金刚石磨具磨粒出刃高度的测试与调控研究进展(3)
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【摘要】3.2 磨削修整法 磨削法是获得磨具高精度表面的重要方法之一。通过使用碳化硅、刚玉等磨块与金刚石磨具对磨,普通磨粒发生破碎的同时会形成微切削刃
3.2 磨削修整法
磨削法是获得磨具高精度表面的重要方法之一。通过使用碳化硅、刚玉等磨块与金刚石磨具对磨,普通磨粒发生破碎的同时会形成微切削刃,去除金刚石磨具中的结合剂,使磨粒突出高度增加。此方法不仅修整效率高而且磨具表面形貌较好,但修整工具的损耗较大[47]。庄司克雄[48]用杯型砂轮修整陶瓷结合剂砂轮,并获得良好的效果。
3.3 软弹性法
利用软弹性法修整金刚石磨具时,金刚石磨具高速旋转而砂带缓慢转动,利用砂带与磨具的接触力有效地去除金刚石磨具表面磨粒间的结合剂,此方法由王先逵最先提出[49]。与普通的超硬磨料修整工具相比,砂带作为修整工具时其磨粒载体较软且具有一定弹性。
3.4 电解法
电解法采用电解池装置对磨具进行修锐处理。其中,磨具与直流电源正极相接为电解阳极,工具电极与直流电源负极相接为电解阴极,在阳极和阴极之间喷入具有电解作用的磨削液为电解液。该法主要用于金属结合剂金刚石磨具中,原理是金属结合剂的金属在电解的过程中会生成金属阳离子,与电解液中的氢氧根离子化合形成微小水溶性固体而被流动的电解液带走,磨粒充分露出使磨具达到较好的磨削效果。OHMORI等[50]用在线电解技术对铸铁基砂轮进行修锐后,加工工件可达到镜面效果。
3.5 电火花法
电火花法在修整金刚石磨具的过程中,需要在金刚石磨具和工具电极之间喷入磨削冷却液,电压加在工具电极与磨具之间,利用火花放电使黏结剂发生气化而除去磨具表面的结合剂,从而使金刚石磨粒暴露出来。但放电温度过高会导致磨粒的性能发生改变,有效控制磨具表面的温度是电火花修整金刚石磨具的关键。干为民等[51]利用电火花修锐技术得到精度高、加工表面光滑、磨削效果好且去除量小的磨头,并将其圆跳动误差修整到0.003 mm。
3.6 激光法
激光法[52]是利用光学系统把激光光束聚焦成很小的光斑作用在磨具表面,除少部分激光被反射外,绝大部分激光被黏结剂吸收,温度迅速升高而使黏结剂气化后被去除。此方法不仅可以通过调整激光加工参数选择性地去除结合剂材料而使磨粒具有一定的突起高度,达到修锐的目的,还可以同时去除磨具表面的金刚石磨粒达到整形的目的。该方法在修整时既没有机械作用力也没有修整工具的损耗,且激光作用时间短,作用面积小,对磨粒和黏结剂均无损伤,既提高了修整效率也保证了磨具的磨削性能,但修整工艺较复杂,成本较高。
金刚石磨具磨粒的出刃技术是其实现高效磨削、精密及超精密磨削的关键所在,其出刃手段种类繁多且各具优势,在实际应用中需要综合考虑被加工工件、 加工精度、材料去除率等因素来优选出刃方案并获得最佳的出刃效果。
4 磨粒出刃高度分布研究
磨粒出刃高度是评价磨削性能的一项重要参数,工件的表面粗糙度、亚表面损伤及磨具的磨损情况等都和磨粒出刃高度有着十分紧密的关系。磨具的磨削性能不仅仅取决于其磨削条件,也取决于磨具中磨粒的出刃高度。
李厦等[53]研究砂轮表面上磨粒高度的平均值,发现磨削前后的磨粒出刃高度分布均近似为正态分布。DOMAN等[54-58]根据磨粒形状、大小和分布密度得出磨粒出刃高度服从高斯分布(μ,σ2)。梅益铭等[59-60]在基于磨粒出刃高度成正态分布的基础上做了大量的建模方法及模拟仿真实验,验证了仿真方法的正确性和有效性。
也有研究表明:磨粒出刃高度不服从正态分布。CHOU等[61]对所测磨粒高度值进行正态性检验,发现其不符合正态分布,而Johnson变换可以将非正态分布的数据转换为符合正态分布的数据。NGUYEN等[62]认为磨粒高度服从非高斯随机分布,当采用Johnson变换、小波变换及逆变换处理时[63]可实现高斯域和非高斯域的转化。HECKER等[64-66]假定磨粒高度服从瑞利分布,推导了未变形磨屑厚度的计算表达式并基于硬度测试的定义建立了磨削力预测模型。郎献军等[67]根据磨粒形状为圆锥形且突出高度服从瑞利分布的假设下,推导出平面磨削过程中未变形磨屑厚度的计算表达式。KOSHY等[68]建立了磨粒间距为Gamma分布且磨粒出刃高度相同的砂轮模型。综上所述,可以利用统计学原理来研究磨具表面磨粒出刃高度的分布规律。
5 存在的问题及展望
国内外研究者经过大量的研究和分析,得出了磨具表面磨粒的特征主要有磨粒数量、磨粒的几何形状及分布[69]、磨粒的切削刃及其出刃高度[70-72]、磨粒间距等[73]。从传统的图像观测手段[74-75]到计算机辅助系统下的新型检测技术,再到磨粒识别与匹配技术[76-77]以及图像拼接技术[78]等均可有效重构出磨粒的三维形貌[79]并观测磨粒出刃高度的变化。然而,这些研究并没有涉及结合剂性能、磨具硬度、磨削参数等与金刚石磨具中磨粒出刃高度的相关关系,因此综合此类参数进行研究并对磨粒出刃高度进行调控是未来的研究趋势,研究结果对于研制高性能磨具,实现高效高速高精磨削都有着积极的作用。
文章来源:《金刚石与磨料磨具工程》 网址: http://www.jgsymlmjgc.cn/qikandaodu/2021/0708/474.html
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