一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法，将陶瓷造粒粉注入组合模具中，经过等静压处理后获得陶瓷主轴素坯；将陶瓷主轴素坯放置在V形槽上，并进行烧结，从而获得陶瓷主轴烧结体；在无芯磨床上对陶瓷主轴烧结体进行加工至规定尺寸与尺寸精度，获得微型高速电主轴用陶瓷主轴成品。与现有技术相比，本发明专利技术的陶瓷主轴的素坯是借助组合模具与等静压技术完成的。本发明专利技术制得的陶瓷主轴较硬合金材质的主轴具有噪声小、发热低、疲劳寿命长等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料的制备领域，尤其是涉及一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法。

技术介绍

[0002]高速电主轴是机床的核心功能部件之一，其是实现快速加工，提高加工效率，不可或缺的重要单元，对机床加工精度有着重要的影响。随着现代加工技术不断的进步，电机主轴的发展朝着微型、高精度的趋势发展。
[0003]作为电机主轴关键部位的轴承，其性能对电机主轴的性能有着至关重要的影响。由于陶瓷材料强度高，刚性好，热膨胀系数小，耐高温，益于消除电机运行过程中的噪音，并有益于提高电机主轴的寿命，所以陶瓷材料主轴用作电机主轴是一种新的技术方向。目前，很多数控机床和加工中心用高速电主轴均采用混合陶瓷球轴承以及陶瓷主轴结构。
[0004]微电机用陶瓷主轴的尺寸规格一般为对其高质高效的成形方法非常重要，目前对细长轴状主要采用挤出成形或者浇注成形工艺，这些工艺成形素坯的胶含量较高，难以获得致密细晶的陶瓷产品。
[0005]中国专利CN100436009C公开了一种热等静压氮化硅全陶瓷电主轴及其制造方法，该电主轴包括陶瓷主轴、陶瓷套圈、陶瓷轴承、预紧弹簧、套筒、转子线圈、定子，电主轴的陶瓷套圈固定在电主轴套筒的轴承座内，定子固定在套筒上，而转子线圈则通过过盈配合固定在陶瓷制成的陶瓷主轴上；陶瓷轴承通过预紧弹簧进行预紧。该电主轴的陶瓷主轴的磨削加工过程可分为粗磨、半精磨、精磨、抛光四个阶段来完成。该专利仅说明陶瓷主轴采用氮化硅粉末材料通过热等静压烧结制成，然而冷等静压因受模具限制，一直被认为不适合生产直径小于陶瓷长轴状件。究其原因，研究发现，等静压成形过程中模具自身回弹力会对素坯强度产生不利影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法，本专利技术通过在橡胶软模的中心部位内置金属芯棒解决压制成型过程中模具自身回弹对细长棒状陶瓷素坯强度的影响，并通过烧结辅件V型槽改善单一接触阻力对烧结的影响，制备出了胶含量低的高致密度的细长陶瓷主轴素坯。本专利技术丰富了当前微型细长棒状陶瓷主轴的制备技术。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术提供一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将陶瓷造粒粉注入预先制备的组合模具中，经过等静压处理后获得陶瓷主轴素坯；
[0010]将陶瓷主轴素坯放置在V形槽上，并进行烧结，从而获得陶瓷主轴烧结体；
[0011]在无芯磨床上对陶瓷主轴烧结体进行加工至规定尺寸与尺寸精度，获得微型高速电主轴用陶瓷主轴成品。
[0012]本专利技术的主要改进在于，陶瓷主轴的素坯是借助组合模具与等静压技术完成的。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述组合模具的外形呈圆柱状，组合模具由橡胶软模、金属芯棒和金属盖板组成的，所述橡胶软模为圆筒结构，其中心为中心通孔型腔，圆筒侧壁上开设有若干平行于中心轴的成型通孔型腔，所述中心通孔型腔内部由与中心通孔型腔形状相同的金属芯棒填充，所述成型通孔型腔用于装填陶瓷造粒粉，以通过等静压处理后获得陶瓷主轴素坯，所述橡胶软模的上下两端设置金属盖板，仅轴侧面为橡胶材质。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述成型通孔型腔贯通橡胶软模的上下两端，所述成型通孔型腔为对称型设置。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，所述金属芯棒的直径为橡胶模具的外径的1/4～1/3。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，所述金属盖板的外径与橡胶模具的外径相同。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，所述金属盖板与金属芯棒是一体结构，或，所述金属盖板与金属芯棒是分离式结构。
[0018]在本专利技术的一个实施方式中，所述陶瓷主轴为细长棒状，其直径≥2mm，长度≥30mm。
[0019]按照最终尺寸为直径Φ3.000mm，长度40.800mm陶瓷主轴为例，所述成型通孔型腔尺寸为Φ6.000mm，长度82mm。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，所述陶瓷造粒粉的中位粒径D50在0.3μm～0.8μm，造粒粉的松装密度为0.79～0.90g/ml，且所述陶瓷造粒粉中粘结剂的含量较低，为3w％～5wt％。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，所述等静压处理包括干式等静压和湿式等静压，其中干式等静压处理时可直接压制，湿法等静压处理时需对填充完成后的模具进行密封和包套处理；常用压制参数为200MPa
‑
300MPa，泄压方式采用快速泄压。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，所述V形状槽的材质与烧结气氛有一定关系，在气压烧结时，所述V形状槽选择石墨材质，常压烧结所述V形状槽可考虑其他耐高温材质。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，所述烧结时的烧结程序采用边升温边保温的方式或者采用低速率升温的方式。
[0024]在本专利技术的一个实施方式中，所述烧结时的烧结程序采用：按照2℃/min升温，每次升高200℃保温10min，至1750℃保温30min。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，所述无芯磨床的加工包括两个步骤，先采用快速磨削去余量，后使用小磨削用量提高精度及粗糙度，该技术不仅效率高，而且能满足陶瓷主轴对加工精度和粗糙度需求。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下方面：
[0027]本专利技术采用陶瓷材料为电机主轴的轴承材料，有效改善了现有电机主轴噪声大的问题，并有益于提高电机主轴的疲劳寿命。
[0028]本方法提出的技术路线为：模具法结合等静压处理技术成型—V型槽伴随烧结—加工；较传统的技术路线：注射成型—排胶—烧结—加工，具有操作简单，成品率高等优点。
[0029]本专利技术提出的组合模具解决压力成型技术中因回弹等导致的断裂。模具仅轴侧面为橡胶材质确保压力传导使粉末成型，模具中心部位为刚度大的金属芯棒填充，减少橡胶
模具的回弹过程中对已成型陶瓷主轴素坯的影响。制备出胶含量低的高致密度的细长棒素坯，优于常见的注射成型的素坯。
[0030]本专利技术提出V型槽模具伴烧技术解决烧结中因单一接触阻力导致的翘曲变形。提高了细长棒状陶瓷主轴烧结体的成品率。
附图说明
[0031]图1为本专利技术微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备工艺流程图；
[0032]图2为组合模具的结构示意图；
[0033]图3为组合模具的三种组合形式示意图；
[0034]图4为V型槽的结构示意图。
具体实施方式
[0035]本专利技术提供一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法，工艺流程参考图1，包括以下步骤：将陶瓷造粒粉注入预先制备的组合模具中，经过等静压处理后获得陶瓷主轴素坯；将陶瓷主轴素坯放置在V形槽上，并进行烧结，从而获得陶瓷主轴烧结体；在无芯磨床上对陶瓷主轴烧结体进行加工至规定尺寸与尺寸精度，获得微型高速电主轴用陶瓷主轴成品。
[0036]本专利技术的主要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将陶瓷造粒粉注入组合模具中，经过等静压处理后获得陶瓷主轴素坯；将陶瓷主轴素坯放置在V形槽上，并进行烧结，从而获得陶瓷主轴烧结体；在无芯磨床上对陶瓷主轴烧结体进行加工至规定尺寸与尺寸精度，获得微型高速电主轴用陶瓷主轴成品。2.根据权利要求1所述的一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法，其特征在于，所述组合模具的外形呈圆柱状，组合模具由橡胶软模(1)、金属芯棒(2)和金属盖板(3)组成的，所述橡胶软模(1)为圆筒结构，其中心为中心通孔型腔(11)，圆筒侧壁上开设有若干平行于中心轴的成型通孔型腔(12)，所述中心通孔型腔(11)内部由与中心通孔型腔(11)形状相同的金属芯棒(2)填充，所述成型通孔型腔(12)用于装填陶瓷造粒粉，所述橡胶软模(1)的上下两端设置金属盖板(3)。3.根据权利要求2所述的一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法，其特征在于，所述成型通孔型腔(12)贯通橡胶软模(1)的上下两端，所述成型通孔型腔(12)为对称型设置；所述金属芯棒(2)的直径为橡胶模具(1)的外径的1/4～1/3；所述金属盖板(3)的外径与橡胶模具(1)的外径相同。4.根据权利要求2所述的一种微型高速电主轴用陶瓷主轴的制备方法，其特征在于，所述金属盖板(3)与金属芯棒(2)是一体结构，或，所述金属盖板(3)与金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟月，张培志，郭方全，王云岫，祁海，田云龙，
申请(专利权)人：上海材料研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：