铣削代替磨削

除了金属、塑料和半导体之外，几乎所有技术产品中都含有越来越多的工业陶瓷。陶瓷在许多应用领域都以硬度、耐热性、耐寒性、耐磨性和耐腐蚀性而著称。通过选择合适的材料，可以在一定范围内灵活地调整这些特性，以适应不同的应用需求。

BCE Special Ceramics 开发和制造由陶瓷材料制成的高品质精密部件
 

“我们开发高精度特种陶瓷部件，用于工业、科研或医疗技术领域中的许多要求苛刻的任务，”BCE Special Ceramics GmbH总经理 Torsten Weiß 博士说。该公司成立于1986年，主要提供基于氧化物陶瓷（如氧化铝 (Al₂O₃) 和氧化锆 (ZrO₂)）或混合氧化物（如氧化铝强化氧化锆或氧化锆强化氧化铝）的陶瓷材料定制解决方案。有时也会使用氮化物、碳化物材料以及特殊材料。

在此过程中，开发人员凭借其全面的材料专业知识以及广泛的陶瓷制造和加工工艺与设备，为客户提供支持。在合作设计定制解决方案时，咨询是重中之重。这还包括在相对较短的时间内制造单件产品和原型。BCE Special Ceramics还生产中小批量产品，而大批量生产则交给专家来完成。

“第一步是确定材料问题，”BCE Special Ceramics应用开发人员兼销售经理 Torsten Prescher 博士解释道。除了基本材料特性外，还应考虑可能的材料组合——与其他陶瓷或异质材料（如金属和塑料）的组合。然后才进入生产阶段：首先制造一个压坯，然后进行进一步加工。所使用的陶瓷粉末含有有机粘合剂，因此压制后的颗粒具有足够的强度。

“为了达到初加工所需的强度，我们会把压坯放入约2000巴的压力下进行冷等静压。”Weiß博士解释道。这样产生的“生坯”已经具有机械稳定性，可以进行铣削、钻孔、磨削或螺纹切削。在此过程中，必须考虑约20%的线性超量，因为部件在烧结过程中会沿所有方向相应地收缩。控制这种收缩需要很高的专业技能。如果烧结后的“尺寸”不够，可以进行进一步的机械加工，比如研磨。“这会大大影响总成本，”Weiß博士说，“因为烧结后的部件具有烧制陶瓷的典型硬度，很难加工。” 

陶瓷切削专家Fabian Henning与“他的”五轴Röders RXP 501 DS

烧结温度为1300-1400℃，氧化铝甚至高达2000℃，可产生高强度、高硬度、耐高温的部件，这些部件能够承受极端低温条件（低至-273.15℃），且具有耐腐蚀性和耐化学性。

摆脱昂贵的磨削加工

高达1800 HV的高硬度和耐磨性——但在烧结后需要进行尺寸加工时，这却成为一项挑战。迄今为止，几乎只有通过磨削才能实现这种加工。由于缺乏机床和刀具，复杂自由形状的铣削加工几乎无法实现。

“在寻找合适的技术来弥补这一缺陷时，我们与熟悉的公司进行了交流，这些公司已经拥有使用Röders铣床加工陶瓷的经验。”Prescher博士回忆道。此前，市场上的其他公司生产的设备被用于生坯的铣削加工，但这些设备并不适合对烧结陶瓷进行高精度的五轴加工。

与Röders的首次接触给人留下了良好的印象——尤其是因为包括控制系统在内的核心部件都是自己研发的，制造精度非常高。其结果是，这些机床具有出色的轮廓精度，例如可加工圆度为1μm的孔。由于采用无磨损的直接驱动装置、坚固的线性导轨和高效的密封装置，这些设备能够承受陶瓷粉尘和研磨乳液造成的磨损。Prescher博士说：“重要的是，该机床具有多种用途，可以根据部件或操作员的要求，决定是使用 CAD/CAM数据进行控制，还是快速创建手动程序。两种方法都有其独特的优势。”

精密陶瓷部件

机床还配备了修整主轴、通过结构声进行的过程监控以及先进磨削循环。为了进行工艺冷却和润滑，机床采用内部乳液供应，压力高达80巴。此外，该设备还有约50台参考设备，已用于不同用户的众多陶瓷加工任务，这也令人信服。

鉴于陶瓷的极端硬度，另一个重要因素是采购合适的刀具。在这方面，BCE Special Ceramics找到了Zecha，他们不仅开发和制造高性能刀具，还提供相应的咨询。

左侧为金属结合金刚石颗粒的研磨刀具，右侧为带有多个定义切削刃的PKD铣削刀具
 

操作简单，支持完善

“该设备操作非常简单且直观，三年前交付时，我们只需两周的培训就能掌握操作方法，并直接在控制台上进行编程。”机械工程师Fabian Henning说道。他最初使用的是西门子控制系统，但转换过程非常轻松。

由于他经常加工几何形状较简单的2D至2½D部件，因此他直接在机床上编程了相当多的NC序列。使用 Röders 控制系统，此类任务可以轻松实现。对于磨削加工，他使用控制系统的预定义循环。他可以轻松地将这些循环叠加到现有的2D CAD轮廓上，或者直接在控制系统上设计2D CAD轮廓。所需参数可直接从加工数据库中调用。如果需要更复杂的NC程序（例如用于自由曲面），他会使用CAM系统Visi。该系统可快速创建相应的三轴和五轴程序。

该机床的可靠性和服务的高响应速度也值得称赞。在三年的机床使用过程中，只有一次真正的故障，原因是传感器出现故障，技术人员第二天就来了，并带来了所需的零件，因此工作得以迅速继续。

“选择Röders的机床被证明是一个重要且正确的决定，它不仅扩大了的加工能力，同时还显著降低了制造成本。” Weiß博士满意地表示。

作者：Klaus Vollrath

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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