氧化鋯陶瓷加熱專用裝置的研究

章芳芳，馬 琨，華海焜

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安223003）

為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短工件的加工工時(shí)，工件的加工已向著高速、大切削量方向發(fā)展，工序高度集中，工件定位夾緊后要依次完成銑、鉆、鏜等多工序的加工。切削力的大小、方向在不斷地變化，只有在數(shù)控機(jī)床夾具本身具有較高的使用強(qiáng)度和剛度的情況下，才能滿足工件的加工精度[1]。近年來(lái)，口腔修復(fù)醫(yī)生和患者對(duì)牙齒美學(xué)修復(fù)的要求越來(lái)越高，從而使得以氧化鋯為代表的全瓷修復(fù)材料得到了更多的認(rèn)可和臨床應(yīng)用。燒結(jié)后氧化鋯陶瓷的高硬高脆等特性給切削加工帶來(lái)了一定的困難，如刀具磨損比較嚴(yán)重，切削加工時(shí)容易發(fā)生脆性斷裂破壞導(dǎo)致裂紋和凹坑等缺陷。若能解決上述問(wèn)題，將會(huì)進(jìn)一步拓寬生物陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域。

預(yù)熱切削為加工氧化鋯陶瓷等脆硬材料提供了一種有效的方法，燒結(jié)后氧化鋯陶瓷在加熱裝置中升溫并切削，加熱裝置是切削溫度測(cè)量裝置的核心部分，故加熱裝置的好壞直接影響氧化鋯陶瓷材料的切削性能和使用性能。近年來(lái)，好多學(xué)者都在進(jìn)行這一領(lǐng)域的研究：現(xiàn)實(shí)生活和工業(yè)生產(chǎn)中，加熱的方式有很多種，但它們的優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯，在各種加熱方式中，常見的有金屬加熱、非金屬加熱（陶瓷加熱）、電磁電熱能加熱、光電二合一加熱、空化液體動(dòng)力加熱、空氣源加熱等。電熱管統(tǒng)稱為金屬加熱器，行業(yè)內(nèi)稱NIC發(fā)熱技術(shù)，就是將電熱管浸泡在水中發(fā)熱。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備前期投資??；缺點(diǎn)是使用壽命短，安全性差，故障率高，對(duì)水質(zhì)要求高，需要軟化水[2]。為了解決工業(yè)上固體材料在微波加熱過(guò)程中普遍存在的能量不集中、效率低、加熱不均勻的問(wèn)題，提出了一種管道式固體材料微波加熱裝置的設(shè)計(jì)方案[3]。

1 加熱裝置零件的設(shè)計(jì)

1.1 零件結(jié)構(gòu)分析

圖1中此加熱裝置由底座、陶瓷套、杯體、杯蓋、陶瓷試件、夾具體、溫度傳感器、加熱器等部分組成，只需對(duì)底座、杯體、杯蓋進(jìn)行加工，其尺寸大小可與加熱器尺寸配套即可。選擇制造的材料為鋁，因?yàn)殇X有很好的導(dǎo)熱效果好而且容易切削加工，重量比鋼件輕，便于搬運(yùn)，打破原有的鋼件材料；隔熱墊采用氧化鋯陶瓷材料，陶瓷隔熱比鐵和玻璃都好；此外因加熱過(guò)程中，為了使升溫速度快，在加熱爐內(nèi)加水或?qū)嵊偷?，液體切削過(guò)程中會(huì)隨著轉(zhuǎn)起來(lái)的刀具飛濺出去，需要不間斷的加入新的液體，為了改良這個(gè)缺陷，設(shè)計(jì)了帶有斜度的杯蓋，液體可循環(huán)利用，如圖2和圖3所示。

圖1 加熱裝置裝配圖

圖2 杯蓋

圖3 底座

1.2 加工工藝分析

在加工過(guò)程中，主要加工杯蓋和底座，接下來(lái)分別列出其加工工序內(nèi)容。

（1）杯蓋的加工工藝。杯蓋加工工藝如表1所列。

表1 杯蓋的加工工藝

（2）底座的加工工藝。底座加工工藝如表2所列。

表2 底座的加工工藝

（3）加工工藝分析底座加工工藝如表3所列。

表3 底座的加工工步

1.3 各組件組裝

加熱裝置如圖4所示，此加熱裝置包括底座和杯體，杯體的底部裝有溫度傳感器，杯體內(nèi)固定安裝有夾具，氧化鋯陶瓷安裝于夾具中，杯體外箍設(shè)有加熱器。溫度傳感器安裝于加熱裝置杯體底部，電源通過(guò)加熱爐對(duì)生物陶瓷進(jìn)行加熱，通過(guò)溫度傳感器反饋溫度。為降低溫度對(duì)測(cè)力儀的影響，分別在加熱爐底座和固定基體之間加裝了隔熱層。該裝置為了保證在加熱過(guò)程中不能把熱量傳到機(jī)床工作臺(tái)或測(cè)力儀上，采用了陶瓷套，杯體和底座使用螺栓連接，每個(gè)螺栓使用三個(gè)陶瓷套使杯體、螺栓、底座不能直接相連，利用陶瓷導(dǎo)熱差的特點(diǎn)，使得熱量很難傳導(dǎo)到底座上；另外在杯體與底座之間的空隙處墊上一層隔熱棉，避免了杯體的熱量通過(guò)輻射和空氣的對(duì)流影響到底座，這樣一方面減少了能量的損失，保證了陶瓷試件快速、均勻的加熱到設(shè)定溫度，另一方面有效的防止了局部溫度過(guò)高對(duì)機(jī)床工作臺(tái)和測(cè)力儀的性能影響，從而保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

圖4 加熱裝置

2 結(jié)束語(yǔ)

工裝夾具是工藝裝備的重要組成部分，是工藝過(guò)程中最活躍的因素之一，并直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率及加工成本。此加熱裝置在氧化鋯陶瓷加熱切削加工中，溫度升溫快，裝夾方便，提高了氧化鋯陶瓷試件的切削性能。與傳統(tǒng)加熱裝置如實(shí)驗(yàn)室常用的CM261型無(wú)鉛錫爐相比，其成本低、無(wú)污染，操作方便，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)加工，證明其加熱效果良好。

[1]黃劍波.數(shù)控機(jī)床夾具的發(fā)展[J].電子機(jī)械工程，2011，27（05）：33-36.

[2]劉銀燕.高溫加熱技術(shù)研究[J].科技視界，2015（33）：129.

[3]安嘉黛，黃卡瑪.管道式固體材料微波加熱裝置的仿真設(shè)計(jì)[J].微波學(xué)報(bào)，2015，31（04）：35-38，42.