小直徑金屬基球頭金剛石砂輪電火花修整技術(shù)

針對金剛石砂輪v形尖端的微細(xì)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(shù)。在數(shù)控修整中,砂輪作v形的直線插補(bǔ)運(yùn)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(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(biāo)準(zhǔn)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(jié)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。

介紹了一種科學(xué)的金剛石砂輪磨削性能實驗檢測方法,并對檢測過程進(jìn)行了詳細(xì)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。

金剛石砂輪在工作時,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。我們通過對酚醛樹脂固化機(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(jié)塊進(jìn)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(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價參數(shù).

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(yīng)用。采用自制的釬焊碟輪對80/100#單層釬焊金剛石砂輪進(jìn)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(jìn)行了sic陶瓷的磨削試驗,并觀測了工件表面質(zhì)量的變化情況。試驗結(jié)果表明:采用此方法能夠?qū)崿F(xiàn)單層釬焊金剛石砂輪的高效精密修整。修整試驗結(jié)束后砂輪磨粒等高性較好,磨削sic陶瓷的表面質(zhì)量得到明顯改善,表面粗糙度ra值達(dá)到了0.1μm以下。

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(jìn)行修整試驗。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。對激光修整后的砂輪進(jìn)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(guān)系。與碳化硅滾輪修整法進(jìn)行對比試驗,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。

單層釬焊金剛石砂輪的應(yīng)用因其磨粒等高性不一致而在硬脆材料的精密加工中受到一定限制。本文采用機(jī)械化學(xué)復(fù)合法對80/100單層釬焊金剛石砂輪進(jìn)行了修整試驗研究。在修整實驗前后,測量了砂輪工作面圓跳動,跟蹤了磨粒的形貌變化,進(jìn)行了砂輪磨削k9玻璃實驗,觀察并分析了工件磨削后的粗糙度值的變化。研究結(jié)果表明:機(jī)械化學(xué)復(fù)合法對單層釬焊金剛石砂輪的修整是有效的,磨粒的磨損以化學(xué)腐蝕為主,砂輪修整后磨粒等高性較好,磨削k9玻璃工件表面粗糙度明顯降低。

金屬結(jié)合劑金剛石砂輪由于其結(jié)合劑的高把持強(qiáng)度,導(dǎo)致砂輪整形極其困難。微細(xì)粒度金屬結(jié)合劑砂輪一般可通過機(jī)械、電火花、電化學(xué)或激光等某單一整形方式進(jìn)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(fù)合式整形方法:電火花-機(jī)械復(fù)合整形法,并闡述了該方法的整形機(jī)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(zhǔn)之間的關(guān)系進(jìn)行了試驗研究,并通過100/120#青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的整形試驗進(jìn)行驗證。試驗結(jié)果表明,采用電火花-機(jī)械復(fù)合整形方法可以實現(xiàn)對粗粒度金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪的高效整形,整形精度可達(dá)6μm以下。

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(fù)荷與單顆磨粒最大切削厚度之間的對應(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

對使用青銅基金剛石砂輪片切削光學(xué)玻璃時,出現(xiàn)的截面質(zhì)量逐漸下降甚至最終出現(xiàn)大量邊緣破損的現(xiàn)象進(jìn)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(jìn)而變得鈍化是此種現(xiàn)象的根本原因。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合實踐經(jīng)驗和相關(guān)試驗,提出了相應(yīng)的解決方法,并對這一方法的機(jī)理展開研究。

在精密光學(xué)加工中,金剛石砂輪被廣泛應(yīng)用于精磨各種硬脆性材料。為了提高光學(xué)零件的表面質(zhì)量,降低亞表面損傷,精密金剛石砂輪的制造及其光學(xué)加工工藝受到廣泛的關(guān)注。綜述了金剛石砂輪的結(jié)構(gòu)、裝夾方式、結(jié)合劑及基體的選用情況,對金剛石砂輪的靜平衡和動平衡進(jìn)行了分析,并提出了解決方案,運(yùn)用該方案加工出的非球面零件面形精度rt<1μm,ra<0.3μm。實踐證明,運(yùn)用該方法加工出的零件達(dá)到了超精磨的水平,大大提高了后道工序的加工效率。

采用釬焊金剛石砂輪對兩種硬質(zhì)合金進(jìn)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(jìn)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(jìn)行驗證。理論分析了磨削深度、進(jìn)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。

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(jié)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(jìn)給速度vf和磨削深度ap的增大都會導(dǎo)致切削力增大,磨削深度對切削力的影響要比進(jìn)給速度明顯。

通過測量和分析高頻感應(yīng)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(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磨削力的影響。

介紹了硅片加工過程中3種劃片方法及劃片機(jī)國內(nèi)外發(fā)展趨勢。對金剛石砂輪刀片進(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)用基于特征的實體造型系統(tǒng)pro/engineer,建立了劃片機(jī)劃切過程模擬模型。為進(jìn)一步進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計打下基礎(chǔ)。

以b1a系列砂輪刀片為例,對金剛石砂輪刀片進(jìn)行力學(xué)分析與強(qiáng)度計算,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。通過輸入不同轉(zhuǎn)速對比,外圓切向應(yīng)力隨轉(zhuǎn)速提高而增加,破壞趨勢也明顯。

近幾年來,隨著高速磨削和超精密磨削技術(shù)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(jié)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(jié)合劑砂輪因其具有把持力強(qiáng),結(jié)合強(qiáng)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(xué)玻璃、硬質(zhì)合金等難加工材料的磨削加工中得到了廣泛應(yīng)用。本文對金屬結(jié)合劑金剛石砂輪應(yīng)用特點及修整方法進(jìn)行了研究和探索。

金剛石砂輪片制造技術(shù)

技術(shù)開發(fā)單位北京理工大學(xué)技術(shù)簡介北京理工大學(xué)研制出的一種采用杯形砂輪和對磨修整法的大尺寸碟形金剛石砂輪修整器,已獲得實用新型專利。該修整器具有獨立的動力系統(tǒng)和雙向修整進(jìn)給裝置,剛性和工作穩(wěn)定性好,可分別使用d/gc杯形砂輪作為修整工具,綜合性能良好,可很好地完成碟形金剛石砂輪的整形和修銳工作。該技術(shù)顯著地提高了硬質(zhì)合金插齒刀制造的齒形精度和表面質(zhì)量,解決了高精度、高速、高承載硬齒面?zhèn)鲃育X輪加工的關(guān)鍵技術(shù)難題。技術(shù)特點及水平采用該技術(shù)修整后的大尺寸碟形金剛石砂輪,已

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(quán)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(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(guān)鍵技術(shù)。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(fù)算法和磨粒的識別算法。結(jié)合自行設(shè)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(jìn)行了實驗分析。實驗結(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,其測量范圍和精度滿足砂輪磨粒評定和分析的要求。