高精度加工㊂ | 钢、玻璃、陶瓷、硬脆与复合材料表面精加工方案

发布时间: 05月17日 浏览次数:466

 

硬脆材料表面精密加工是针对零件工况条件和性能需求,在创新设计的基础上,对表面技术和新材料技术的综合运用。发展表面精密加工对促进国民经济发展、推进国防现代化、贯彻可持续发展战略具有重要意义。

 

每种应用都有自己的生产技术 。加工多种不同的材料,包括陶瓷、碳化钨、有色金属、钢、塑料和玻璃,都会应用到单一或组合的表面精加工方案。

 

超精密磨削

加工硬脆材料基材的高精度零件

制造商们都在比拼配备最先进的机器,包括用于使用单晶金刚石工具进行超精密磨削和超精密车削,包括超声波辅助金刚石车削。制造工艺能够生产各种几何形状,包括旋转和非旋转对称零件,例如球体、非球面、自由曲面和结构化表面。

 

适用于超硬陶瓷的精加工工具 图源:三磨所/国机集团

 

硬质和脆性材料(如碳化钨、陶瓷或玻璃)制成的高精度零件用于工具和模具制造行业、光学行业或医疗技术应用等一系列领域。这些材料的突出特点是具有极高的耐磨性、耐温性、高硬度和低断裂韧性。由于这些特性,材料只能通过使用几何形状未定义的切削刃的切削操作进行加工。精密磨削就是这样一种操作。因此,无论要生产具有高精度表面的零件,超精密磨削工艺都是必不可少的。

 

很多制造商单独设立了精密研磨部门,可满足大部分精密需求,并定制了严格的公差参数:

 

  • 外径公差小至 +/- 0.00005" (±0.001mm)

  • 内径公差小至 +/- 0.00005" (±0.001mm)

  • 圆度为 +/- 0.00005" (±0.001mm)

  • 圆柱度为 +/- 0.00005" (±0.001mm)

 

图源:ipt.fraunhofe

 

五轴现代磨床用于对硬脆材料制成的零件进行高精度加工操作。这些机器在轮廓精度和表面质量方面满足最严格的要求。由于机器的定位精度远低于1微米,因此即使是复杂的几何形状也可以在超精密操作中进行加工。如使用专用带有空气轴承的磨削和工件主轴保证了最大的形状和表面质量。超精密机床和空气轴承主轴,结合合适的工艺策略,可以实现PV<250nm的形状精度和Ra<5 nm的表面粗糙度。

 

QPQ盐浴复合处理技术

提升一般金属的耐磨性、抗蚀性

QPQ”是英文“Quench-Polish-Quench”的缩写。原意为淬火一抛光一淬火,在国内把它称作QPQ盐浴复合处理技术,通过硬化和抛光来提高一般表面的耐磨性、抗蚀性,而工件几乎不发生变形,这对各种结构钢、工具钢、不锈钢、各种铸铁为基材的精密零件和表面粗糙度要求较高的工件来说是非常必要的。QPQ金属表面处理工艺可以替代镀铬的工艺,成为新一代表面处理工艺。好处如下:

 

  • 通过降低摩擦系数提高磨损部件的润滑性

  • 极强的耐磨性,使其成为金属部件的理想涂层

  • 提高零件和组件的疲劳强度

  • 提供极强的耐腐蚀性

  • 通过降低摩擦系数提高磨损部件的润滑性

  • 还具有节能、无公害、几乎不变形等优点

 

 

QPQ盐浴复合处理技术适用典型零部件包括:发动机气门、曲轴、缸套、齿轮、凸轮、轴承、主轴、滑块、转向臂、导轨、液压缸、万向节、连接销、各种模具、活塞、螺纹螺丝、螺栓螺母、泵体、高速钢钻头、枪管、各种刀具、法兰、键销、垫片、壳体等等。

 

阳极氧化法

提升碳纤维复合材料表面力学性能

碳纤维很少单独使用,主要用作复合材料的增强体,其力学性能优势通过复合材料发挥出来。但复合材料的性能不仅取决于碳纤维本身,更取决于碳纤维与基体之间的界面。

 

碳纤维经过高温炭化处理后,大部分非碳元素被脱除,纤维表面呈现较高的惰性,导致在制造复合材料时基体对碳纤维的浸润性变差。通过对碳纤维进行表面改性,可以改善其表面活性以及与基体的浸润性,从而有利于复合材料力学性能的提高。因此,阳极氧化法是碳纤维制备过程中的重要环节之一。

 

图源:thegadgetflow

 

氧化法是利用氧化剂对碳纤维进行氧化,使纤维表面产生活性基团位点来达到提升表面活性的目的。此外,氧化反应还会在光滑的碳纤维表面刻蚀出沟槽,增加复合材料界面的接触面积,对基体材料产生机械连锁效果,进一步提升界面强度。液相氧化法和电化学阳极氧化 (EAO) 法是当下主流的两种方法。

 

液相氧化法

 

使用如硝酸、硫酸、过氧化氢的溶液作为氧化剂。将碳纤维浸入氧化剂溶液中反应,使其表面氧化产生活性基团,并增加粗糙度。在近来的研究中,液相氧化法已不再单独作为一种改性方法独立存在,而是作为其它改性方法的预处理,通过氧化引入活性基团,以便于后续处理进行。

 

图源:rwcarbon

 

电化学阳极氧化

 

EAO是通过将碳纤维浸没在电解质溶液中,以纤维作为阳极施加电流,在纤维表面氧化形成活性官能团。常见的电解质有 (NH4)2CO3,NH4H2PO3,(NH4)2HPO3 等。电化学阳极氧化法处理装置便于工业化连续生产,且易于控制反应条件,废弃物易处理,对纤维造成损伤较小,是较为优秀的氧化处理工艺。

 

化学强化

3C玻璃创造的表面韧性

图源:Abrisa Technologies

 

必须了解玻璃为什么会破裂或破碎。玻璃会因表面的缺陷而破裂。当玻璃上有张力时,这些缺陷会传播。而强化之后的玻璃——如钢化玻璃由于其安全性和强度被用于各种苛刻的应用,包括乘用车窗户、淋浴门、建筑玻璃门、桌面、冰箱托盘、防弹玻璃的组成部分、潜水面罩和各种盘子和炊具的类型。

 

强化玻璃可以通过三个主要过程完成:热回火、热强化和化学强化,以增加玻璃的耐热性和整体强度

 

热回火

 

钢化玻璃是一种安全玻璃,通过受控热处理来增加其与普通玻璃相比的强度。回火使外表面处于压缩状态,而内表面处于拉伸状态。这种应力会导致玻璃在破碎时碎成小颗粒块,而不是像平板玻璃(又名退火玻璃)产生的那样分裂成锯齿状碎片。颗粒块状不太可能造成伤害。

 

强化玻璃引起的性能变化 图源:abrisatechnologies

 

热强化

 

普通浮法玻璃的热处理工艺是将玻璃加热到超过其软化点(600℃以上),然后迅速冷却。这种冷却使外表面在其膨胀模式下冻结,同时允许内部材料随着温度下降而缩回,从而在外层产生压缩强度并在内层产生张力。钢化玻璃的抗压强度高于热强化玻璃。

 

图源:corning

 

化学强化

 

高离子交换玻璃化学强化玻璃,通过后期化学工艺提高了强度。将玻璃浸入 300°C 的含有钾盐(通常为硝酸钾)的浴槽中。这导致玻璃表面中的钠离子被浴液中的钾离子取代。这些钾离子比钠离子大,因此当它们迁移到硝酸钾溶液时,它们会楔入较小钠离子留下的间隙。离子的这种替换导致玻璃表面处于压缩状态,而芯部处于补偿张力状态。化学强化玻璃的表面压缩可达690 MPa。该工艺通常将玻璃的强度提高到浮法玻璃的 6 到 8 倍。

 

超声波清洗

高纯度陶瓷部件

高纯度陶瓷部件包括用于医疗行业、半导体制造和高温应用的设备。其中许多部件很脆弱,表面易碎,或者涂有相对柔软的薄膜。

 

即使使用正确的频率,高纯度陶瓷部件也难以清洁。有时超声波清洗会导致表面粗糙或变色,小于一毫米的微观结构可能无法完全清洗。当用于半导体制造时,超声波清洗必须从表面去除亚微米颗粒。在医疗应用中,设备可能需要消毒和清洁。

 

图源:nuoyipc

 

虽然超声波可以快速彻底地清洗高纯度陶瓷部件,但这些部件的特殊特性和表面使得使用正确的超声波清洗系统变得至关重要。频率和功率必须与零件和清洁应用相匹配。超声波清洗机产生的波形和调制会影响清洗性能。清洗槽的溶液和温度也是清洗某些零件的重要因素。为了获得正确配置的系统,必须考虑所有这些因素。经验丰富的超声波清洗制造商可以评估高纯度陶瓷清洗应用。

 

正确的频率有助于快速清洁,同时避免损坏零件。虽然可以在20 kHz左右的最低超声波频率下清洁硬金属零件(例如不锈钢制成的零件),但这些频率会在清洁溶液中产生高能空化气泡。78 至 160 kHz 范围内的超声波频率通常不会损坏高纯度陶瓷部件,但有时可能需要高达 430 kHz 的频率以避免损坏某些清洁应用中的部件。当提供高达 1200 W 的所需功率水平可提供最有效的波形。

 

Blue Star R&D超声系统  图源:苍的星超声波技术(东莞)有限公司

 

另外工业超声波发生器提供可编程频率调制,可配置以增强特定清洁应用。添加水共振系统 (WRS) 可以调节水以提供三维清洁和增强的清洁能力。清洗槽材料、清洗液温度以及清洗液中添加的溶剂或消毒剂也会对有效的清洗性能产生影响。配置超声波清洁器包括特定应用所需的特性和功能对于获得所需的清洁结果很重要。

 

关于钢、玻璃、陶瓷、硬脆与复合材料表面精加工方案,以上只是精密加工的冰山一角,更多创新实用的表面精加工技术和装备,欢迎光临DeburringTec去毛刺&表面精加工技术展,发现更多有品、有料、有人气的解决方案。

 

关键词:# DeburringTec去毛刺展 #  碳化钨 # 精密陶瓷 # 先进玻璃 # 超精密磨削工艺 # 五轴现代磨床 #  QPQ盐浴复合处理技术 # 碳纤维 # 阳极氧化法 # 液相氧化法 # 电化学阳极氧化 (EAO) 法 # 钢化 # 热强化 # 化学强化 # 超声波清洗 #

国际去毛刺&表面精加工技术展览会

2022.12.12-14

苏州国际博览中心

参展联系
参观联系

E-News 订阅

立即订阅,获取DeburringTec行业前沿资讯

2020国际去毛刺&表面精加工技术展览会
关注我们
2020国际去毛刺&表面精加工技术展览会
订阅电子快讯以获取最新消息

输入您的邮箱,立即订阅,更多展会资讯一手掌握

主办单位

汇捷通展览(上海)有限公司

总部:北京市朝阳区时间国际中心A座2003室

电话:+86 10 58677200

邮箱:vivian.feng@hjtexpo.com

联合主办方

fairXperts GmbH & Co. KG

DeburringTec 官方微信

© 2021 DeburringTec. ALL RIGHTS RESERVED 京ICP备14038783号-5
我们使用Cookie来个性化内容和广告,以提供于社交媒体功能并分析我们的流量。 我们还与社交媒体,广告和分析合作伙伴共享有关您在我们网站的信息。如果您继续使用我们的网站,即表示您同意我们对此类Cookie的使用。