[發(fā)明專利]激光與機(jī)械復(fù)合修整樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610136783.1
• 申請日: 2006-11-30
• 公開（公告）號: CN101190503A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳根余
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: B24B53/053
• 分類號: B24B53/053;B24B53/12
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司
• 代理人: 馬強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪修整方法，進(jìn)一步是指采用激光與機(jī)械復(fù)合修整而實現(xiàn)樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的精密整形和修銳的方法。

背景技術(shù)

樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪具有異常優(yōu)良的磨削性能，在難加工材料的磨削、精密超精密磨削、成形磨削、高效磨削及磨削自動化中有廣泛的應(yīng)用前景。近年來，由于砂輪制造、數(shù)控精密磨床等相關(guān)技術(shù)得以突破，這種砂輪應(yīng)用急劇增加。由于這種砂輪本身特性，修整很困難，修整精度難保證，使得磨削效率、精度、質(zhì)量受到較大影響，嚴(yán)重影響了其優(yōu)良磨削性能的充分發(fā)揮，是其進(jìn)一步推廣應(yīng)用的瓶頸問題和數(shù)控精密磨床中的關(guān)鍵技術(shù)難題。

樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的修整通常分為整形和修銳兩道工序：整形是對砂輪進(jìn)行微量去除，使砂輪達(dá)到所要求的幾何形狀精度；修銳是通過去除砂輪磨粒之間的結(jié)合劑，使磨粒凸出結(jié)合劑一定的高度，形成切削刃，同時產(chǎn)生足夠的容屑空間。砂輪整形精度的高低決定了所加工工件的尺寸精度。

金剛石是目前最硬的材料。傳統(tǒng)的完全基于力的機(jī)械修整方法很難適應(yīng)樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪修整，對微粉級以上砂輪的修整精度很難達(dá)到要求。為此，尋找一種適合樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪既能整形又能修銳的新方法，成為各國學(xué)者研究的目標(biāo)和熱點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)中樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的修整極其困難的問題，提出一種激光與機(jī)械復(fù)合修整樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的方法，該方法對所述砂輪既能實現(xiàn)精密整形，同時又能進(jìn)行修銳，從而獲得良好的地形地貌；滿足高效、精密磨削的要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，采用聚焦后功率密度達(dá)到去除金剛石功率密度閾值3×10⁸W/cm²以上高功率密度脈沖激光，實施以下工藝步驟：

(1)針對樹脂結(jié)合劑金剛石非成形砂輪，通過聚焦透鏡將激光束聚焦，垂直砂輪磨削面照射；

(2)旋轉(zhuǎn)砂輪，通過千分表測量砂輪圓跳動，調(diào)整激光焦點位置，使焦點落在圓跳動最大處；

(3)調(diào)整激光參數(shù)，使得砂輪圓跳動跳動最大處達(dá)到所述去除金剛石功率密度閾值，從而去除金剛石和樹脂結(jié)合劑；

(4)所述砂輪沿軸向往復(fù)進(jìn)給，同時砂輪作回轉(zhuǎn)運動，經(jīng)過若干次燒蝕，直至其圓跳動最大處附近金剛石磨粒部分被整顆剝離、部分被微量去除、部分因為結(jié)合劑去除而失去把持力；

(5)接著，使用具有明確刀尖的單晶金剛石筆或碳化硅滾輪對所述砂輪進(jìn)行整形，去除失去把持力的磨粒和被激光燒蝕的磨粒變質(zhì)層；

(6)重復(fù)以上激光修整和機(jī)械法整形交替進(jìn)行的復(fù)合過程，直至達(dá)到所需的圓跳動和地形地貌。

以下對本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。

本發(fā)明中，所述激光的連續(xù)輸出平均功率可以是0-60W、重復(fù)頻率0.5kHz-10kHz、脈寬160ns-500ns；所述砂輪轉(zhuǎn)速為1-2m/s；

所述激光的焦距為15mm-30mm，脈沖激光聚焦后的光斑直徑0.20mm-0.22mm。

本發(fā)明工藝過程中，通過千分表測量砂輪圓跳動，調(diào)整激光焦點位置，使焦點落在圓跳動最大處(此處激光燒蝕功率最大)；隨著跳動減小，沿徑向方向聚焦激光開始離焦，使得功率密度減小，小于燒蝕功率密度閾值。這樣只在跳動最大處附近才會去除金剛石，每個單脈沖去除量在微米級，調(diào)整合適的運動參數(shù)，使燒蝕凹坑相切或部分重疊，經(jīng)過若干次回轉(zhuǎn)后，圓跳動最大處附近金剛石磨粒部分被整顆剝離、部分被微量去除、部分因為結(jié)合劑去除而失去把持力。

砂輪回轉(zhuǎn)時隨砂輪隨著跳動減小，激光照射在砂輪表面光斑逐漸增大，功率密度會逐漸減小，則調(diào)整激光參數(shù)，如平均功率、重復(fù)頻率(脈寬和峰值功率)、離焦量等(功率密度受這些參數(shù)影響)，使得跳動最大處達(dá)到燒蝕功率密度閾值，從而去除金剛石和樹脂結(jié)合劑。

本發(fā)明的技術(shù)原理是，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，通過理論研究和大量試驗選優(yōu)，建立一種復(fù)合修整法，即加工過程中首先避開“硬碰硬”，采用基于微區(qū)熱作用的激光燒蝕精細(xì)加工的方法進(jìn)行預(yù)修整，然后采用具有明確刀尖的機(jī)械法整形。

本發(fā)明的上述激光與機(jī)械復(fù)合修整樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的方法，較已有技術(shù)顯著提高了樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪修整效率、并使砂輪磨削面獲得良好的地形地貌；滿足高效、精密磨削的要求。圖1為樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪修整前觀察的表面形貌，表面磨粒未凸出；圖2為碳化硅滾輪24小時修整后的表面形貌，圓跳動誤差從50μm僅減小到25μm，表面形貌差；圖3為復(fù)合法修整3小時的表面形貌，圓跳動誤差從50μm減小到5μm，表面形貌良好。