超硬磨料砂轮修整与ELID修磨技术
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文章编号:1006-852X(2003)05-0064-02超硬磨料砂轮修整与EL ID修磨技术D RESSING OF U L TRAHARD ABRASIVE GRINDING WHEELSAND EL ID D RESSING TECHNOLO G Y莫时雄(桂林矿产地质研究院桂林,541001)Mo shixio ng(Guilin Research Institute of Geology for Mineral Resources,Guilin,541001China)摘要:超硬磨料砂轮由于其优良的磨削性能,广泛应用于航空、汽车、医学、电子、建材等领域,并成为精密和超精密磨削、高速高效磨削、难加工材料磨削、成形磨削、磨削自动化等技术的基础。
本文简要概述了近年来超硬磨料砂轮修整的一些新方法与E LID修磨技术。
关键词:超硬磨料;砂轮;修整中图分类号:TG74;TG58 文献标识码:AAbstract:Because of its good grinding properties,ultrahard abrasive grinding wheel is widely used in the fields such as avigation,automobile,medicine,electronics,construction and so on,and becomes the basis of precision grinding,high speed and high efficiency grinding,profile grinding,and grinding automatization.In this paper,some new methods of dressing ultrahard abrasive grinding wheel and E LID dressing technology were summarized.K ey word:ultrahard abrasive;grinding wheel;dressing 由于其优良的磨削性能,超硬磨料砂轮广泛应用于航空、汽车、医学、电子、建材等领域,并成为精密和超精密磨削、高速高效磨削、难加工材料磨削、成形磨削、磨削自动化等技术的基础。
在超硬磨料砂轮的应用技术中,超硬磨料砂轮的修整技术占有非常重要的地位,甚至有人认为修整是“应用成功的前提”。
要掌握超硬磨具的应用技术,首先应掌握先进的修整技术。
砂轮修整的关键在于得到较高的整形精度,良好的形貌。
整形精度的高低决定磨削工件尺寸精度和表面质量,良好的形貌使磨粒有较强的把持力,磨削时有足够的容屑空间,有利于磨削液进入,防止烧伤与堵塞。
以下就近年来砂轮修整的一些新技术作简要介绍。
1 砂轮整形砂轮整形的方法较多,常用的有车削整形法、滚压整形法、磨削整形法等。
近年来又出现了电加工整形法,激光整形法。
1.1 电加工整形法电加工整形法适用于任何以导电材料作为结合剂的砂轮,主要有电解法、电火花法等。
电火花整形法是利用旋转砂轮与工具电极之间产生脉冲火花放电的电腐蚀现象来蚀除砂轮表面的金属结合剂。
在电火花整形过程中,电火花脉冲放电形成的放电凹坑相互重叠,逐渐将砂轮修整到所需形状。
其修整力小,适于小直径和极薄砂轮的修整,可以进行在位在线修整,如配以高精度电极和合理的放电参数,可方便地实现对成型砂轮的快速、高精度整形。
1.2 激光整形法采用激光修整砂轮是一种新型的砂轮修整技术。
通过控制激光放射参数和砂轮相对于激光束的运动,可以获得期望的几何形状和精度。
在激光整形过程中,树脂结合剂分解,青铜结合剂熔化或气化,并伴随着结合剂材料的溅射,从而达到去除结合剂的目的。
而金刚石磨粒损伤较小,只是部分被去除。
在一次整形之后,砂轮表面形貌好,圆度误差明显减小。
如必要,可进行第二次整形来进一步提高砂轮表面形貌和精度。
激光修整为非接触加工,无机械作用力,无修整工具的消耗,不受砂轮材料的限制,热影响区小,超硬磨料砂轮的修整损耗小,修整效率高,容易实现自动化,是一种很有前途的砂轮整形和修锐技术。
但需要进一步开展多方位研究,对修整超硬磨料砂轮,重点解决选择性去除烧蚀机理和修整精度,完善工艺研究和产品设计,有望进入实用性。
2 砂轮修锐在超精密磨削加工中,提高砂轮的精密修锐质量十分重要,它直接影响被加工工件的加工精度和表面质量。
尤其在超精密加工的应用日趋广泛的今天,开发高效、高精度的超硬砂轮修锐技术始终是超精密加工中的一项不可忽视的关键技术。
砂轮修锐方法常用的有气体喷砂修锐、超声振动修锐、弹性修锐、游离磨粒挤压修锐、液压喷砂修锐、固结修锐工具修锐等,此外,还有修锐棒、修锐膏、金属丝刷、硬质合金块、低碳钢磨削修锐法、磁性磨料修锐等。
近年来用于超精密磨削加工的超细磨料超硬砂轮种类繁多,其修锐方法也各不相同,主要有:电加工修锐、激光修锐、高压水喷射修锐、超声振动修锐、磁粉研磨修锐等。
2.1 电加工修锐法电加工修锐法常用的有电解在线修整法(E LID)、电火花修锐法、电解电火花复合修锐等。
电加工修锐法的效率高,可进行在线、在位修锐。
电火花修锐法包括电火花放电法修锐法、接触放电修整(ECDD)法等,其工作原理与电火花整形相同。
ECDD 修锐技术可使磨粒凸出量为常数,并能获得高的材料去除率。
2003年10月金刚石与磨料磨具工程Oct12003 总第137期 第5期Diamond&Abrasives Engineering Serial1137 No15应用ECDD在线修锐磨削,可减少磨削力,延长砂轮寿命,提高磨削质量。
这种接触放电法可用于修整金属结合剂、树脂结合剂以及各种电镀金刚石磨轮、滚轮和深切削成型磨轮等。
2.2 激光修锐法激光修锐法是将激光束垂直照射于砂轮上,利用激光产生的热量使砂轮表面的结合剂部分熔化蒸发或汽化,从而增加砂轮表面磨粒高度和有效磨粒数,改善容屑空间和磨粒等高性。
当扫描能量密度一定时,激光的脉冲频率和占空比对修锐效果有一定影响,其中激光频率的影响更为显著,频率越高,修锐效果越差;增大占空比有利于改善修锐效果;增大激光功率有助于增大磨粒凸出高度。
因此必须合理选择激光参数(峰值功率、脉冲重复频率、脉宽、离焦量)和机床的运动参数(转速、进给量),就可以选择性地去除结合剂材料、使磨料磨粒凸出,达到修锐目的。
利用激光修锐法可方便地对超细磨料砂轮进行在线修锐。
2.3 高压水喷射修锐法高压水喷射修锐法系将高压水柱垂直喷射于砂轮表面,利用水柱的高压冲击力去除砂轮表面的磨屑及部分结合剂,从而增加磨粒凸出高度,形成足够的容屑空间。
合理控制喷射压力和喷射距离,可获得良好的修锐效果。
高压水喷射修锐法的特点是无需考虑修锐工具的磨损,修锐装置简单,易于控制和操作。
2.4 超声振动修锐法超声振动修锐法是被修砂轮以一定速度旋转,修锐器由超声波发生器经变能器驱动以一定频率和振幅作超频纵向振动,迫使进入修锐器与被修砂轮接触区域的磨料直接撞击砂轮表面。
一方面,由于超声波具有能量激波特性,可使磨料破碎并增强磨料对砂轮结合剂的切削和研蚀作用;另一方面,超声波经过液体时会产生所谓“空压”作用,促使悬浮液渗入被修砂轮表面的细微裂纹中,进一步加剧结合剂的破除,起到修锐砂轮的作用。
2.5 磁粉研磨修锐法磁粉研磨修锐法是在修锐器上缠绕线圈并通电,使修锐器产生磁性以吸引磁粉,当被修锐砂轮与修锐器之间相对运动时,磁粉对砂轮的作用类似于研磨运动,从而去除部分结合剂,露出磨粒,达到修锐目的。
此法与传统方法相比,修锐力小、对砂轮磨料不破坏,适用于低刚度超细磨料砂轮的修锐。
3 E L ID磨削新技术金属结合剂超硬磨料砂轮在线电解修整(简称E LID)磨削技术,是国外近年发展起来的一种“硬脆材料”精密和超精密加工的新技术。
应用E LID磨削技术,可对工程陶瓷等“硬脆材料”实现高效率磨削和精密镜面磨削。
通常树脂结合剂耐热性差,高温下结合剂强度和导热性也差。
只有金属结合剂具有高的强度、硬度和导热性,而且与磨料的结合力强,砂轮形状保持好,能充分发挥其切削性能。
因此早期主要以青铜结合剂为主,80年代后开发了多种配方的金属结合剂砂轮,如铸铁纤维结合剂、铸铁结合剂超硬砂轮。
但这种砂轮的整形和修锐非常困难。
日本于1987年开发了对此种砂轮进行在线电解修整磨削的技术,解决了砂轮的整形和修锐的难题。
3.1 E L ID磨削技术的基本原理E LID在修磨过程中,金属结合剂砂轮为阳极,工具电极为阴极。
具有阳极能力的磨削液在电源作用下,利用电解过程中的阳极溶液效应对砂轮表面的金属结合剂进行电解去除,而磨粒不被电解,并出露于表面,从而形成对砂轮的修整作用。
3.2 E L ID磨削技术的特点1)适应性广E LID磨削可以从粗磨、高效磨削到超精密镜面磨削。
由于可实现镜面磨削,从而取代部分材料的传统研磨、抛光工艺;E LID磨削适于使用多种金属结合剂制成的超硬磨料(金刚石、C BN)砂轮,金刚石砂轮适合陶瓷材料、硬质合金、铁氧体、蓝宝石、光学玻璃等“硬脆材料”的加工,C BN砂轮可用于钛合金、不锈钢等黑色金属的精密和高效磨削。
2)磨削效率高E LID磨削技术使砂轮在磨削过程中保持锐利状态,磨削效率要高于其它砂轮磨削。
如日本制作的CIFB金刚石砂轮对几种材料的磨除率达6000mm3/min,因其磨削力为普通磨削的1/2-1/3,且磨削力稳定。
3)适合于各种磨削方式E LID磨削中所用的电解修整装置,不仅适合于平磨、内外圆磨、无心磨,还可进行切割、成型磨削。
3.3 E L ID磨削技术的应用研究水平E LID磨削技术的发展,成功地带动了一批新产品、新设备的开发。
如日本研制出E LID磨削用的金刚石、C BN各种粒度的砂轮,生产出E LID用的直流脉冲电源及专用磨床。
日本富士公司采用此技术进行超精密镜面磨削镜头,真正实现了光学镜头加工以磨代研、代抛光的工艺革命。
除日本外,美国、英国、德国也正在进行这方面研究。
国内,哈尔滨工业大学从1993年开始此项技术的研究,并取得了较好效果。
成功研制出专用直流脉冲电源和专用磨削液,对铸铁结合剂砂轮的在线电解修整规律进行了研究。
在国产机床上开发了实用的平面、内、外圆E LID磨削实验装置,并进行了镜面磨削实验研究。
E LID磨削技术在国内的研究已有一定基础,虽然还处于起步阶段,但已为许多专家、学者重视。
笔者认为,近年内E LID磨削技术将在我国得到进一步的推广应用。
以上几种砂轮修整方法对超硬材料砂轮的精密修整均具有良好效果,可根据砂轮特点合理选用。
为提高砂轮的修整技术水平,应加快对新型修整技术原理及其应用技术的研究。
