氧化锆陶瓷针规的制作及检测

氧化锆陶瓷针规的制作及检测

针规是直接用于检查位置、测量孔径尺寸，检查两孔距离，也可测量孔的深度的常用检具，具有使用简单、可靠、准确的优点。针规的材科基本都是合金钢和硬质合金，但是它们都有很多缺点，如硬度低、耐磨性差、易生锈、易腐蚀等，针规属于不可修复的量具，这些缺点使它的更新率很高，现在很多针规制造厂家都在尝试使用新型材料来制造针规，以提高针规的使用性能如氧化锆陶瓷。下面就从氧化锆陶瓷材料的性能、陶瓷针规的主要技术指标、陶瓷针规的加工及检测等方面对研制过程进行简要的说明。

一、氧化锆陶瓷材料的主要性能

与传统钢质材料相比，氧化锆陶瓷材料有许多优异的性能：

1.硬度高，耐磨性好。氧化锆的硬度高，其硬度均在1150HV以上，而淬火钢的硬度为500~800HV，由于硬度高，氧化锆的耐磨性比合金钢要优良许多。

2.耐腐蚀，抗氧化性强。氧化锆陶瓷材科抗酸碱腐蚀，不生锈，保养方便，适合在恶劣的环境下使用。

3.温度线膨胀系数适宜。由于大部分零件都是钢质材料的，硬质合金的温度膨胀系数和钢质零件的差别比较大，氧化锆陶瓷材料的温度线膨胀系数((9.8 土1)x10^-6/℃)和钢的温度线膨胀系数((11.5 ±1)×10^-6/℃)）很接近，使用氧化锆陶瓷针规进行测量可以忽略由于温度变化引起的测量误差，可以保证测量准确性,提高测量效率。

4.材质稳定性高。我们选用的氧化锆材料是加入氧化钇作为稳定剂的四方晶格结构，具有良好的稳定性。

5.强度高、韧性好。经相变增韧后的四方相氧化锆陶瓷，强度和韧性有了很大提高。

6.总之，氧化锆陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀、热膨胀系数和钢质材料比较匹配、材料稳定性好的优点，它克服了合金钢硬度较低、硬质合金韧性较差的缺点，可以将针规的使用寿命提高5~6倍。

二、主要加工流程及关键工艺

陶瓷针规的主要加工工艺流程：压制成形→烧结→磨削→研磨→检测。下面就对对成形和烧结工艺不进行描述，主要讲述从磨削到检测的工艺原理和其中的技术难点及加工工艺中应该注意的一些问题。

1.磨削加工

陶瓷针规毛坯料经烧结成形后，尺寸和表面质量很差，先采用无心磨床对陶瓷针规毛坯进行磨削加工，主要是去除表面烧结层和初步控制尺寸，分为两个工序：①粗磨，主要是去除针规表面的烧结层，并控制其直线度误差，为提高工作效率可以采用大进给量、高速的方式加工，但要注意进给量不要过大，避免陶瓷针规由于加工受力过大而折断。②精磨，主要是为了提高针规的圆柱度、圆度、尺寸公差，给后续加工提供一个良好的加工基础，在这个工序中要控制好磨削加工的各个技术参数，包括砂轮的粒度、进给量、砂轮速度、支板的形状和尺寸等。

2.粗研加工

利用研磨的方法对陶瓷针规的圆柱表面进行加工。在研磨中要注意控制好研磨压力、研磨速度及研磨液等参数，以保证陶瓷针规的圆柱度、圆度达到一定的要求。

3.精研加工

对陶瓷针规进行抛光加工，在保证圆柱度、圆度的前提下，提高针规表面的粗糙度，并使尺寸公差达到规定要求。在加工中要注意研磨速度、研磨时间、研磨液浓度，在保证尺寸公差和形位公差的前提下，尽量降低陶瓷针规的表面粗糙度。

三、加工精度检测

陶瓷针规的精度主要体现在测量段的尺寸公差、圆度、表面粗糙度等方面。GB 1957-81《光滑极限量规》及JJG 343-1996《光滑极限量规》中对IT6级针规的精度要求是：圆度≤1μm；表面粗糙度Ra≤0.05μm；直径0.5~6μm，长度一般为30~50mm，直径误差为±1μm。

我们使用安装了七筋工作台的接触式干涉仪，以二等陶瓷量块作为基准，采用比较测量方法对陶瓷针规进行检测,分别测量针规的两端和中间三个截面,在测量同一截面时，每测量一次要转动90°，取四次测量值的平均值作为此截面的直径尺寸，各个截面的尺寸差作为针规的直径尺寸偏差。测量结果如下：直径误差为±1μm，圆度误差为≤0.8μm，表面粗糙度为≤0.02μm。

由此可见，各检测项目的误差均在国标控制之内，因此比较测量方法完全可以用于陶瓷针规直径尺寸的检测。此方法的优点是，设备的通用性高，可以减少设备的重复购置，测量精度很高；缺点是对检验员的水平要求较高，需要有丰富的测量经验，测量效率相对低一些，不适合大批量生产。