[發明專利]一種高切向磨削力與低法向磨削力的磨削方法

有效

• 申請號: 201710007909.3
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106625037B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 田業冰;趙玲玲;范碩;范增華;郭前建
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種高切向磨削力與低法向磨削力的磨削方法，屬于難加工材料高效精密磨削技術領域。為解決磨削難加工材料過程中材料磨除率低、磨削工件表面完整性差、砂輪阻塞、磨削燒傷頻繁等問題，采用“類防彈衣原理”?磨粒在沖擊載荷下產生“集群效應”的新型磨削工具，作用于工件表面微凸峰處，使磨粒產生“集群效應”，使切向磨削力瞬間增大而法向磨削力瞬間減小，同時利用磨具中填充物向磨削液溶解擴散，產生具有氧化性和非中性的工作液環境，形成活性化工件表面和磨料表面，在多能量場的耦合下，以高切向磨削力與低法向磨削力的磨削方式去除工件表面材料。本發明可用于高能束流快速增材制造新型航空航天復合材料的高效精密高表面完整性磨削，也可用于難加工硬脆材料的低/無損傷磨削加工。

技術領域

本發明涉及一種高切向磨削力與低法向磨削力的新型磨削方法，屬于難加工材料高效精密磨削技術領域。

背景技術

磨削技術廣泛的應用于航空航天、機械工業、汽車、船舶、模具工業、半導體制造、光伏產業等行業中，是重要的高效精密加工技術。在德國、日本、美國等發達國家中，磨料、磨具與磨削裝備占據機械制造領域的總生產成本的30%以上。在高精密儀器儀表、機械工具以及汽車模具生產企業中，磨削技術與設備投資成本甚至占到總投資的50%以上，成為最重要的加工手段。

磨削采用表面具有許多細小且極硬磨料的磨具高速去除工件材料。由于磨具較大的負前角和刃口圓弧半徑，在磨削過程中，與其它切削加工相比，產生的總磨削力非常大，總磨削力又可分解為切向磨削力、法向磨削力和軸向磨削力，三向分力中，法向磨削力總是最大，通常情況下，法向磨削力大約是切向磨削力三倍左右。然而，從材料磨削去除機理角度分析，高的法向磨削力和低的切向磨削力是導致材料磨除率低、磨具與工件損壞變形、磨削震動、砂輪阻塞、工件表面完整性差以及磨削燒傷頻繁等問題的主要成因。特別對于硬脆材料或者航空航天新型復合材料的磨削加工，法向磨削力比普通材料高數倍乃至百倍，難以提高磨削效率和磨削質量。在磨削加工過程中，降低法向磨削力以及提高切向磨削力，甚至，能夠實現高切向磨削力與低法向磨削力加工，將是解決高效率高表面完整性磨削的重要突破口。

本發明針對傳統磨削過程中高法向磨削力與低切向磨削力的特性，提出一種“類防彈衣原理”-高切向磨削力與低法向磨削力的磨削方法。利用“類防彈衣”式的特制磨具，使高速運動磨具磨粒與工件表面微凸峰發生接觸、碰撞、擠壓，形成類似高速飛行子彈沖擊防彈衣的作用原理，使受沖擊區域的磨粒瞬時產生“集群效應”，形成反向沖擊載荷的阻抗力，使切向磨削力瞬時增大而法向磨削力瞬時減小，同時利用磨具中填充物向磨削液溶解擴散，產生具有氧化性和非中性的工作液環境，形成活性化工件表面和磨料表面，在多能量場的耦合下，以高切向磨削力與低法向磨削力的磨削方式去除工件表面材料。

發明內容

本發明針對當前磨削難加工材料加工過程中材料去除率低、砂輪易阻塞、磨削工件表面完整性差、磨削燒傷頻繁等問題，提出一種利用“類防彈衣原理”-磨粒在沖擊載荷下產生“集群效應”的特制磨削工具進行高切向磨削力與低法向磨削力的磨削方法，實現難加工材料的高效、精密、高表面完整性磨削加工。

發明的一種高切向磨削力與低法向磨削力磨削方法，所使用的特制磨削工具其磨料層的組織成分由磨料、氣孔、填充物、分散介質、分散相、粘結劑、高性能纖維織物組成；填充物由氧化劑、活化劑、PH調節劑組成。磨料選用金屬氧化物磨料、碳化硅、石榴石或金剛石，粒度為1-200 μm。填充物中的氧化劑和活化劑選用過氧化鈉、次氯酸鈉、高錳酸鉀或者過氧化鈣。PH調節劑選用強酸弱堿鹽或強堿弱酸鹽，如碳酸鈉、碳酸鉀或者碳酸氫鈉。分散介質選用乙二醇（EG）、丙二醇（PG）、丁二醇（BG）、聚乙二醇（PEG）或者礦物油。分散相選用碳酸鈣、二氧化硅、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），粒徑小于1 μm。粘結劑選用陶瓷、金屬、樹脂或者橡膠。高性能纖維織物選用芳綸纖維（Kevlar）、超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）、尼龍（Nylon）、聚對苯撐苯并雙口惡唑纖維（PBO）、聚酰亞胺纖維（PI）或蜘蛛絲纖維。

一種高切向磨削力與低法向磨削力的磨削方法，具體磨削過程如下：