金刚石砂轮精密修整工艺研究(2)

金刚石砂轮精密修整工艺研究

金刚石与磨料磨具工程总第１７０期

刚石砂轮的修整中采用了电火花加工、激光加工、超声加工、电解修整以及传统的机械磨削修整一Ｊ。机械磨削加工具有普适性，对各种金刚石砂轮均适用。

国内外在超硬材料砂轮机械磨削修整方面已经有了比较深入的研究，文献３研究了陶瓷结合剂砂轮的修整过程模型。文献４介绍了金刚石砂轮成形修整的原理及实验研究，分析了成形加工的主要影响因素。文献５分析了在不同加工参数条件下，陶瓷金刚石砂轮的磨损量和材料去除率。本文从金刚石砂轮磨削原理人手，通过实验，研究金刚石砂轮机械磨削的工艺，找寻不同粒度、不同结合剂的金刚石砂轮机械磨削中较为合理的磨削速度（砂轮转速）、切削进给量的范围值。同时通过实验研究，分析比较磨削修锐和喷砂修锐的效果。

１

金刚石砂轮磨削修整原理

金刚石砂轮机械磨削修整可以看作经历了这样几

个阶段：两个砂轮接触初始阶段。金刚石砂轮在摩擦力和冲击力作用下，金刚石颗粒旋转，引起金刚石颗粒间结合剂的弹性变形，变形达到一定程度，结合剂出现裂纹，金刚石颗粒在摩擦力和冲击力的继续作用下旋转，造成结合剂裂纹的扩大，最终结合剂断裂，金刚石颗粒从砂轮表面脱落。实际的金刚石砂轮结合剂去除方式要复杂的多，有冲击脆性去除、疲劳脆性去除、热化学去除和机械热去除∞’¨。

通常的金刚石砂轮整形主要是外圆、端面、斜面、外圆角和内、外圆弧面的整形，金刚石砂轮一般只有转动，而工具砂轮（一般是碳化硅砂轮、白刚玉砂轮，也可以选用金刚石砂轮）不仅仅有转动，还有进给运动和往复摆动。因此，金刚石砂轮和工具砂轮转动速度、工具砂轮的进给量就成为比较重要的工艺参数。

２金刚石砂轮修整实验设备

砂轮整形选用北京市电加工研究所新开发的超硬材料砂轮整形机床（ＢＤＭ９０４），砂轮的修锐分别选用砂轮整形机床修锐、液体喷砂机修锐；液体喷砂机选用国营长空机械厂生产的ＳＳ一２型喷砂机，砂粒选择１２０＃碳化硅球形颗粒。金刚石砂轮主要选用了郑州磨料磨具磨削研究所生产的直径为１５０ｍｍ金属结合剂、树脂结合剂金刚石砂轮（粒度分别为８０、１８０、４００三种，硬度选择中硬型），工具砂轮选择直径为１５０

万方数据

ｍｍ，宽度为１０ｍｍ的碳化硅砂轮（粒度分别为８０。、１２０。、１５０。三种）。

３实验结果及分析

３．１砂轮主轴转速的确定

精密修整要求修整后的金刚石砂轮的尺寸精度达到１０～ｍｍ级。为实现这一目的，首先是加工机床的几何精度必须达到１０～ｍｍ级。机床的进给精度要达到１０～ｍｍ级；其次是砂轮的主轴回转精度要达到１０～ｍｍ级；第三是砂轮主轴的振动和平衡要达到精密级要求。砂轮主轴的振动和平衡是随砂轮的转速变化而变化的，是动态值，这是影响砂轮加工精度最主要的因素之一，因此工具砂轮和金刚石砂轮的转速成为工艺参数中最先确定的值。

通过在超硬材料砂轮整形机床上的大量金刚石砂轮精密整形实验，我们得到了砂轮主轴转速和砂轮主轴振动速度的关系曲线如图ｌ所示，并实验得到了砂轮主轴转速和磨削力的关系曲线如图２所示。从图１可以清楚地看到，金刚石砂轮和工具砂轮主轴的振动速度随主轴转速的升高非线性增大，但在ｌ

８００ｒ／ｍｉｎ

以下时，振动随转速的变化很小；而主轴转速在ｌ

８００

—３５００

ｒ／ｍｉｎ时，主轴振动迅速增大。因此从减小主

轴振动角度出发，希望金刚石砂轮和工具砂轮的主轴转速小于１８００ｒ／ｍｉｎ。从图２可以发现，在一定进给量下，随着主轴速度的增大，磨削力呈现下降趋势。磨削力的减小，带来系统稳定性的增加，产生这一现象的原因可能是整形初期工具砂轮脱落的磨粒对金刚石磨粒和结合剂的冲击以及研磨作用而产生一定的整形效果。当主轴高速运行时，磨粒主要起磨削作用，磨削力下降。主轴从高速向低速变化时，砂轮间的接触刚度减小，磨削系统稳定性增加。

从前面的分析可以知道，综合考虑主轴振动和磨削力对加工精度的影响，应该设定ｔ具砂轮的转速低

于ｌ８００ｒ／ｍｉｎ，工具砂轮的直径一般在１２０～２００

ｍｍ

之间，工具砂轮的线速度一般应在ｌｌｍ／ｓ左右，工具砂轮轴转速大约在ｌ

０５０一１８００

ｒ／ｍｉｎ。可加工金刚石砂

轮直径５０一２００咖，因此，金刚石砂轮轴转速设定在

４００—１０００ｒ／ｍｉｎ，金刚石砂轮的线速度一般在２．６一

１０．５

ｍ／ｓ之间，这样可以保证－Ｔ具砂轮和金刚石砂轮的

速比小于５，既可以减小砂轮主轴振动对砂轮加工精度的影响，又可以减小磨削力，提高磨削系统稳定性。

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