聲光調QYAG脈沖激光修銳和整形青銅金剛石砂輪

用yag脈沖激光對青銅結合劑金剛石砂輪進行修銳試驗研究,為改善激光修銳效果,提出輔助交叉吹氣的方法,實驗研究了激光功率密度和離焦量對結合劑去除效果的影響.對修銳后的砂輪表面形貌顯微觀察表明,輔助交叉吹氣方法有助于磨粒的暴露,有明顯的修銳效果.同時,對修銳砂輪的磨削力測量結果表明,修銳后法向磨削力比修銳前下降10%～15%,切向下降5%～7%,比單獨同軸吹氣下降3%～5%,提高了砂輪的磨削性能.該結果為金屬結合劑超硬磨料砂輪的激光修銳應用提供了理論與試驗依據(jù).

采用光柵光譜儀對脈沖光纖激光修銳青銅金剛石砂輪過程中產(chǎn)生的等離子體空間分辨發(fā)射光譜進行了測量.研究了500—600nm波段范圍內的等離子體空間發(fā)射光譜強度隨激光平均功率和脈沖重復頻率的變化情況.結果表明:等離子體輻射光譜強度在其徑向膨脹方向上距離砂輪表面約2.4mm處達到最大值.在局部熱力學平衡假設條件下,根據(jù)等離子體中六條銅原子譜線的相對強度,利用boltzmann圖法,計算得到在不同激光功率和重復頻率條件下的等離子體電子溫度沿砂輪徑向方向的分布規(guī)律.實驗結果表明:在激光修銳青銅金剛石砂輪過程中,距離砂輪表面約3mm處等離子體電子溫度出現(xiàn)峰值,其溫度最高可達4380k,且等離子體電子溫度隨著激光參數(shù)和空間位置的改變呈現(xiàn)出不同的演變規(guī)律.

為了尋求超硬磨料砂輪的修銳新方法,采用脈沖光纖激光徑向輻照,對青銅結合劑金剛石砂輪進行了修銳試驗研究。理論分析了脈沖激光修銳青銅結合劑金剛石砂輪的基本原理;借助超景深3維顯微系統(tǒng)和粗糙度測試儀,獲得了脈沖光纖激光燒蝕青銅結合劑輪燒蝕凹坑的表面形貌和深度,總結了激光平均功率、脈沖重復頻率和離焦量等參量對燒蝕效果的影響規(guī)律;根據(jù)試驗結果選擇最佳工藝參量(pm=20w,f=70khz,δ=0.0mm),開展了激光修銳青銅結合劑金剛石砂輪的試驗,并采用超景深3維顯微系統(tǒng)對修銳后的砂輪表面形貌進行觀測。結果表明,在合理工藝參量下,脈沖光纖激光徑向輻照修銳青銅結合劑金剛石砂輪,可獲得良好的修銳效果。

利用自行研制的聲光調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。

對不同激光參數(shù)條件下脈沖光纖激光修銳青銅金剛石砂輪過程中產(chǎn)生的490~600nm波段范圍內的等離子體空間分辨發(fā)射光譜進行了研究。在局部熱力學平衡條件下,根據(jù)測得的等離子體譜線信號的相對強度,利用boltzmann圖法和stark展寬法分別計算得到等離子體電子溫度和電子數(shù)密度值,并對激光單脈沖能量、距砂輪表面的探測距離等因素對等離子體電子溫度和電子數(shù)密度的影響進行了研究。實驗結果表明,激光修銳產(chǎn)生的等離子體電子溫度和電子數(shù)密度隨探測距離的增加近似呈lorentz分布,隨激光單脈沖能量的變化近似呈指數(shù)規(guī)律增長。在此基礎之上,進一步計算了等離子體逆韌致吸收系數(shù),并總結其隨探測距離和激光單脈沖能量的變化規(guī)律。

基于激光與物質的相互作用,針對聲光調qyag脈沖激光修整青銅金剛石砂輪開展研究。建立了單脈沖激光燒蝕青銅和金剛石溫度場的有限元模型,模擬了不同激光功率密度作用下青銅和金剛石的溫度分布。借助溫度場云圖得到了可供修整試驗參考的激光參數(shù):適用于修銳的脈沖激光功率密度范圍為1.66×107~7.5×107w/cm2;適用于整形的脈沖激光功率密度范圍為9.95×107~3.52×108w/cm2,并從中選取典型參數(shù)進行修整試驗,獲得了良好的砂輪表面形貌。在仿真和試驗的基礎上,進一步分析了脈沖激光修整青銅金剛石砂輪的機理。

對使用青銅基金剛石砂輪片切削光學玻璃時,出現(xiàn)的截面質量逐漸下降甚至最終出現(xiàn)大量邊緣破損的現(xiàn)象進行了分析,揭示了青銅基砂輪隨著使用時間的增加,因無法"自銳"而"堵塞"、進而變得鈍化是此種現(xiàn)象的根本原因。在此基礎上,結合實踐經(jīng)驗和相關試驗,提出了相應的解決方法,并對這一方法的機理展開研究。

本文系統(tǒng)地探討了青銅結合劑金剛石砂輪的電解修整機理及電解液在修整過程中的作用。并著重討論電解修整工藝和參數(shù)對修整效果的影響,及磨粒突出高度對磨削力和磨削表面質量等的影響。

電解修整青銅結合劑金剛石砂輪工藝

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

近幾年來,隨著高速磨削和超精密磨削技術的快速發(fā)展,對金剛石砂輪提出了更高的要求,陶瓷以及樹脂結合劑的砂輪已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。而金屬結合劑砂輪因其具有把持力強,結合強度高、耐磨性好、成型性能好、壽命長、能承受較大的磨削壓力等特點,在工程陶瓷、光學玻璃、硬質合金等難加工材料的磨削加工中得到了廣泛應用。本文對金屬結合劑金剛石砂輪應用特點及修整方法進行了研究和探索。

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。

金剛石砂輪片制造技術

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、內圓磨、外圓磨等各種磨削。磨具,按磨料、粒度、硬度、結

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,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).

金剛石砂輪是磨削加工技術中使用最為廣泛的加工工具，按結合劑的不同金剛石砂輪一般可以分為樹脂結合劑金剛石砂輪、陶瓷結合劑金剛石砂輪和金屬結合劑金剛石砂輪。本文旨在對近年來國內外對樹脂結合劑金剛石砂輪、陶瓷結合劑金剛石砂輪以及金屬結合劑金剛石砂輪的研究工作做一簡單的綜述，為今后通過改進工藝，將陶瓷結合劑、金屬結合劑及樹脂結合劑的優(yōu)點加以綜合，開發(fā)新型的金剛石砂輪奠定基礎。

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。

金屬結合劑金剛石砂輪由于其結合劑的高把持強度,導致砂輪整形極其困難。微細粒度金屬結合劑砂輪一般可通過機械、電火花、電化學或激光等某單一整形方式進行整形,但對于粗粒度砂輪來說,由于磨粒尺寸較大,采用上述任一種整形方式都存在一定問題。本文針對粗粒度砂輪多用于高效磨削這一特點提出了一種復合式整形方法:電火花-機械復合整形法,并闡述了該方法的整形機理;此外,還對整形精度起著重要作用的參數(shù)———放電間隙與電規(guī)準之間的關系進行了試驗研究,并通過100/120#青銅結合劑金剛石砂輪的整形試驗進行驗證。試驗結果表明,采用電火花-機械復合整形方法可以實現(xiàn)對粗粒度金屬結合劑超硬磨料砂輪的高效整形,整形精度可達6μm以下。

單層釬焊金剛石砂輪在制作完成之初由于砂輪基體加工存在誤差以及磨粒粒徑大小不一等原因造成磨粒等高性不一致,這使其難以在硬脆材料的精密磨削中得到廣泛的應用。采用自制的釬焊碟輪對80/100#單層釬焊金剛石砂輪進行了修整試驗研究。在修整試驗前后跟蹤了砂輪磨粒等高性的變化,進行了sic陶瓷的磨削試驗,并觀測了工件表面質量的變化情況。試驗結果表明:采用此方法能夠實現(xiàn)單層釬焊金剛石砂輪的高效精密修整。修整試驗結束后砂輪磨粒等高性較好,磨削sic陶瓷的表面質量得到明顯改善,表面粗糙度ra值達到了0.1μm以下。

采用釬焊金剛石砂輪對兩種硬質合金進行磨削實驗,通過測量磨削過程中的磨削水平力和垂直力,對砂輪所受的單位寬度法向力、切向力和力比進行了研究。建立了單顆磨粒磨削力與加工參數(shù)間的理論模型,并用實驗數(shù)據(jù)進行驗證。理論分析了磨削深度、進給速度對單位寬度磨削力、單顆磨粒磨削力及力比的影響程度。

由不同材料構成的組合零件可以充分發(fā)揮各種不同材料的性能,例如,沖模刃口鑲裝上硬質合金可以顯著改善沖模的耐磨性能。但是這種組合件的磨削往往比較困難,例如硬質合金——鋼——青銅組合件,硬質合金太硬,磨削時易破碎;而青銅較軟,磨削時易堵塞砂輪。近十年來,由于金剛石磨料的生產(chǎn)和砂輪粘結技術的發(fā)展,已有可能對上述組合件的磨削進行更系統(tǒng)和深入的試驗研究。這些試驗研究主要是用金剛石砂輪來進行的,也利用了普通的碳化硅砂輪,以便對照。