800 W 的连续波CO2 激光在厚度13.5 mm 的氮化硅陶瓷上加工出 了直径0.72 mm的无损伤深孔,深径比达18.75Tsai Chwan2Huei 等人提出 了基于裂纹加工单元的激光铣削方法,他们采用CO2 和Nd : YAG激光器对Al2O3 陶瓷进行了基于裂纹加工单元的激光铣削加工,并在Al2O3 陶瓷零件上加工出了 形状较复杂的型腔。研究结果表明,采用该方法进行激光铣削所需要的功率比通 常的方法低。Henry Matt等人对TBC 陶瓷、聚晶金刚石、硬质合金和不锈钢等材 料的激光铣削工艺进行了试验研究。
为把激光加工技术更好地应用于陶瓷加工中,人们还探讨了激光预热辅助切 削或磨削等方法,其目的是增强陶瓷被加工部位的韧性,以达到降低切削或磨削 力、提高加工效率和质量等目的。I. D.Marinescu 等人对Al2O3 、Ferrite 、 ZrO2 和Si3N4 4 种材料进行了激光预热磨削试验,发现激光预热磨削不仅能减 少磨削过程中温度的影响作用,而且还能降低陶瓷的硬度, 增大去除量而不引起 磨削裂纹。美国Purduce 大学的C. J . Rozzi 等人对激光辅助切削工程陶瓷技 术进行了研究,建立了激光辅助切削ZrO2 、 Si3N4 等陶瓷瞬时三维温度场 传递的物理、数学模型,并总结出了相应的加工规律。
2、超声加工工程陶瓷
与电火花加工、电解加工、激光加工等特种加工技术相比,超声加工既不依 赖于材料的导电性,又没有热物理作用,加工后工件表面无组织改变、 残余应力及 烧伤等现象等发生加工过程中宏观作用力小,适合于加工不导电工程陶瓷。 T. B. THOE 等人对超声加工Al2O3 、ZrO2 、SiC等陶瓷的工艺规律和加工 机理进行了研究,给出了的研究结果,并用超声加工技术在Si3N4陶瓷上加工出了 航空航天用的涡轮叶片。
研究资料表明, 采用超声磨削工程陶瓷时,当磨削深度小于某临界值时,工程 陶瓷的去除机理与金属磨削相似,工件材料在磨刃的作用下通过塑性流动形成切 屑,避免了较深变质层的形成,塑性磨削可以获得Ra <0. 01 μm 的表面质量。超 声磨削工程陶瓷的优点是加工效率比普通磨削高一倍以上,可采用较大的磨削用 量,能有效防止砂轮堵塞,减少砂轮的修整时间。
3、电火花加工工程陶瓷
在用电火花工艺加工工程陶瓷方面,日本长冈技术科学大学福泽康与丰田工 业大学毛利尚武的研究成果最具有代表性,他们提出了用辅助电极的方法加工绝 缘陶瓷材料。 该方法是利用放置在陶瓷表面的金属辅助电极被击穿放电时的熔化 和碳化等作用,来形成绝缘陶瓷表面的导电层以进行电火花加工的。 此后,他们又 探讨了采用物理蒸汽沉积TiN 来形成绝缘陶瓷表面导电层的电火花加工方法,以 及用廉价的石墨胶体溶液涂敷在工件表面,经过烘干等工序形成辅助电极的方 法。 Apiwat Muttamara 等人用普通电火花成形机和辅助电极电火花加工系统相 结合,以直径45μm 铜钨电极在0. 3 mm 厚的Si3N4 陶瓷工件上成功地加工出了 直径55μm 的微孔。
4、电解电火花复合加工
绝缘工程陶瓷电解电火花复合加工时,工具电极和辅助电极分别接电源的 负、 正极,工作液为电解液,由电解液的导电作用和电化学反应来形成火花放电的条件,达到放电蚀除加工的目的。 刘永红等人提出了绝缘陶瓷材料的充气电解电火花复合加工方法,研究结果 表明该加工方法具有生产率高和能耗小等优点。B. Bhattacharyya 等人使用 NaOH 溶液作电解液对高纯Al2O3 的加工试验发现,加工电压越高材料去除速度 越高,但微裂纹和其他缺陷也相应增加电解液浓度越高材料去除率越高,但过切 现象也越严重。
试验显示能够同时获得较高材料去除率和尺寸精度的加工参数为: 加工电压80 V 左右,电解液是NaOH 质量分数为40 %的溶液。另外,工具电极的尖 端形状也是影响电解电火花复合加工的一个重要因素,端部为锥形尖端形状的电 极要比端部为圆柱形的加工效果好。
5、等离子弧切割
等离子弧切割可加工所有导电材料,生产成本低、切割速度快、生产率高。 对于非金属可以采用非转移型等离子弧进行切割,非转移型等离子弧在切割时阳 极斑点在喷嘴上,大量热能经水冷散失,因此能量利用率低。 由于受弧柱形态及温 度场分布限制,该加工技术很难胜任较大厚度工件的切割。
大连理工大学进行了 绝缘陶瓷材料附加阳极等离子弧切割技术的研究工作,其基本原理是在被加工陶 瓷件下方设置一个附加电极,利用阴极与附加电极之间产生的等离子弧进行切割 加工。他们用该方法对6 mm 厚的Al2O3 陶瓷板进行了切割试验,得到了上口宽 5. 0 mm , 下口宽4. 7 mm , 切口角2. 9°的光滑切口。
一般来说,开加瓷砖工厂的话是需要那些陶瓷加工机械,两台手动切割机,一台圆弧抛光机的。那个是比较传统的。如果现在想要加瓷砖加工厂的话,就应该上最先进的设备,又省人工,又有竞争力。应该选择,一台圆弧线条机,一台数控切割机,一台手动切割机。有了这三样设备的话,接大项目,接大工程来做都没问题的。手动切割机就是负责切割瓷砖的,圆弧线条机就是做各种效果,修边,开槽,倒角,磨圆边,抛光,做法国边,鸭嘴边,异形条的。
之前可以通过车削泥坯或者拉坯或者模制,反正陶瓷是两回事,是陶和瓷,瓷制品还行,陶制品肯定不能车削。
提供你一个陶瓷类制品 硬度数据
对应的陶瓷产品
刻划实验
金刚石 10
刚 玉 9
黄 玉 8
化学瓷
日用瓷
火花塞
8~7,用铜质刀刃能刻划
石 英 7
火花塞
绝缘子瓷
化学瓷釉
绝缘子瓷釉
炻炻器
正长石 6
火花塞瓷釉
仪器玻璃
搪瓷釉
绝缘子瓷釉
白色陶器
6~5,用优质的小刀刃能刻划
5~4,用软铁能刻划
磷灰石 5
石英玻璃
窑玻璃瓶玻璃
萤 石 4
瓶玻璃
方解石 3
3,铜线能刻划
石 膏 2
2,指甲能刻划
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烧制后的可以,但是只限于工件
电动搅拌机、粘度计、快速水分测定仪、升降式高温坩埚炉,热处理晶化炉,快速凝固设备、多功能混合机,高速分散机,离心机、实验电炉、小型混捏机,影像式高温烧结性能测试仪等。
其他的还要根据您具体的陶瓷产品而定。
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普通CNC适用于金属、塑料等材料的加工,其主轴转速上限一般是24000rpm,普通CNC也能加工氧化铝陶瓷,只要调整好主轴转速,换好刀具,加工氧化铝陶瓷还是可以的,问题在于普通CNC加工氧化铝陶瓷的精度比加工金属、塑料等材料的精度要低,还有就是普通CNC的防护等级不够,硬是要拿普通CNC加工氧化铝陶瓷的话就一定要做好清洁,毕竟普通CNC的设计没有太过考虑到陶瓷材料。
石墨专用CNC顾名思义最适合用来加工石墨,也可以拿来加工氧化铝陶瓷,主轴转速上限大部分和普通CNC一样是24000rpm,和普通CNC不同的是,石墨专用CNC的防护效果更强,这是为了防止石墨粉尘对CNC的破坏,其实加工石墨和加工陶瓷时的情况类似,产生的屑都是粉末状,所以石墨专用CNC加工陶瓷就不用像普通CNC那样对清洁太过上心,而且加工精度会比普通CNC好,因为刚性更强,也比普通CNC重。
陶瓷专用CNC无疑是最适合加工氧化铝陶瓷的了,从陶瓷专用这四个字就能看出来,其主轴转速最高能达到36000rpm,这是陶瓷专用CNC与普通CNC和石墨专用CNC最大的区别,高转速使得CNC能够快速加工氧化铝陶瓷,这里的快速不是那种一下就能加工完成的快速,而是陶瓷专用CNC加工氧化铝陶瓷的速度明显比其余两者高,除此之外防护效果和石墨专用CNC相当,也有刚性更强,机体更重的特点。
虽然从结果上来说三种CNC都能加工陶瓷吸片,但是用普通CNC加工陶瓷吸片是最不推荐的,成本太高,不值得,有那功夫加工陶瓷还不如多做做“本职工作”,石墨专用CNC加工陶瓷吸片没什么问题,论效率的话,还是陶瓷专用CNC更快,所以加工陶瓷吸片用陶瓷专用CNC更好。
激光在材料上钻出小孔的道理很简单(激光钻孔),做法也不复杂。
激光有很好的相干性,用光学系统可以把它聚焦成直径很微小的光点(小于1微米),这相当于用来钻孔的"微型钻头"。其次,激光的亮度很高,在聚焦的焦点上的激光能量密度(平均每平方厘米面积上的能量)会很高,普通一台激光器输出的激光,产生的能量就可以高达109焦耳/厘米2,足可以让材料发生熔化并汽化,在材料上留下一个小孔,和用钻头钻出来的一个样。
怎样用好激光"钻头",激光科学工作者也做了许多研究工作。他们发现,用每秒发射许多个光脉冲(通常叫高重复率激光脉冲)做"钻头",打出来的小孔质量比用单个光脉冲,或每秒时间内少数几个光脉冲打出来的孔好。道理大概是这样:在用每秒一个光脉冲或少数几个脉冲打孔时,对每个光脉冲的激光能量要求比较高,让材料能被加热至熔化才能打出孔。但是,融熔了的材料没有办法充分汽化,却把在它附近的材料加热和使它们汽化,结果,被打出来的小孔在形状大小上就不那么规整。如果使用的是高重复率激光器输出的光脉冲,这时每个光脉冲平均的能量并不很高,但由于光脉冲的宽度窄,功率水平却不低。于是每个激光脉冲在材料上形成的融熔体不多,主要是发生汽化。由于使小孔附近的材料加热时融熔体很少,因而也就不出现在用单脉冲打孔时出现的事。打出的小孔形状和大小就规整得多了。
要使打出的小孔质量高,还需要注意激光焦点位置的选择。选择焦点位置的原则大致是这样:对于比较厚的材料,激光束焦点位置应位于工件的内部,如果材料比较薄,激光束焦点需放在工件表面的上方。这样的安排会让打出来的小孔上下大小基本上一致,不出现"桶状"的小孔。
用激光在材料上钻孔,钻出的小孔质量不仅非常好,特别是在打大量同样的小孔时,还能保证多个小孔的尺寸形状统一,而且钻孔速度快,生产效率高。所以,除在电子工业生产中用激光打孔外,其他许多工业生产部门都在采用,比如普通香烟过滤嘴上的小孔、喷雾器阀门上的小孔,也在采用激光加工。喷雾器罐和瓶子颈部都有一个用来控制压缩物质(比如除臭剂、油料或者其他液体)的流量,阀门使用的性能就由喷雾器上这只小孔来决定了。这只小孔的直径为10微米到40微米,用其他机械加工方法不那么好做,用激光来加工,能保证质量,还能保证速度。