Si3N4陶瓷球研磨轨迹分析及其对表面质量的影响机制

目的 明确在相同的研磨液配比、磨料类型，不同的研磨盘转速、研磨装置施加的载荷、磨粒粒径下，陶瓷球研磨轨迹对陶瓷球表面质量的影响，确定锥形研磨法加工的氮化硅陶瓷球的最优研磨参数，提高陶瓷球的表面质量。方法 首先建立研磨盘和氮化硅陶瓷球的相对运动模型，利用MATLAB模拟不同研磨参数的下氮化硅陶瓷球的研磨轨迹，分析得到研磨参数和研磨轨迹的变化关系;再利用锥形研磨装置进行单因素实验验证，参与实验的3个变量设定为磨粒型号(粒径)、研磨盘转速和研磨装置施加载荷，将实验结果取样，通过粗糙度仪测量球体的表面粗糙度，用扫描电镜和超景深三维显微镜检测研磨后的陶瓷球表面形貌，结合仿真分析和实验结果探究研磨参数对加工后表面质量的影响。结果 将不同仿真轨迹下得到的研磨参数变化规律与实验结果相结合，得到了最佳的研磨参数，即研磨盘转速为50 r/min，施加的载荷为1.30 N，磨粒类型为W7。在此条件下得到的陶瓷球表面的粗糙度为0.009 6 μm，基本能达到实际生产中对G3级精度全陶瓷球的质量要求。结论 陶瓷球的表面质量受到研磨盘转速、研磨装置施加载荷及磨粒粒径的影响较大，由仿真分析和实验结合可知，在研磨过程中随着磨粒粒径的减小，以及研磨盘转速和载荷的下降，陶瓷球的研磨轨迹趋于稀疏，表面粗糙度Ra呈下降趋势。研磨氮化硅陶瓷球时取粒径较小的磨粒，以较低的研磨盘转速和较小的研磨装置施加载荷有利于提高其表面质量。此研究成果对提高陶瓷球的表面质量具有重要的指导意义。

Analysis on Lapping Trajectory of Si3N4 Ceramic Ball and Its Effect Mechanism for Surface Quality