Какие трудности возникают при обработке сердечников клапанов из циркониевой керамики

---

Сердечник клапана из циркониевой керамикикак основной компонент высококлассных смесителей, прецизионных клапанов и компонентов управления, известен как "черная технология" в отрасли производства клапанов благодаря своей превосходной износостойкости, высокой коррозионной стойкости, сверхнизкой скорости осаждения ионов и отличной термической стабильности. Однако именно эти превосходные свойства создают значительные трудности в процессе его производства. Для достижения исключительных характеристик, таких как герметичность с нулевой утечкой, плавное вращение и длительный срок службы, необходимо решить ряд проблем, связанных с прецизионной обработкой.

Фундаментальные проблемы, связанные с характеристиками циркониевых керамических материалов
Циркониевая керамика - типичный твердый и хрупкий материал, и эта фундаментальная характеристика определяет, что метод ее обработки полностью отличается от традиционных металлов.

1. Чрезвычайно высокая твердость и износостойкость
   Сложность: Твердость по Виккерсу циркониевой керамики достигает 1200-1400HV, что близко к твердости корунда (сапфира). Это означает, что обычно используемые металлорежущие инструменты (такие как быстрорежущая сталь и твердые сплавы) практически не способны эффективно обрабатывать их, а вместо этого быстро изнашиваются или даже ломают кромки.
   Решение: Необходимо использовать специализированные инструменты с повышенной твердостью, такие как инструменты из поликристаллического алмаза (PCD), инструменты из кубического нитрида бора (CBN) или алмазные шлифовальные круги. Эти режущие инструменты очень дороги, и их износ необходимо строго контролировать.
2. Присущая им хрупкость может легко привести к разрушению кромок и появлению микротрещин
   Сложность: Высокая твердость часто сопровождается высокой хрупкостью. В процессе обработки, если сила резания или вибрация не контролируются должным образом, легко образуются микросколы, микротрещины или подповерхностные повреждения на кромке обработки. Эти дефекты являются фатальными для таких компонентов, как сердечники клапанов, которые должны выдерживать давление воды и частые крутящие моменты, и могут стать точками концентрации напряжения, что приведет к внезапному разрыву изделия во время испытаний или использования.
   Решение: Необходимо использовать "микроповреждения" или "неразрушающие" методы обработки. Это требует чрезвычайно высокой точности обработки, стабильных станков, минимальных скоростей подачи при резании и разумного планирования траектории обработки для достижения удаления пластических областей в основном путем "шлифования" и "затачивания", а не удаления хрупких трещин.

Специфические технические трудности в процессе прецизионной обработки
Исходя из вышеперечисленных характеристик материала, трудности еще больше возрастают при выполнении таких процессов, как точение, фрезерование, шлифование и сверление.

1. Высокоточный контроль допусков размеров и положения
   Сложность: Требования к точности посадки между сердечником и седлом клапана чрезвычайно высоки, и допуск обычно должен контролироваться в пределах микрометров (μ м). Особенно это касается уплотнительной плоскости сердечника, ее плоскостность и шероховатость поверхности (значение Ra обычно должно быть менее 0,2 мкм) напрямую определяют эффективность уплотнения и возможность достижения "отсутствия утечки". Любое небольшое отклонение может привести к утечке.
   Решение: Опираясь на сверхточные шлифовальные станки с ЧПУ, шлифовальные машины и полировальное оборудование. Среда обработки должна иметь постоянную температуру и влажность, чтобы уменьшить влияние теплового расширения и сжатия. В то же время, прецизионные онлайн измерительные приборы (такие как лазерные и пневматические измерительные приборы) должны быть оборудованы для 100% полного контроля или высокочастотного отбора проб, а также должны быть обеспечены данные обратной связи в реальном времени для корректировки параметров обработки.
2. Обработка сложных неровных отверстий и пазов
   Сложность: Современные сердечники клапанов имеют очень сложные входные и выходные отверстия и камеры смешивания для управления потоком воды, смешивания холодной и горячей воды и экономии воды. Высокоточное сверление и фрезерование пазов в этих нерегулярных структурах представляет собой чрезвычайно высокий риск для хрупких керамических материалов: сверла могут сломаться, а отверстия - разбиться.
   Решение: Применяйте более передовые технологии обработки, такие как:
   Ультразвуковая обработка: Метод обработки с использованием высокочастотной вибрации в сочетании с алмазным абразивом особенно подходит для обработки глубоких и неровных отверстий в керамике, что позволяет эффективно снизить разрушение кромок и силу резания.
   Лазерная обработка: Для микроотверстий можно использовать лазерное сверление и бесконтактную обработку с высокой точностью, но стоимость оборудования высока, и могут образовываться зоны термического влияния.
3. Контроль усадки и деформации после спекания
   Сложность: Сердечники клапанов из диоксида циркония обычно формируются методом прессования порошка, а затем спекаются при высоких температурах. В процессе спекания происходит значительная линейная усадка (скорость усадки может достигать 20% -25%), и от того, насколько равномерной будет усадка, напрямую зависит размерная стабильность и степень деформации заготовки. Если деформация самой заготовки слишком велика, это создаст большие трудности для последующей точной обработки и даже приведет к резкому увеличению количества брака.
   Решение: Это проблема "фронт-энд определяет бэк-энд". Строгая подготовка порошка, точная конструкция пресс-формы, компьютерное моделирование процесса спекания и оптимизация кривой спекания (температура, время, атмосфера) необходимы для достижения максимальной консистенции спеченных деталей и обеспечения хорошей основы для последующей обработки.

Трудности в управлении производством при высоких затратах и высоких требованиях

1. Высокие комплексные расходы
   Сложность: Начиная с дорогостоящего сырья (высокочистый ультратонкий циркониевый порошок), дорогостоящего специализированного технологического оборудования (прецизионные шлифовальные станки, ультразвуковые станки), алмазного инструмента с высокими потерями и заканчивая жесткими условиями производства и квалифицированными рабочими, каждое звено означает большие инвестиции.
   Решение: Крупномасштабное производство - это ключ к снижению затрат. В то же время косвенное снижение затрат достигается за счет оптимизации процессов и улучшения показателей выхода продукции. Высокая стоимость также напрямую определяет то, что керамические сердечники клапанов из диоксида циркония в основном используются на рынке среднего и высокого класса.
2. Высокая зависимость от квалифицированных работников и опыта
   Сложность: Настройка параметров обработки (таких как скорость вращения шпинделя, скорость подачи, глубина резания, концентрация абразива) во многом зависит от опыта инженеров и операторов. Небольшая настройка того или иного параметра может напрямую повлиять на выход и эффективность обработки.
   Решение: Создание стандартизированной и оцифрованной базы данных процессов, преобразование отличного опыта в повторяемые цифровые инструкции, снижение чрезмерной зависимости от индивидуального опыта и обеспечение стабильного качества продукции.

Превосходная ценность продукции, созданная благодаря преодолению трудностей
Несмотря на многочисленные трудности обработки, после их успешного преодоления, проблемы и ценность, которые могут решить сердечники клапанов из циркониевой керамики, несравнимы с традиционными металлическими сердечниками клапанов
Решение проблемы утечки воды: Чрезвычайно высокая точность размеров и сверхгладкая уплотнительная поверхность обеспечивают абсолютно надежную герметизацию и предотвращают протечки на весь срок службы.
Решение проблемы износостойкости и срока службы: Исключительно высокая твердость делает его чрезвычайно износостойким, даже после сотен тысяч трений переключателя он может сохранять точность, а срок его службы значительно превышает срок службы медных и стальных сердечников, достигая более 500000 циклов переключения без ущерба для производительности.
Решение проблемы загрязнения воды: Циркониевая керамика обладает чрезвычайно стабильными химическими свойствами, не осаждается ионами тяжелых металлов и устойчива к различным видам кислотно-основной коррозии, гарантируя, что каждая капля вытекающей воды будет чистой и безопасной, особенно подходит для случаев с высокими требованиями к качеству воды.
Решение проблемы тактильных ощущений: Превосходная износостойкость обеспечивает сохранение гладкости ощущений после длительного использования, не расшатываясь и не застревая в результате износа.
Адаптация к современным потребностям экономии воды: Высокоточное управление, обеспечиваемое прецизионной обработкой, позволяет лучше взаимодействовать с водосберегающими аэраторами для достижения точного контроля расхода воды и температуры, что позволяет избежать нерационального использования водных ресурсов.

Процесс обработки сердечников клапанов из циркониевой керамики - это диалог с предельными свойствами материала и постоянное исследование границ технологии точного производства. За каждой трудностью скрывается строгая проверка технологий, оборудования и опыта. Именно эти трудности, которые преодолевались одна за другой, в конечном счете превращаются в превосходные характеристики и надежное качество сердечников клапанов из циркониевой керамики, что делает их надежным выбором для обеспечения безопасности бытового водоснабжения и улучшения качества жизни.

Керамика Brudeze поставляет и продает широкий ассортимент высококачественного кварцевого стекла, включая глиноземистую керамику, циркониевую керамику, керамику из нитрида кремния, керамику из нитрида алюминия, керамику из карбида кремния, керамику из карбида бора, биокерамику, обрабатываемую керамику и т.д. Мы можем удовлетворить требования заказчика к различным керамическим изделиям.