CN101157191B - 蓝宝石喷嘴内锥面的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝宝石喷嘴内锥面的加工方法，该加工方法用直径小于被加工内锥的锥底直径的具有锥头的金刚石磨钻，采用展成法对蓝宝石喷嘴内锥面进行加工，其加工步骤为首先采用粒度相对较粗的金刚石磨钻，将已经加工出喷嘴直孔的蓝宝石工件在三轴挖槽机上进行内锥粗加工，随后采用粒度相对较细的金刚石磨钻，将磨出内锥的蓝宝石工件装夹在钟表车床上进行内锥面成形细加工，然后采用比细加工粒度细的金刚石磨钻，仍在钟表车床上进行内锥面成形精加工。它能够降低生产成本，提高生产效率，并且使一般的技术工人也能完成高标准的蓝宝石喷嘴内锥面加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓝宝石的加工方法，特别涉及一种蓝宝石喷嘴内锥面的加工方法。
背景技术
采用人造蓝宝石为材料制作的喷嘴具有硬度高，耐磨损，线膨胀系数小，抗压强度高和耐酸碱腐蚀等特点，在工业领域的应用非常广泛。但是，由于人造蓝宝石的硬度达莫氏9级，仅次于天然钻石，具有脆性大、晶体各向异性等特性，其加工难度也相当大，特别是蓝宝石喷嘴的内锥面加工的难度就更大。目前，蓝宝石喷嘴内锥面加工的方法通常是采用天然钻石作为磨具，采用成形磨的加工方法进行加工，即把天然钻石加工成具有与蓝宝石喷嘴的内锥槽形状相同的锥头的成形磨钻，磨削时，使成形的天然钻石磨钻与蓝宝石喷嘴工件的已加工出的直孔保持在同一轴心线上，天然钻石磨钻和被加工的蓝宝石喷嘴工件分别自转，天然钻石磨钻的转速10000～12000转/分钟，蓝宝石喷嘴工件的转速9000～10000转/分钟，通过天然钻石磨钻沿蓝宝石喷嘴的直孔轴心线做轴向直线进给，利用天然钻石磨钻成形的锥面磨去直孔坯的余料，加工出蓝宝石喷嘴的内锥面(见附图1)。这种成形磨的加工方法使蓝宝石喷嘴内锥的形状、尺寸及加工精度完全由天然钻石磨钻的成形确定，所以对天然钻石磨钻的成形角度要求很高，一般成形后的锥面角度控制在±5°内，而且磨钻的锥形形状由人工修磨而成，加工不同锥度的工件所用的磨钻锥角的角度大小也不同，因此需按产品要求修磨不同锥度形状的磨钻，对工人修磨角度的技术水平要求很高，一般的技术工人不能完成，并且由于加工天然钻石磨钻的锥形需用很长的时间，其效率低，且生产成本高。因此，现有的蓝宝石喷嘴内锥面的成形磨加工方法存在以下方面不足：
1.由于天然钻石的体积一般都很小，其制作出的磨钻外形尺寸受限，由此决定了只能加工内锥口径较小、锥形长度短的工件，一般只能加工锥底直径小于4.0mm、锥深小于2.0mm的工件内锥；此外，天然钻石只能修磨出60～120°的角度范围的锥面，因此，采用天然钻石磨钻加工蓝宝石内锥的范围也受到很大的限制。
2.由于天然钻石的价格为1000～1500元/g，而天然钻石磨钻加工蓝宝石喷嘴内锥消耗很快，一个天然钻石磨钻最多只能加工500件左右的蓝宝石内锥就报废，钻石消耗大，而且需经常修磨，修磨工期长、效率低，造成加工成本很高，每件蓝宝石喷嘴内锥的加工成本至少为2.0～3.0元。
3.采用天然钻石磨钻加工蓝宝石喷嘴内锥需要使用高精度的专用机床，机床的价格昂贵。同时用高精度的专用机床采用成形磨的加工方法加工一件蓝宝石喷嘴需用20～30分钟的时间，加工效率也不高。
综上所述，用天然钻石磨钻采用成形磨的加工方法加工蓝宝石喷嘴内锥受到诸多限制，而且成本高、效率低。因此，宝石元件的加工企业一直希望有一种能够提高蓝宝石喷嘴内锥加工效率，又能降低生产成本的加工方法来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有蓝宝石喷嘴内锥面加工技术的不足，提供一种蓝宝石喷嘴内锥面的加工方法，它能够降低生产成本，提高生产效率，并且使一般的技术工人也能完成高标准的蓝宝石喷嘴内锥面加工。
本发明的目的是这样实现的：该加工方法用直径小于被加工内锥的锥底直径的具有锥头的金刚石磨钻，采用展成法对蓝宝石喷嘴内锥面进行加工，其加工步骤如下：
首先采用粒度相对较粗的金刚石磨钻，将已经加工出喷嘴直孔的蓝宝石工件在三轴挖槽机上进行内锥粗加工，加工时，金刚石磨钻自转且同时由工件直孔的口端做径向运动进刀，蓝宝石工件自转且同时向磨钻方向做轴向进给，由此在喷嘴直孔的一端磨出一个留有少量余量的内锥；
随后采用粒度相对较细的金刚石磨钻，将磨出内锥的蓝宝石工件装夹在钟表车床上进行内锥面成形细加工，加工时，把车床的拖板按蓝宝石喷嘴的内锥面所要求的锥角角度α偏角α/2，蓝宝石工件自转，金刚石磨钻自转且同时在蓝宝石工件的内锥内做轴向和径向往复运动进刀，逐步包络形成蓝宝石喷嘴的内锥面；
然后采用比细加工粒度细的金刚石磨钻，仍在钟表车床上进行内锥面成形精加工，加工时，把车床的拖板仍按蓝宝石喷嘴的内锥面所要求的锥角角度α偏角α/2，蓝宝石工件自转，金刚石磨钻自转且同时在蓝宝石工件的内锥内做轴向和径向往复运动进刀，形成锥面角度公差控制在±0.5°内的蓝宝石喷嘴内锥面。
由于采用了上述方案，采用直径小于被加工内锥的锥底直径的具有锥头的金刚石磨钻，金刚石磨钻的直径小于被加工内锥的锥底直径，有利于磨钻在对蓝宝石喷嘴进行内锥磨削加工时，在锥底直径的范围内进行径向的往复运动，完成展成法加工。由于采用展成法加工，对金刚石磨钻锥头的锥度要求就不必十分精确，磨钻圆锥头的角度不受蓝宝石喷嘴内锥面的限制，只要磨出一定的角度就可以通过展成法加工出符合设计要求的蓝宝石喷嘴内锥面，降低了磨钻的成形制作难度，一般的技术工人均能完成磨钻锥头的加工成形，而且磨钻的人工修磨也极其容易，一般的技术工人均能完成，有利于一般技术工人参与磨钻锥头的修磨，提高生产效率。由于采用展成法对蓝宝石喷嘴内锥面进行加工，其加工步骤分为粗加工、细加工、精加工三道工序，可以根据各道工序加工精度的要求，合理的统筹安排加工进度，使完成一件蓝宝石喷嘴内锥面的加工总时缩短到8～10分钟，极大的提高了生产效率。由于粗加工的目的是为了快速的去除工件的大部分余量，磨出蓝宝石喷嘴的内锥，因而采用粒度相对较粗的，粒度为JR240～JR280的金刚石磨钻，在三轴挖槽机上对蓝宝石喷嘴进行内锥粗加工，通过粒度相对较粗的金刚石磨钻自转且同时由工件直孔的口端做径向运动进刀，蓝宝石工件自转且同时向磨钻方向做轴向进给，能够快速在蓝宝石喷嘴直孔的一端磨削出留有少量加工余量的内锥，为随后的细加工提供条件，使细加工只进行少量的磨削。由于细加工的目的是内锥面成形，采用粒度相对较细的，粒度为JRW28～JRW14的金刚石磨钻，将磨出内锥的蓝宝石工件装夹在钟表车床上进行内锥面成形细加工，加工时，把车床的拖板按蓝宝石喷嘴的内锥面所要求的锥角角度α偏角α/2，通过蓝宝石工件自转，金刚石磨钻自转且同时在蓝宝石工件的内锥内做轴向和径向往复运动进刀，使蓝宝石工件逐步包络形成蓝宝石喷嘴的内锥面。由于精加工的目的是通过精整加工，蓝宝石喷嘴的内锥面达到产品图纸要求的尺寸及表面粗糙度，采用比细加工粒度细的粒度为JRW4～JRW1.5的金刚石磨钻，仍在钟表车床上进行内锥面成形精加工，加工时，把车床的拖板仍按蓝宝石喷嘴的内锥面所要求的锥角角度α偏角α/2，蓝宝石工件自转，金刚石磨钻自转且同时在蓝宝石工件的内锥内做轴向和径向往复运动进刀，形成锥面角度公差控制在±0.5°内的蓝宝石喷嘴内锥面，极大的提高了蓝宝石喷嘴的内锥面的加工精度。这种通过拖板偏角来控制内锥面锥角的角度，既能够用机床设备来保证内锥面锥角的精度，又避开了加工磨钻锥头的难度，使金刚石磨钻只要具有一定的锥面就可以进行内锥面磨削加工，在磨削过程中，金刚石磨钻因拖板偏角的控制与蓝宝石工件发生磨擦，产生磨损，自动逐渐修磨成符合内锥面锥度的锥头，而不必通过人工修磨来保证磨钻锥头的精度，使金刚石磨钻锥头的制作简单化，效率得到极大的提高。故采用展成法加工蓝宝石喷嘴内锥面，即使一般的技术工人也能完成高标准的蓝宝石喷嘴内锥面加工，而且加工一件蓝宝石喷嘴仅需用8～10分钟的时间，生产效率大为提高。
本发明因采用金刚石磨钻和通过机床设备的拖板偏角来控制加工的内锥面锥角的角度，使蓝宝石工件能够实现锥角在30～150°、锥底直径扩大到≤20mm、锥深扩大到≤12mm的内锥面加工，扩大了蓝宝石内锥成形的范围。同时，由于采用金刚石磨钻替代天然钻石作为磨具，因金刚石磨钻的成本大致为2元/根，又极大的降低了磨具成本，使每件产品的加工成本仅为0.50～0.70元，大幅度降低了加工成本。
采用本发明的加工方法，加工过程中金刚石磨钻自转的转速为8000～10000转/分钟，蓝宝石工件自转的转速为6000～7000转/分钟，使用通常的三轴挖槽机和钟表车床即可完成加工，不需添置蓝宝石喷嘴内锥加工的专用机床，可为企业节省添置专用机床的经费。
从下面的对照表可得出展成法比成形法有更高的加工效率和加工精度。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为现有技术中采用成形法加工宝石喷嘴内锥面的示意图；
图2为本发明采用展成法加工蓝宝石喷嘴内锥面的示意图。
具体实施方式
参见图2，把蓝宝石材料先经过划轴向，按照成品尺寸，留出0.5～0.7mm左右的加工余量，下料切割成四方柱体形毛坯；然后把四方柱体毛坯用150～240#金刚石钻粉在磨圆机上通过粗磨和精磨，将毛坯磨成圆柱形，要求圆柱度和圆度误差小于0.01mm；并用从粗到细的磨料在磨盘上粗、细、精研磨蓝宝石喷嘴两端面；然后在圆柱形蓝宝石坯的轴向打出直孔，并用粒度JRW28～JRW10金刚石钻粉细扩孔，再用JRW3.5～JRW1.0金刚石钻粉抛光内孔，得到具有轴向直孔的蓝宝石喷嘴工件2。然后用直径小于被加工内锥的锥底直径的具有锥头的金刚石磨钻1，金刚石磨钻的直径大约为内锥的锥底直径的二分之一，金刚石磨钻的锥头的锥度不受内锥锥度的限制，具有一定锥度或大约接近内锥的锥度都可以，采用展成法对蓝宝石喷嘴内锥面进行磨削加工，其加工步骤如下：
首先采用粒度为JR240～JR280的粒度相对较粗的金刚石磨钻，将已经加工出喷嘴直孔的蓝宝石工件2在三轴挖槽机上进行内锥粗加工，采用粒度为JR280的金刚石磨钻效果最好。把金刚石磨钻通过烧结方式固定在三轴挖槽机的上主轴，把蓝宝石工件通过夹具固定在三轴挖槽机的下主轴上。加工时，金刚石磨钻1自转且同时由工件直孔的口端做径向运动进刀，蓝宝石工件2自转且同时向磨钻方向做轴向进给，由此在蓝宝石工件的喷嘴直孔的一端去除工件的大部分余量，磨出一个留有少量余量的内锥。
随后采用粒度为JRW28～JRW14的粒度相对较细的金刚石磨钻，将磨出内锥的蓝宝石工件装夹在钟表车床上进行内锥面成形细加工，采用粒度为JRW28的金刚石磨钻效果最好。把磨出有内锥蓝宝石工件通过装夹工具固定在钟表车床上的主轴上，把金刚石磨钻通过烧结方式固定在钟表车床的拖板上的与主轴相对的轴套内。加工时，把车床的拖板按蓝宝石喷嘴的内锥面所要求的锥角角度α偏角α/2，蓝宝石工件自转，金刚石磨钻自转且同时在蓝宝石工件的内锥内做轴向和径向往复运动进刀，逐步磨去内锥的余量，包络形成蓝宝石喷嘴的内锥面。
然后采用比细加工粒度细的粒度为JRW4～JRW1.5金刚石磨钻，仍在钟表车床上进行内锥面成形精加工，采用粒度为JRW4金刚石磨钻效果最好。加工时，把车床的拖板仍按蓝宝石喷嘴的内锥面所要求的锥角角度α偏角α/2，蓝宝石工件自转，金刚石磨钻自转且同时在蓝宝石工件的内锥内做轴向和径向往复运动进刀，形成锥面角度公差控制在±0.5°内的蓝宝石喷嘴内锥面。通过精整加工，使蓝宝石喷嘴的内锥面达到产品图纸要求的尺寸及表面粗糙度。
蓝宝石喷嘴内锥面经过展成法加工成形后，最后采用双轴立式磨平机对蓝宝石喷嘴进行端面抛光，即先把蓝宝石工件粘结在玻璃上，然后把工件放在抛光盘上，抛光盘带动工件做相对运动和摩擦，同时在抛光盘上喷氧化铬绿粉对工件进行端面抛光，完成蓝宝石喷嘴的加工。
上述工序加工时，金刚石磨钻自转的转速为8000～10000转/分钟，蓝宝石工件自转的转速为6000～7000转/分钟。
采用上述的展成法对蓝宝石喷嘴的内锥面进行加工，可以得到内锥面的锥角为30～150°，锥底直径≤20mm，锥深≤12mm的蓝宝石喷嘴。
本发明所采用的金刚石磨钻1，可采用以金刚石粉为磨料，通过结合剂制成的自制磨具。
Claims (4)
1.一种蓝宝石喷嘴内锥面的加工方法，其特征在于该加工方法用直径小于被加工内锥的锥底直径的具有锥头的金刚石磨钻，采用展成法对蓝宝石喷嘴内锥面进行加工，加工出锥角的角度为30°～150°、锥底直径≤20mm、锥深≤12mm的内锥面，其加工步骤如下：
首先采用粒度相对较粗的金刚石磨钻，将已经加工出喷嘴直孔的蓝宝石工件在三轴挖槽机上进行内锥粗加工，加工时，金刚石磨钻自转且同时由工件直孔的口端做径向运动进刀，蓝宝石工件自转且同时向磨钻方向做轴向进给，由此在喷嘴直孔的一端磨出一个留有少量余量的内锥；
随后采用粒度相对较细的金刚石磨钻，将磨出内锥的蓝宝石工件装夹在钟表车床上进行内锥面成形细加工，加工时，把车床的拖板按蓝宝石喷嘴的内锥面所要求的锥角角度α偏角α/2，蓝宝石工件自转，金刚石磨钻自转且同时在蓝宝石工件的内锥内做轴向和径向往复运动进刀，逐步包络形成蓝宝石喷嘴的内锥面；
然后采用比细加工粒度细的金刚石磨钻，仍在钟表车床上进行内锥面成形精加工，加工时，把车床的拖板仍按蓝宝石喷嘴的内锥面所要求的锥角角度α偏角α/2，蓝宝石工件自转，金刚石磨钻自转且同时在蓝宝石工件的内锥内做轴向和径向往复运动进刀，形成锥面角度公差控制在±0.5°内的蓝宝石喷嘴内锥面。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石喷嘴内锥面的加工方法，其特征在于：所述金刚石磨钻的粒度为，粗加工采用粒度为JR240～JR280的金刚石磨钻，细加工采用粒度为JRW28～JRW14的金刚石磨钻，精加工采用粒度为JRW4～JRW1.5的金刚石磨钻。
3.根据权利要求1或2所述的蓝宝石喷嘴内锥面的加工方法，其特征在于：所述金刚石磨钻为圆柱形的人造金刚石磨具，磨钻的圆锥头由人工磨成，磨钻圆锥头的角度不受蓝宝石喷嘴内锥面的限制。
4.根据权利要求1所述的蓝宝石喷嘴内锥面的加工方法，其特征在于：所述金刚石磨钻自转的转速为8000～10000转/分钟，蓝宝石工件自转的转速为6000～7000转/分钟。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHONGQING CHUANYI AUTOMATION CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: CHONGQING SICHUAN INSTRUMENT COMPLEX CO.,LTD. Effective date: 20090508 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20090508 Address after: No. 1, people's village, Beibei District, Chongqing Applicant after: Chongqing Sichuan Instrument Complex Co., Ltd. Address before: No. 61 Mount Huangshan Avenue, North New District, Chongqing Applicant before: Chongqing Sichuan Instrument Complex Co., Ltd. |
|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |