金刚石滚轮研制:3修整技术的发展现状

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    1. 金刚石滚轮修整技术的发展现状

近年来,随着超硬材料在生产工程和科学技术领域的广泛应用,使超硬磨料砂轮的应用急剧增加,欲使砂轮能高效、高质量地加工超硬材料工件,砂轮的修整问题变得日益尖锐,成为世界各国研究的重要课题。传统的磨削修整法,有一显著的缺点就是作为修整轮的普通磨料修整工具磨耗很快,因而其修整精度难以保证。为此对砂轮应有一套完整的修整技术。迄今为止,在以往常规的对普通磨料砂轮的修整方法如车削法修整、滚压法修整和磨削法修整的基础上,又开发出了许多新的修整方法。然而,对超硬磨料砂轮的修整技术还处于初级阶段[31]

金刚石和立方氮化硼(CBN砂轮统称为超硬磨料砂轮。金刚石滚轮适于磨削硬、脆、有色金属和硬质合金、光学玻璃、陶瓷、宝石等高硬度、高脆性的非金属材料。超硬磨料砂轮修整技术是修整技术的新领域,修整技术发展至今,修整工具已形成种类丰富的系列家族,许多新的修整工具是高科技产品,修整技术的发展趋于高精、高效及自动化,给超硬磨料砂轮的修整带来了新课题。目前所用的修整方法大都存在局限性,寻找新的修整方法成为各国学者研究的目标。目前应用较为成熟的修整技术有:

  1. 在线电解修整技术

金属结合剂金刚石滚轮在线电解修整(Electrolytic In –process Dressing,简称ELID)磨削是近年来由日本发展起来的硬质材料高速精密磨削加工新技术。它是专门应用于金属结合剂砂轮的修整方法,与普通的电解修整方法相比,具有修整效率

 

 

高、工艺过程简单、修整质量好等特点,同时它采用普通磨削液作为电解修整液, 很好地解决了机床腐蚀问题。经 ELID 修整的 4000 号铸铁结合金刚石滚轮成功地实现了工程陶瓷、硬质合金、单晶硅、光学玻璃等多种材料的精密镜面磨削,表面粗糙度可达 Ra 2-5um[31]

  1. 电火花砂轮修整技术

利用电火花修整可对任何以导电材料为结合剂的砂轮进行在线、在位修整,易于保证磨削精度,不会腐蚀设备,修整力小,对小直径及极薄砂轮的修整较为方便, 同时整形效率高、修锐质量好;磨料周围不残留结合剂,修锐强度易于控制[31]

  1. 杯形砂轮修整技术

采用杯形砂轮休整器修整超硬磨料砂轮,其修整效率及修整精度都比传统的成形砂轮修整方法要高,可以达到零误差的砂轮表面,砂轮修整后的磨削性能实验表明,磨削力明显减小,磨削性能良好,且砂轮使用寿命长[31]

  1. 电解——机械复合整形技术

运用此法可在短时间内将砂轮修整到较高的表面质量及形状精度,为砂轮的精密修锐提供了良好的条件。

此外还有近几年研究发展的超声修整、激光修整等新技术。砂轮修整是决定磨削质量的关键因素之一,不同的修整方法具有不同的特点,因而应用中需综合考虑加工条件、工件材料、砂轮材料等因素,选择一最佳修整方案。我们也考虑过用超声修整,但由于超声修整装置机构体积过大,在满足使用要求的前提下,根据现场实际加工情况,修整装置的体积应尽可能地小,针对本课题的使用要求及现场工作环境和条件,经研究决定采用杯形砂轮修整技术。

杯形砂轮修整器修整金刚石的机理,主要是在修整过程中从杯形砂轮上脱落下来的磨粒对金刚石磨粒和结合剂桥的冲击以及研磨作用从而产修整效果。杯形砂轮上脱下来的磨粒越大,修整效率越高,但金刚石滚轮表面粗糙。由于这种依靠从 GC 杯形砂轮上脱落磨料于金刚石滚轮的研磨作用,因此使用它对密实性金刚石滚轮行修整时,不仅可以整形,而且也同时修锐。而对有气孔的(结合剂疏松型)陶瓷结合剂金刚石滚轮来说,无疑这种修整机理和效果也是十分好的。该技术是近年来日本东京大学庄司克雄教授研制的,特别在修整平行砂轮时,其母线因磨损会变为斜线或中凸,杯形砂轮修整器成功地解决了这一问题[13]

杯形砂轮修整技术作为一种新的修整方法,有待更深入地研究,在以下方面可作进一步深入研究:1) 建立理论分析模型,完善杯形修整技术机理的研究;2)实现杯形修整和修锐过程的同时进行;3) 深入研究杯形修整技术;4) 开发自适应控制修整系统;5) 提高修整效率,以使该技术成为实用的能够解决超硬磨料砂轮修整的行之有效的手段。

 

 

超硬磨料砂轮的整形方法广泛应用的有:金刚笔修整法,滚压整形法,磨削整形法,软钢磨削整形法,电火花砂轮修整法,杯型砂轮修整法等。金刚石滚轮有多种修锐方法,其中简便实用的方法有游离磨粒挤轧修锐法,刚玉块切入修锐法,磨削修锐法,电解修锐法,液压喷射修锐法,压缩空气磨料射流修锐法(相当于喷砂细粒度陶瓷结合剂碳化硅修整轮修锐法制动式、驱动式,钢丝刷轮修锐法,磨料和辅助钢轮修锐法,激光砂轮修锐法,磁粉研蚀修锐法和超声振动修锐法等[3]

密实型结合剂超硬磨料砂轮的精度保持性好,自身无气孔,靠去除结合剂来获得容屑槽和凸出磨刃,若修整不好,很难发挥超硬磨料优良的磨削性能。超硬磨料砂轮修整中传统修磨法通常基于力的作用,通过剪切和挤压去除磨粒达到整形目的, 为非破碎性去除,一定程度影响磨削性能。修整器同时存在磨损,影响整形精度对环境不好。随着各种复杂型面零件的加工越来越多,成形磨削在生产中应用日益广泛,对成形砂轮修整提出了很高的要求。目前常用的成形砂轮修整法,按修整廓形原理,可分为近似圆弧法、样板靠模法、金刚石滚轮法, 此外石墨电极电火花修整法也有所应用。为满足修整精度、弹性、可校正性和自动化程度等方面的要求,开 CNC 修整技术是很有前途的。国外高精度机床基本配备了 CNC 砂轮修整器,但价格昂贵。精密磨削主要使用密实型结合剂超硬磨料砂轮。近年发展的 ELID 在线修整具有加工精度高,表面裂纹少,表面质量好等优点,在镜面磨削中取得了突破, ELID 修整法只适用于金属结合剂超硬磨料砂轮,而且需要专门的电源装置,价格较高。为此,开发低成本、高性能、适应性广、工业化应用的超硬磨料砂轮修整技术是当务之急,特别亟待解决成形砂轮和精密磨削中砂轮的修整问题。开发在线自动修整系统,提高修整效率也是发展的方向。迄今为止,能整形或修锐同时进行的修整方法极少,探求整形和修锐能同时进行的修整方法也是很有意义的[2]

2020年4月28日 08:43
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