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DAKE|揭秘氧化锆陶瓷加工之电主轴解决方案

2018-05-24

氧化锆揭秘

氧化锆（化学式：ZrO2）是锆的主要氧化物，通常状况下为白色无臭无味晶体，难溶于水、盐酸和稀硫酸。一般常含有少量的二氧化铪。化学性质不活泼，且具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂，亦是人工钻的主要原料。能带间隙大约为5-7eV。

自上世纪七十年代澳大利亚科学家Garvei发明以来，现在的抗弯强度可达到1500MPa以上，断裂韧性可达到15MPa.m1/2，从2米高度掉落下来不会断裂。

陶瓷特点

采用陶瓷材料做出的产品硬度高，耐磨防刮，外观精致，手感温婉如玉。再加上其在信号传输上的优势，受到3C行业业界追捧。已广泛应用于手机、智能穿戴等产品。

与普通的铝合金、不锈钢等材料相比，工程陶瓷具有极高的硬度和耐磨性，并且脆性大，属于难加工材料。

陶瓷硬度高，磨削时砂轮磨粒切削力大，同时砂轮易粘着陶瓷粉末，导致磨削力继续变大，以致砂轮快速磨损，致使刀具成本居高不下。
陶瓷外壳表面精加工时，砂轮易快速磨损，导致尺寸精度差、表面光洁度不一致，产品良率低。
陶瓷材质在加工时如温升过高，其材料结构会发生不可逆转变化，加工时需要对陶瓷工件快速冷却以避免温度变化导致的加工表面瑕疵。
细密陶瓷粉末无孔不入，侵入主轴及机床附件，影响主轴及相关机床部件寿命。

超声波磨削加工

加工时，刀具在旋转的同时以超声波频率(21K~24K)振动迫使磨粒冲击工件表面，产生锤击作用，降低切削力。同时超声波空化效应可强力清除附着于刀具及加工表面上的陶瓷粉，保证切削过程切削力的稳定性，避免刀具发生沾黏残屑、烧伤、挤压损伤等缺陷。有效提高加工表面质量，获得粗糙度低于Ra0.1的镜面级加工效果，大幅提高刀具寿命，提高加工效率。

中心出水式冷却

独创的超高转速主轴中心出水专利设计，冷却液经由轴芯中心孔，从刀具前端内孔喷射而出冷却刀具，保证主轴高速磨削陶瓷时，刀具得到充分的冷却，并能充分清除刀具上粘着的陶瓷粉末和残留磨粒。此外，轴芯中心出水可有效解决深孔或小孔加工时冷却液无法冷却到加工区的缺点，对刀具从内到外进行充分冷却，提高刀具的使用寿命。同时能够有效冷却主轴轴芯以提高电机效率和减小轴芯热膨胀，提高加工精度。

超高速主轴加工

配备有油气润滑结构的电主轴可以实现对陶瓷材料进行高达75000rpm甚至更高转速的磨削加工。刀具线速度大幅提高，磨削力大幅下降。此外超高转速下磨削陶瓷，陶瓷粉会因高转速离心力作用快速脱离刀具及加工表面，同时快速带走加工区的热量，配合中心出水的冷却效果，刀具寿命大幅提高，加工质量与加工效率得以大幅提高。