單層釬焊金剛石砂輪機(jī)械化學(xué)修整

通過(guò)測(cè)量和分析高頻感應(yīng)釬焊金剛石砂輪磨削大理石過(guò)程中的磨削力,對(duì)砂輪所受的法向力和切向力進(jìn)行了研究。從單顆金剛石最大切削厚度的角度,分析了磨削深度、進(jìn)給速度和砂輪線速度對(duì)磨削力的影響。

基于三角測(cè)量在線檢測(cè)閉環(huán)控制燒蝕系統(tǒng),以聲光調(diào)qyag脈沖激光徑向輻照方式進(jìn)行青銅金剛石砂輪修整。根據(jù)砂輪表面的漫反射和成像情況,選取柱面透鏡作為接收透鏡,改進(jìn)設(shè)計(jì)一套比較完善的接收光路系統(tǒng),對(duì)此激光燒蝕系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定。依照標(biāo)定結(jié)果調(diào)整電路,選取合理的激光和工藝參數(shù)進(jìn)行砂輪修整試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)激光修整后砂輪精度有了明顯的提高。在此基礎(chǔ)上研究了激光-機(jī)械復(fù)合精密修整技術(shù),即青銅金剛石砂輪通過(guò)激光修整后,再輔以機(jī)械法整形。該方法使修整精度進(jìn)一步得到提高,同時(shí)使砂輪表面地形地貌得到了改善。

利用特別設(shè)計(jì)的高頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)在氬氣保護(hù)下釬焊制作了金剛石砂輪;通過(guò)電鏡、能譜和x射線衍射等先進(jìn)測(cè)試手段分析了金剛石、nicr合金釬料和基體界面之間的微觀結(jié)構(gòu);進(jìn)行了砂輪的磨削加工試驗(yàn)。結(jié)果顯示,釬焊金剛石表面有碳化鉻形成;在釬料層和基體間存在結(jié)合牢固的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移帶。磨削試驗(yàn)證實(shí),通過(guò)導(dǎo)引高頻磁通感應(yīng)釬焊制作的金剛石砂輪即使在重負(fù)荷加工過(guò)程中,也不存在磨粒脫落現(xiàn)象。

介紹了一種科學(xué)的金剛石砂輪磨削性能實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方法,并對(duì)檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,為金剛石砂輪工藝配方研究者和生產(chǎn)商提供了一種可行的砂輪磨削性能檢測(cè)方法,破解了長(zhǎng)期困擾砂輪配方工藝研究者的———砂輪的耐磨性和鋒利度無(wú)法量化測(cè)定的難題。

針對(duì)深凹非球曲面器件及半球諧振子超精密磨削中使用的小直徑金屬基球頭金剛石砂輪,提出一種基于電火花修整原理的精密修整方法。從理論上分析機(jī)械誤差及修整參數(shù)對(duì)砂輪修整后面形精度的影響,基于理論分析結(jié)果研制金剛石球頭砂輪電火花修整裝置。通過(guò)正交試驗(yàn)研究修整參數(shù)對(duì)砂輪面形精度的影響規(guī)律,得到最優(yōu)電火花修整參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明,修整后的砂輪面形精度優(yōu)于0.8μm,磨粒突出效果良好,可以滿足半球諧振子及其他光學(xué)零件超精密磨削中砂輪修整需要。

金剛石砂輪在工作時(shí),第一需求是鋒利,在此基礎(chǔ)上才有工作壽命等進(jìn)一步需求。而影響砂輪鋒利度的原因非常復(fù)雜,包括了金剛石的品質(zhì),類型,濃度,配方設(shè)計(jì)等等,此外,與酚醛樹脂的選型,固化工藝等也有很大的關(guān)系。我們通過(guò)對(duì)酚醛樹脂固化機(jī)理的深入研究,提出了如何提高砂輪鋒利度的改善方案,特別指出了固化工藝的重要性,并推薦了新型的填料。

針對(duì)金剛石砂輪修銳后磨粒微觀出刃形貌很難評(píng)價(jià)的問(wèn)題,建立了有效磨粒出刃高度、磨粒出刃角和磨粒出刃同形度的特征參數(shù)模式.采用碳化硅修整砂輪對(duì)金剛石砂輪結(jié)塊進(jìn)行修銳,檢測(cè)砂輪工作表面的磨粒出刃高度和出刃形貌,分析磨料粒度和修銳條件對(duì)有效磨粒出刃高度、平均磨粒出刃角、磨粒出刃同形度的影響.結(jié)果表明,有效磨粒出刃高度可以反映砂輪工作表面的磨粒出刃性和等高性;#40、#80和#120砂輪的磨粒出刃角為鈍角,其平均值分別為131°、111°和111°左右;磨粒出刃同形度較長(zhǎng)寬比更能體現(xiàn)出磨粒出刃的完整性.此外,采用低進(jìn)給深度和高工件進(jìn)給速度的修銳條件可以提高有效磨粒出刃高度;較大的修銳進(jìn)給深度和較粗的砂輪粒度都會(huì)使磨粒出刃角增大;進(jìn)給深度越小,磨粒出刃完整性越好.因此,有效磨粒出刃高度、磨粒出刃角和磨粒出刃同形度可以作為金剛石砂輪修銳后微觀出刃形貌的評(píng)價(jià)參數(shù).

為了克服非金屬基材料的非導(dǎo)電性和弱導(dǎo)電性,提出了在表面涂抹導(dǎo)電介質(zhì)的電火花放電修整非金屬基金剛石砂輪方法.利用電火花成型機(jī)床在空氣介質(zhì)中進(jìn)行電火花修整樹脂基金剛石砂輪實(shí)驗(yàn),研究了修整過(guò)程中的不同放電參數(shù)對(duì)修整效率的影響,用三維數(shù)字顯微鏡觀察電火花修整前后金剛石砂輪表面的微觀形貌,比較了放電參數(shù)作用下不同的修整效果.

利用自行研制的聲光調(diào)qnd:yag激光器,對(duì)青銅金剛石砂輪進(jìn)行修整試驗(yàn)。用光學(xué)顯微鏡觀察修整后的砂輪表面,得到砂輪形貌隨修整參數(shù)變化關(guān)系。對(duì)激光修整后的砂輪進(jìn)行高速磨削試驗(yàn),得出了砂輪磨削力和試件表面粗糙度隨激光修整參數(shù)變化的關(guān)系。與碳化硅滾輪修整法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果表明,合適的激光參數(shù)修整后,青銅結(jié)合劑金剛石砂輪對(duì)氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯材料的磨削力小于碳化硅滾輪修整。

針對(duì)金剛石砂輪v形尖端的微細(xì)修整困難的問(wèn)題,開發(fā)出一種對(duì)磨成型的v形尖端修整技術(shù)。在數(shù)控修整中,砂輪作v形的直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)與修整工具對(duì)磨,逐漸被修整成v形尖端。本實(shí)驗(yàn)中修整工具分別是#600和#180綠碳化硅(gc)油石,砂輪分別為sd400和sd600金剛石砂輪。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,較細(xì)粒度的修整工具不僅可以將砂輪v形尖端修整出更小的圓弧半徑,而且也能夠?qū)⑽⑿∧チＰ掬J得更鋒利,從而使加工的單晶硅微溝槽形狀更加整齊。此外,采用修整后的圓弧半徑小于20μm的sd600金剛石砂輪v形尖端可以實(shí)現(xiàn)光纖石英微陣列溝槽的微細(xì)加工,也可以在sic陶瓷和wc合金基板上加工出微錐塔陣列空間的功能表面。因此,數(shù)控對(duì)磨在位修整的工藝可以用于金剛石砂輪v形尖端的微細(xì)修整,實(shí)現(xiàn)硬脆性基板的微細(xì)磨削加工。

建立完善的金剛石砂輪修整的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng),利用聲發(fā)射信號(hào)可直觀反映出金剛石砂輪實(shí)際修整情況。通過(guò)分析計(jì)算砂輪在整形過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差值可定量分析出砂輪實(shí)際修整效果,實(shí)驗(yàn)中使用電容傳感器測(cè)量整形前后砂輪表面外形,測(cè)量結(jié)果證明了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在金剛石砂輪修整中的有效性。

根據(jù)半人工熱電偶測(cè)溫原理制備了磨削測(cè)溫試樣,利用感應(yīng)釬焊金剛石砂輪和電鍍金剛石砂輪進(jìn)行硬質(zhì)合金yg6的磨削試驗(yàn),研究了磨削深度、工件進(jìn)給速度對(duì)工件表面磨削溫度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:在相同的磨削參數(shù)下感應(yīng)釬焊金剛石砂輪的磨削溫度要遠(yuǎn)低于電鍍金剛石砂輪,且隨著磨削深度和工件進(jìn)給速度的增大磨削溫度上升較為平緩,釬焊金剛石砂輪磨粒出露高度高、容屑空間大,磨粒呈有序排布是磨削溫度較低的主要原因。

利用真空爐中釬焊工藝制作了釬焊金剛石砂輪,并對(duì)氧化鋁陶瓷進(jìn)行高速磨削的磨損研究。實(shí)驗(yàn)中,監(jiān)測(cè)了磨削過(guò)程中每道磨削的磨削力特征,觀察和統(tǒng)計(jì)了不同磨削階段的砂輪表面磨粒磨損狀態(tài)及變化情況,同時(shí)測(cè)量了磨粒的出刃高度。結(jié)果表明:在高的砂輪線速度和高的材料磨除率下,容易造成大量的磨粒斷裂和完全破碎。僅有1.23%的金剛石磨粒是經(jīng)歷"完整-磨平-微破碎-半破碎-斷裂(全破)"的失效過(guò)程,即磨粒理想的失效路徑。通過(guò)對(duì)釬焊工藝、磨粒承受的載荷以及砂輪表面磨粒濃度和排布方式等因素的分析,闡明了文中釬焊金剛石砂輪中磨粒失效的原因。

以b1a系列砂輪刀片為例,對(duì)金剛石砂輪刀片進(jìn)行力學(xué)分析與強(qiáng)度計(jì)算,并利用有限元分析軟件ansys建立砂輪刀片回轉(zhuǎn)模型,得到刀片的應(yīng)力云圖和變形圖。通過(guò)仿真分析,砂輪刀片孔壁處所受切向應(yīng)力影響遠(yuǎn)大于徑向應(yīng)力,砂輪刀片的最大應(yīng)力發(fā)生在孔的內(nèi)壁處,而在砂輪外圓處切向應(yīng)力較小。通過(guò)輸入不同轉(zhuǎn)速對(duì)比,外圓切向應(yīng)力隨轉(zhuǎn)速提高而增加,破壞趨勢(shì)也明顯。

研究了花崗石的金剛石砂輪平面磨削。通過(guò)在線測(cè)量水平和垂直磨削力,研究了金剛石砂輪平面磨削加工兩種天然石材過(guò)程中的法向力和切向力變化特征。建立了單顆磨粒承受平均切向和法向負(fù)荷與單顆磨粒最大切削厚度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合掃描電鏡觀察結(jié)果,探討了兩種花崗石的去除機(jī)理

提出了金剛石砂輪加工石材時(shí)的綜合影響因素分為5大類共40多種輸入因素,這些因素均會(huì)影響磨削結(jié)果。重點(diǎn)分析了在石材加工中影響金剛石砂輪磨損的主要因素和加工參數(shù)對(duì)切削力的影響,得出加工參數(shù)和金剛石砂輪的制作方式是影響金剛石砂輪磨損的主要原因,并通過(guò)大量的磨削試驗(yàn)得到釬焊金剛石砂輪磨削花崗巖時(shí)的宏觀磨損量和微觀破損狀態(tài)。而加工參數(shù)對(duì)切削力的影響為:磨削速度vs的增加使金剛石砂輪切削力降低;進(jìn)給速度vf和磨削深度ap的增大都會(huì)導(dǎo)致切削力增大,磨削深度對(duì)切削力的影響要比進(jìn)給速度明顯。

介紹了硅片加工過(guò)程中3種劃片方法及劃片機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)金剛石砂輪刀片進(jìn)行力學(xué)分析,應(yīng)用有限元分析軟件建立砂輪刀片回轉(zhuǎn)模型,得到刀片的應(yīng)力圖。通過(guò)仿真得到:砂輪刀片切向應(yīng)力總是大于徑向應(yīng)力,切向應(yīng)力的最大值發(fā)生在砂輪刀片孔壁處。并且,應(yīng)用基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)pro/engineer,建立了劃片機(jī)劃切過(guò)程模擬模型。為進(jìn)一步進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

單層釬焊金剛石砂輪在磨削過(guò)程中會(huì)因磨削損耗而導(dǎo)致容屑空間變小從而使磨削性能下降。為了解決此問(wèn)題,本實(shí)驗(yàn)采用電解加工的方法對(duì)其進(jìn)行了修整加工,通過(guò)對(duì)釬料的蝕除以獲得足夠的容屑空間。研究了電解參數(shù)如加工電壓、加工間隙和砂輪回轉(zhuǎn)速度等對(duì)釬料蝕除量的影響。研究結(jié)果表明:隨著加工間隙的減小,釬料去除量增加;提高加工電壓和減小砂輪回轉(zhuǎn)速度也會(huì)產(chǎn)生相同的效果。當(dāng)加工電壓為5v,加工間隙0.5mm,砂輪回轉(zhuǎn)速度1/36r/min時(shí),釬料的去除量可以達(dá)到14.775μm。在加工過(guò)程中,容屑空間與陰極間隙小的地方釬料會(huì)首先被去除,容屑空間的截面圖曲線變得平緩。

上海砂輪廠是我國(guó)生產(chǎn)磨料磨具品種最全的專業(yè)廠,是擁有外貿(mào)經(jīng)營(yíng)權(quán)的國(guó)家重點(diǎn)企業(yè),也是全行業(yè)首家通過(guò)iso—9001質(zhì)量體系認(rèn)證的廠家,她是浦東這塊熱土上的一顆閃耀的明珠。上海砂輪廠生產(chǎn)的普通磨具,加工效率高,安全系數(shù)好,適用于金屬和非金屬材料的磨削、拋光、開槽和切割。產(chǎn)品有平形、筒形、杯形等各種形狀,用于平面磨、內(nèi)圓磨、外圓磨等各種磨削。磨具,按磨料、粒度、硬度、結(jié)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石砂輪表面形貌的非接觸精密測(cè)量,開發(fā)了基于干涉原理的金剛石砂輪表面形貌專用測(cè)量系統(tǒng),研究了該系統(tǒng)的測(cè)量原理和關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)垂直掃描白光干涉顯微測(cè)量原理以及被測(cè)對(duì)象的特征,提出了適用于砂輪測(cè)量的方法,研究了系統(tǒng)的自動(dòng)掃描范圍、垂直方向的掃描方法、單次測(cè)量三維表面的恢復(fù)算法和磨粒的識(shí)別算法。結(jié)合自行設(shè)計(jì)的夾具搭建了砂輪測(cè)量系統(tǒng),并對(duì)多次測(cè)量拼接算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:基于區(qū)域重合大小(重合度為30%~50%)的拼接算法獲得的拼接前后重合區(qū)域的相關(guān)系數(shù)均大于0.8,拼接后重合區(qū)域的高度差均小于0.4μm。得到的結(jié)果顯示所搭建的系統(tǒng)可以恢復(fù)砂輪的形貌,其測(cè)量范圍和精度滿足砂輪磨粒評(píng)定和分析的要求。

青銅結(jié)合劑人造金剛石砂輪型面成型性好,強(qiáng)度高,有一定韌性。用它精密加工工程陶瓷,具有砂輪導(dǎo)熱性能好、磨削比大、修整方便等優(yōu)點(diǎn)。但由于青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的整形較難,影響磨削力及磨削

在采用自主研發(fā)的具有在線檢測(cè)技術(shù)的超硬砂輪修整機(jī)修整各種成型金剛石砂輪時(shí),存在著修整尺寸和形狀精度不高、達(dá)不到刀具成型磨削要求以及工具砂輪耗損量大等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)工具砂輪往返運(yùn)動(dòng)速度、進(jìn)給量、耗損量及被修砂輪精度關(guān)系的試驗(yàn)研究,結(jié)合最佳轉(zhuǎn)速比對(duì)金剛石砂輪進(jìn)行修整,優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)后有效解決了上述問(wèn)題,效率提高30%。