[發(fā)明專利]一種凹曲面超硬磨料砂輪激光修整設(shè)備及方法

有效

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• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN103802039A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳根余;周興才;周聰;鄧輝;張玲;張勇;王大偉;陳俊;杜晗;蔡頌
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: B24D3/28
• 分類號: B24D3/28;B24D18/00
• 代理公司: 北京康盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11331
• 代理人: 張良

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光修整砂輪的方法，尤其涉及一種凹曲面超硬磨料砂輪激光修整設(shè)備和方法。

背景發(fā)明

曲面實(shí)體零件精密加工主要依賴于曲面砂輪的磨削，普通磨料砂輪雖然修整性好，但形狀保持性差。超硬磨料砂輪是指立方氮化硼和金剛石砂輪，它具有極高的硬度，抗磨損能力強(qiáng)。凹曲面超硬磨料砂輪是一種有著復(fù)雜輪廓的超硬磨料砂輪，形狀保持性好，但由于它具有極高的硬度致使修整非常困難，此外由于燒結(jié)過程收縮，燒結(jié)成品誤差很大（1-2mm），砂輪磨損后形狀誤差也很大，因此修整過程中需要去除的材料很多，迫切需要提高其修整效率。在數(shù)控成型磨床加工中，工件的成型直接依賴于砂輪的形狀，當(dāng)砂輪磨損后，應(yīng)及時(shí)對其形狀進(jìn)行修整，否則將造成加工的誤差。凹曲面磨削性能在很大程度上取決于砂輪的表面特性,它的形狀精度及其尺寸精度直接影響工件的加工質(zhì)量，因此相比普通磨料砂輪，凹曲面超硬磨料砂輪形狀精度要求更高，且由于凹曲面砂輪往往具有復(fù)雜形狀，傳統(tǒng)機(jī)械修整工具容易造成干涉，因而修整困難。

傳統(tǒng)機(jī)械修整法（如車削法、擠壓法、滾壓法）都是基于力的“硬碰硬”的作用，因此都存在致命缺陷，即效率極其低下，修整工具損耗嚴(yán)重，磨粒表面易造成機(jī)械損傷，同時(shí)修整工具的形狀誤差容易復(fù)映到被修整凹曲面砂輪的工作表面上去，且不同的曲面的砂輪需要不同的修整工具，修整成本高。雖然一些國內(nèi)外學(xué)者改進(jìn)的凹曲面砂輪的修整方法如：電火花修整法、電解修整法（ELID）等克服了傳統(tǒng)修整法在某些方面的不足，但不能直接去除超硬磨粒，或多或少仍然存在效率低、適應(yīng)性窄、修整工具損耗大、對環(huán)境不友好及難以實(shí)現(xiàn)控制自動化等缺點(diǎn)，這限制了它們的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。因此傳統(tǒng)的完全基于力的機(jī)械修整方法很難適應(yīng)凹曲面超硬磨料砂輪修整。而目前其他的較成熟的電解修銳法修整凹曲面超硬磨料砂輪僅能進(jìn)行修銳，不能進(jìn)行整形，對微粉級以上砂輪的修整很難適用，更無法滿足凹曲面超硬磨料砂輪的整形要求。

激光修整技術(shù)作為一種非接觸式的、基于脈沖激光燒蝕熱力學(xué)效應(yīng)的超硬磨料砂輪修整技術(shù)，避開了機(jī)械力的直接作用和硬接觸，具有效率和精度高、適用性廣、不用更換工具、成本低、對環(huán)境友好以及易于實(shí)現(xiàn)自動化等與其它修整方法包括機(jī)械法和特種加工法不可比擬的優(yōu)勢，是一種極具發(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用前景的先進(jìn)修整技術(shù)。

目前，激光修整技術(shù)能夠應(yīng)用于一些普通平行砂輪，但是對于有一定曲率的砂輪來說，相比普通平行砂輪的激光修整，凹曲面砂輪修整激光燒蝕頭需要偏移一定角度并且有一定范圍的深度變化，因此凹曲面超硬磨料砂輪激光修整目前還無人涉及。

砂輪修整通常分為整形和修銳兩個(gè)過程。整形是對砂輪表面進(jìn)行微粒去除,使砂輪達(dá)到一定精度要求的幾何形狀；修銳是去除磨粒間的結(jié)合劑,使磨粒間有一定的容屑空間,并使磨粒凸出結(jié)合劑之外,形成切削刃。

下面主要介紹凹曲面砂輪的傳統(tǒng)修整方法。

傳統(tǒng)的機(jī)械法修整凹曲面砂輪包括：車削修整法、擠壓修整法、金剛石滾輪法、電加工修整法等。這些方法大多是基于修整工具對結(jié)合劑和磨粒的擠壓、剪切等力的作用來達(dá)到整形的目的。

如圖1所示，車削修整法﹕凹曲面砂輪1的車削修整工具主要使用金剛石筆2。金剛石筆2采用粉末冶金熱壓工藝，基體合金耐磨性好，強(qiáng)度高，金剛石被合金胎體牢固嵌鑲，不易脫落，金剛石顆粒按一定要求排列在合金基體中，使用方便不需要韌磨與翻修，保證加工零件的精度和表面光潔度，降低產(chǎn)品成本。以金剛石筆作為刀具車削砂輪是應(yīng)用最普遍的修整方法。安裝在工作臺3的刀架上的金剛石筆2通常在垂直和水平兩個(gè)方向各傾斜約5°～15°﹔金剛石筆2與凹曲面砂輪1的接觸點(diǎn)應(yīng)低于砂輪軸線0.5～2毫米﹐修整時(shí)金剛石筆2作均勻的低速進(jìn)給移動。要求磨削后的表面粗糙度越小﹐則進(jìn)給速度應(yīng)越低﹐如要達(dá)到Ra0.16～0.04微米的表面粗糙度﹐修整進(jìn)給速度應(yīng)低于50毫米/分。修整總量一般為單面0.1毫米左右﹐往復(fù)修整多次。粗修的切深每次為0.01～0.03毫米﹐精修則小于0.01毫米。車削修整法精度和效率都比較高，但修整后的砂輪表面平滑，切削能力低。