一种陶瓷精密件的数字化成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及陶瓷，特别涉及一种陶瓷精密件的数字化成形方法。
【背景技术】
[0002]陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成形和高温烧结制成的由无机化合物构成的多相固体材料。因陶瓷具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化、抗热振等优点，广泛应用于航空航天、电力电子、机械工业、石油化工、光伏行业等许多领域，特别是碳化硅陶瓷，烧结后具有优良的高温力学性能、较小的热膨胀系数、高导热率、高弹性模量等特点，已经用做各类轴承、滚珠、密封件、切削工具、燃气轮机叶片、涡轮增压器转子等，也可用做飞机、航天器发动机的燃烧器部件、火箭喷嘴、核燃料的包封材料、大型反射镜等。
[0003]烧结前的陶瓷素坯脆性高、成形效率低、加工表面质量差、存在较为严重的崩边与裂纹现象，特别是加工高精度、形状复杂的精密零件时，以上问题就更为突出。
[0004]所以目前陶瓷的加工方法多为烧结后再加工，其方法主要包括数控磨削加工、线切割加工、超声波加工、激光加工等。
[0005]但是，陶瓷粉末烧结后硬度相当高，仅次于几种超硬材料，加工难度很大，加工效率低，且对加工工具也会造成很大的损伤;超声波加工、激光加工等先进的加工技术，虽然提升了加工效率，降低了设备的损伤，但成本高、价格昂贵。
【发明内容】
[0006]针对以上问题，本发明提供一种陶瓷精密件的数字化成形方法，该方法采用机械式逐层铣削的快速成形技术直接对陶瓷素坯原料进行加工，得到陶瓷零件的近净形素坯。
[0007]进一步地，一种陶瓷精密件的数字化成形方法，需对近净形陶瓷素坯进行烧结，并进行少量烧结后加工，得到陶瓷零件的最终成形产品。
[0008]进一步地，一种陶瓷精密件的数字化成形方法，需陶瓷零件原始三维CAD数字模型与根据烧结收缩率，建立近净形陶瓷素坯的三维CAD数字模型，并根据近净形陶瓷素坯的三维CAD数字模型生成NC加工代码。
[0009]进一步地，一种陶瓷精密件的数字化成形方法，针对不同的陶瓷素坯材料，应选用不同的加工刀具。
[0010]进一步地，一种陶瓷精密件的数字化成形方法，针对不同的陶瓷素坯材料，应设定不同的主轴转速、切削深度和切削速度。
[0011]进一步地，一种陶瓷精密件的数字化成形方法，数字化铣削完毕后需对近净形陶瓷素坯进行粉末清理。
[0012]与现有的陶瓷成形技术相比，本发明具有以下优点:
(1)直接在素坯状态下进行近净形加工，得到近净形陶瓷素坯，减少了烧结后的加工余量，降低了烧结后的加工难度，减轻了刀具的磨损；
(2)通过设置合理的切削参数与选择合适的加工刀具，可以有效防止崩边与裂纹等加工问题，所得近净形陶瓷素坯表面质量高，且薄壁面成形率高；
(3)采用数字化成形方法，不仅加工精度高，且可实现复杂曲面的一次性成形，特别适合高精密性、高复杂性陶瓷零件的成形；
(4 )效率高、成本低、无切削液排放、绿色环保。
【附图说明】
[0013]图1为一种陶瓷精密件的数字化成形方法示意图。
具体实施例
[0014]为了清楚地表达出本发明的陶瓷精密件数字化成形方法的步骤特点，以下结合图1，列举一个碳化硅陶瓷精密件数字化成形的实施例。
[0015]第一步，素坯制作:
(O按照工艺要求，将不同颗粒、目数的碳化硅陶瓷粉末与一定量的烧结助剂混合均匀、磨成细粉；
(2)将粉末装入模具加压并保持一段时间制成块状碳化硅陶瓷素坯原料2。
[0016]第二步，素坯加工:
(1)根据碳化硅陶瓷精密件原始三维CAD数字模型与碳化硅陶瓷的烧结收缩率，建立近净形碳化硅陶瓷素坯的三维CAD数字模型，并生成加工代码；
(2)将块状碳化硅陶瓷素坯原料2置于数控加工平台I上，并用夹具5将块状碳化硅陶瓷素坯原料2夹紧；
(3)将加工代码转化为数控机床4的驱动代码，并采用硬质合金铣刀3完成对块状碳化硅陶瓷素坯原料2的数字化铣削；
(4)对加工完毕后的近净形碳化硅陶瓷素坯进行粉末清理，避免粉末粘结在素坯上，影响后续工艺。
[0017]其中，碳化硅陶瓷素坯粗加工过程选取主轴转速7200 r/min，切削深度0.4mm，切削速度18mm/s ；精加工过程选取主轴转速7200 r/min，切削深度0.2mm，切削速度20mm/s。
[0018]第三步，烧结与后续加工:
按照工艺要求，对采用数字化成形的近净形碳化硅陶瓷素坯进行烧结，并采用数控磨削加工的方法进行烧结后加工，得到最终成形产品。
[0019]虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1.一种陶瓷精密件的数字化成形方法，其特征在于，该方法采用机械式逐层铣削的快速成形技术直接对陶瓷素坯原料进行加工，得到陶瓷零件的近净形素坯。2.根据权利要求1所述的一种陶瓷精密件的数字化成形方法，其特征在于，需对近净形陶瓷素坯进行烧结，并进行少量烧结后加工，得到陶瓷零件的最终成形产品。3.根据权利要求1所述的一种陶瓷精密件的数字化成形方法，其特征在于，需根据陶瓷零件原始三维CAD数字模型与烧结收缩率，建立近净形陶瓷素坯的三维CAD数字模型，并根据近净形陶瓷素坯的三维CAD数字模型生成加工代码。4.根据权利要求1所述的一种陶瓷精密件的数字化成形方法，其特征在于，针对不同的陶瓷素坯材料，应选用不同的加工刀具。5.根据权利要求1所述的一种陶瓷精密件的数字化成形方法，其特征在于，针对不同的陶瓷素坯材料，应设定不同的主轴转速、切削深度和切削速度。6.根据权利要求1所述的一种陶瓷精密件的数字化成形方法，其特征在于，数字化铣削完毕后需对近净形陶瓷素坯进行粉末清理。
【专利摘要】本发明提供一种陶瓷精密件的数字化成形方法，该方法采用机械式逐层铣削的快速成形技术直接对陶瓷素坯进行加工，得到陶瓷零件的近净形素坯，然后对近净形素坯进行烧结，并进行少量的烧结后加工，得到陶瓷零件的最终成形产品。该方法直接在素坯状态下进行近净形加工，减少了烧结后的加工余量，降低了烧结后的加工难度，不仅加工精度高，而且可实现复杂曲面的一次性成形，特别适合高精密性、高复杂性陶瓷零件的成形。
【IPC分类】C04B35/565, C04B35/622, B28B11/12
【公开号】CN105503201
【申请号】CN201510899372
【发明人】单忠德, 孙福臻, 刘丰, 曲文峰, 王化乔
【申请人】机械科学研究总院先进制造技术研究中心
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月9日