單層釬焊金剛石砂輪機械化學修整

通過測量和分析高頻感應釬焊金剛石砂輪磨削大理石過程中的磨削力,對砂輪所受的法向力和切向力進行了研究。從單顆金剛石最大切削厚度的角度,分析了磨削深度、進給速度和砂輪線速度對磨削力的影響。

基于三角測量在線檢測閉環(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,改進設計一套比較完善的接收光路系統(tǒng),對此激光燒蝕系統(tǒng)進行了標定。依照標定結果調(diào)整電路,選取合理的激光和工藝參數(shù)進行砂輪修整試驗。試驗結果表明,經(jīng)激光修整后砂輪精度有了明顯的提高。在此基礎上研究了激光-機械復合精密修整技術,即青銅金剛石砂輪通過激光修整后,再輔以機械法整形。該方法使修整精度進一步得到提高,同時使砂輪表面地形地貌得到了改善。

利用特別設計的高頻感應加熱系統(tǒng)在氬氣保護下釬焊制作了金剛石砂輪;通過電鏡、能譜和x射線衍射等先進測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構;進行了砂輪的磨削加工試驗。結果顯示,釬焊金剛石表面有碳化鉻形成;在釬料層和基體間存在結合牢固的擴散轉移帶。磨削試驗證實,通過導引高頻磁通感應釬焊制作的金剛石砂輪即使在重負荷加工過程中,也不存在磨粒脫落現(xiàn)象。

介紹了一種科學的金剛石砂輪磨削性能實驗檢測方法,并對檢測過程進行了詳細的說明,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方法,破解了長期困擾砂輪配方工藝研究者的———砂輪的耐磨性和鋒利度無法量化測定的難題。

針對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。從理論上分析機械誤差及修整參數(shù)對砂輪修整后面形精度的影響,基于理論分析結果研制金剛石球頭砂輪電火花修整裝置。通過正交試驗研究修整參數(shù)對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)。試驗結果表明,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零件超精密磨削中砂輪修整需要。

金剛石砂輪在工作時,第一需求是鋒利,在此基礎上才有工作壽命等進一步需求。而影響砂輪鋒利度的原因非常復雜,包括了金剛石的品質(zhì),類型,濃度,配方設計等等,此外,與酚醛樹脂的選型,固化工藝等也有很大的關系。我們通過對酚醛樹脂固化機理的深入研究,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。

針對金剛石砂輪修銳后磨粒微觀出刃形貌很難評價的問題,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金剛石砂輪結塊進行修銳,檢測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寬比更能體現(xiàn)出磨粒出刃的完整性.此外,采用低進給深度和高工件進給速度的修銳條件可以提高有效磨粒出刃高度;較大的修銳進給深度和較粗的砂輪粒度都會使磨粒出刃角增大;進給深度越小,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價參數(shù).

為了克服非金屬基材料的非導電性和弱導電性,提出了在表面涂抹導電介質(zhì)的電火花放電修整非金屬基金剛石砂輪方法.利用電火花成型機床在空氣介質(zhì)中進行電火花修整樹脂基金剛石砂輪實驗,研究了修整過程中的不同放電參數(shù)對修整效率的影響,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,對青銅金剛石砂輪進行修整試驗。用光學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)變化關系。對激光修整后的砂輪進行高速磨削試驗,得出了砂輪磨削力和試件表面粗糙度隨激光修整參數(shù)變化的關系。與碳化硅滾輪修整法進行對比試驗,結果表明,合適的激光參數(shù)修整后,青銅結合劑金剛石砂輪對氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯材料的磨削力小于碳化硅滾輪修整。

針對金剛石砂輪v形尖端的微細修整困難的問題,開發(fā)出一種對磨成型的v形尖端修整技術。在數(shù)控修整中,砂輪作v形的直線插補運動與修整工具對磨,逐漸被修整成v形尖端。本實驗中修整工具分別是#600和#180綠碳化硅(gc)油石,砂輪分別為sd400和sd600金剛石砂輪。實驗結果表明,較細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,而且也能夠將微小磨粒修銳得更鋒利,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形尖端可以實現(xiàn)光纖石英微陣列溝槽的微細加工,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)控對磨在位修整的工藝可以用于金剛石砂輪v形尖端的微細修整,實現(xiàn)硬脆性基板的微細磨削加工。

建立完善的金剛石砂輪修整的聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng),利用聲發(fā)射信號可直觀反映出金剛石砂輪實際修整情況。通過分析計算砂輪在整形過程中聲發(fā)射信號的標準差值可定量分析出砂輪實際修整效果,實驗中使用電容傳感器測量整形前后砂輪表面外形,測量結果證明了聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)在金剛石砂輪修整中的有效性。

根據(jù)半人工熱電偶測溫原理制備了磨削測溫試樣,利用感應釬焊金剛石砂輪和電鍍金剛石砂輪進行硬質(zhì)合金yg6的磨削試驗,研究了磨削深度、工件進給速度對工件表面磨削溫度的影響。試驗結果表明:在相同的磨削參數(shù)下感應釬焊金剛石砂輪的磨削溫度要遠低于電鍍金剛石砂輪,且隨著磨削深度和工件進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,并對氧化鋁陶瓷進行高速磨削的磨損研究。實驗中,監(jiān)測了磨削過程中每道磨削的磨削力特征,觀察和統(tǒng)計了不同磨削階段的砂輪表面磨粒磨損狀態(tài)及變化情況,同時測量了磨粒的出刃高度。結果表明: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)"的失效過程,即磨粒理想的失效路徑。通過對釬焊工藝、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,對金剛石砂輪刀片進行力學分析與強度計算,并利用有限元分析軟件ansys建立砂輪刀片回轉模型,得到刀片的應力云圖和變形圖。通過仿真分析,砂輪刀片孔壁處所受切向應力影響遠大于徑向應力,砂輪刀片的最大應力發(fā)生在孔的內(nèi)壁處,而在砂輪外圓處切向應力較小。通過輸入不同轉速對比,外圓切向應力隨轉速提高而增加,破壞趨勢也明顯。

研究了花崗石的金剛石砂輪平面磨削。通過在線測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荷與單顆磨粒最大切削厚度之間的對應關系。結合掃描電鏡觀察結果,探討了兩種花崗石的去除機理

提出了金剛石砂輪加工石材時的綜合影響因素分為5大類共40多種輸入因素,這些因素均會影響磨削結果。重點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,并通過大量的磨削試驗得到釬焊金剛石砂輪磨削花崗巖時的宏觀磨損量和微觀破損狀態(tài)。而加工參數(shù)對切削力的影響為:磨削速度vs的增加使金剛石砂輪切削力降低;進給速度vf和磨削深度ap的增大都會導致切削力增大,磨削深度對切削力的影響要比進給速度明顯。

介紹了硅片加工過程中3種劃片方法及劃片機國內(nèi)外發(fā)展趨勢。對金剛石砂輪刀片進行力學分析,應用有限元分析軟件建立砂輪刀片回轉模型,得到刀片的應力圖。通過仿真得到:砂輪刀片切向應力總是大于徑向應力,切向應力的最大值發(fā)生在砂輪刀片孔壁處。并且,應用基于特征的實體造型系統(tǒng)pro/engineer,建立了劃片機劃切過程模擬模型。為進一步進行參數(shù)化設計打下基礎。

單層釬焊金剛石砂輪在磨削過程中會因磨削損耗而導致容屑空間變小從而使磨削性能下降。為了解決此問題,本實驗采用電解加工的方法對其進行了修整加工,通過對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速度等對釬料蝕除量的影響。研究結果表明: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速度也會產(chǎn)生相同的效果。當加工電壓為5v,加工間隙0.5mm,砂輪回轉速度1/36r/min時,釬料的去除量可以達到14.775μm。在加工過程中,容屑空間與陰極間隙小的地方釬料會首先被去除,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)營權的國家重點企業(yè),也是全行業(yè)首家通過iso—9001質(zhì)量體系認證的廠家,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

為了實現(xiàn)對金剛石砂輪表面形貌的非接觸精密測量,開發(fā)了基于干涉原理的金剛石砂輪表面形貌專用測量系統(tǒng),研究了該系統(tǒng)的測量原理和關鍵技術。根據(jù)垂直掃描白光干涉顯微測量原理以及被測對象的特征,提出了適用于砂輪測量的方法,研究了系統(tǒng)的自動掃描范圍、垂直方向的掃描方法、單次測量三維表面的恢復算法和磨粒的識別算法。結合自行設計的夾具搭建了砂輪測量系統(tǒng),并對多次測量拼接算法進行了實驗分析。實驗結果表明: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。得到的結果顯示所搭建的系統(tǒng)可以恢復砂輪的形貌,其測量范圍和精度滿足砂輪磨粒評定和分析的要求。

青銅結合劑人造金剛石砂輪型面成型性好,強度高,有一定韌性。用它精密加工工程陶瓷,具有砂輪導熱性能好、磨削比大、修整方便等優(yōu)點。但由于青銅結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)的具有在線檢測技術的超硬砂輪修整機修整各種成型金剛石砂輪時,存在著修整尺寸和形狀精度不高、達不到刀具成型磨削要求以及工具砂輪耗損量大等問題。通過對工具砂輪往返運動速度、進給量、耗損量及被修砂輪精度關系的試驗研究,結合最佳轉速比對金剛石砂輪進行修整,優(yōu)化設計參數(shù)后有效解決了上述問題,效率提高30%。