聲光調(diào)QYAG脈沖激光修銳和整形青銅金剛石砂輪

用yag脈沖激光對(duì)青銅結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行修銳試驗(yàn)研究,為改善激光修銳效果,提出輔助交叉吹氣的方法,實(shí)驗(yàn)研究了激光功率密度和離焦量對(duì)結(jié)合劑去除效果的影響.對(duì)修銳后的砂輪表面形貌顯微觀察表明,輔助交叉吹氣方法有助于磨粒的暴露,有明顯的修銳效果.同時(shí),對(duì)修銳砂輪的磨削力測(cè)量結(jié)果表明,修銳后法向磨削力比修銳前下降10%～15%,切向下降5%～7%,比單獨(dú)同軸吹氣下降3%～5%,提高了砂輪的磨削性能.該結(jié)果為金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪的激光修銳應(yīng)用提供了理論與試驗(yàn)依據(jù).

采用光柵光譜儀對(duì)脈沖光纖激光修銳青銅金剛石砂輪過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體空間分辨發(fā)射光譜進(jìn)行了測(cè)量.研究了500—600nm波段范圍內(nèi)的等離子體空間發(fā)射光譜強(qiáng)度隨激光平均功率和脈沖重復(fù)頻率的變化情況.結(jié)果表明:等離子體輻射光譜強(qiáng)度在其徑向膨脹方向上距離砂輪表面約2.4mm處達(dá)到最大值.在局部熱力學(xué)平衡假設(shè)條件下,根據(jù)等離子體中六條銅原子譜線的相對(duì)強(qiáng)度,利用boltzmann圖法,計(jì)算得到在不同激光功率和重復(fù)頻率條件下的等離子體電子溫度沿砂輪徑向方向的分布規(guī)律.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在激光修銳青銅金剛石砂輪過(guò)程中,距離砂輪表面約3mm處等離子體電子溫度出現(xiàn)峰值,其溫度最高可達(dá)4380k,且等離子體電子溫度隨著激光參數(shù)和空間位置的改變呈現(xiàn)出不同的演變規(guī)律.

為了尋求超硬磨料砂輪的修銳新方法,采用脈沖光纖激光徑向輻照,對(duì)青銅結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行了修銳試驗(yàn)研究。理論分析了脈沖激光修銳青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的基本原理;借助超景深3維顯微系統(tǒng)和粗糙度測(cè)試儀,獲得了脈沖光纖激光燒蝕青銅結(jié)合劑輪燒蝕凹坑的表面形貌和深度,總結(jié)了激光平均功率、脈沖重復(fù)頻率和離焦量等參量對(duì)燒蝕效果的影響規(guī)律;根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇最佳工藝參量(pm=20w,f=70khz,δ=0.0mm),開(kāi)展了激光修銳青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的試驗(yàn),并采用超景深3維顯微系統(tǒng)對(duì)修銳后的砂輪表面形貌進(jìn)行觀測(cè)。結(jié)果表明,在合理工藝參量下,脈沖光纖激光徑向輻照修銳青銅結(jié)合劑金剛石砂輪,可獲得良好的修銳效果。

利用自行研制的聲光調(diào)qnd:yag激光器,對(duì)青銅金剛石砂輪進(jìn)行修整試驗(yàn)。用光學(xué)顯微鏡觀察修整后的砂輪表面,得到砂輪形貌隨修整參數(shù)變化關(guān)系。對(duì)激光修整后的砂輪進(jìn)行高速磨削試驗(yàn),得出了砂輪磨削力和試件表面粗糙度隨激光修整參數(shù)變化的關(guān)系。與碳化硅滾輪修整法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果表明,合適的激光參數(shù)修整后,青銅結(jié)合劑金剛石砂輪對(duì)氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯材料的磨削力小于碳化硅滾輪修整。

對(duì)不同激光參數(shù)條件下脈沖光纖激光修銳青銅金剛石砂輪過(guò)程中產(chǎn)生的490~600nm波段范圍內(nèi)的等離子體空間分辨發(fā)射光譜進(jìn)行了研究。在局部熱力學(xué)平衡條件下,根據(jù)測(cè)得的等離子體譜線信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度,利用boltzmann圖法和stark展寬法分別計(jì)算得到等離子體電子溫度和電子數(shù)密度值,并對(duì)激光單脈沖能量、距砂輪表面的探測(cè)距離等因素對(duì)等離子體電子溫度和電子數(shù)密度的影響進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,激光修銳產(chǎn)生的等離子體電子溫度和電子數(shù)密度隨探測(cè)距離的增加近似呈lorentz分布,隨激光單脈沖能量的變化近似呈指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。在此基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步計(jì)算了等離子體逆韌致吸收系數(shù),并總結(jié)其隨探測(cè)距離和激光單脈沖能量的變化規(guī)律。

基于激光與物質(zhì)的相互作用,針對(duì)聲光調(diào)qyag脈沖激光修整青銅金剛石砂輪開(kāi)展研究。建立了單脈沖激光燒蝕青銅和金剛石溫度場(chǎng)的有限元模型,模擬了不同激光功率密度作用下青銅和金剛石的溫度分布。借助溫度場(chǎng)云圖得到了可供修整試驗(yàn)參考的激光參數(shù):適用于修銳的脈沖激光功率密度范圍為1.66×107~7.5×107w/cm2;適用于整形的脈沖激光功率密度范圍為9.95×107~3.52×108w/cm2,并從中選取典型參數(shù)進(jìn)行修整試驗(yàn),獲得了良好的砂輪表面形貌。在仿真和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析了脈沖激光修整青銅金剛石砂輪的機(jī)理。

對(duì)使用青銅基金剛石砂輪片切削光學(xué)玻璃時(shí),出現(xiàn)的截面質(zhì)量逐漸下降甚至最終出現(xiàn)大量邊緣破損的現(xiàn)象進(jìn)行了分析,揭示了青銅基砂輪隨著使用時(shí)間的增加,因無(wú)法"自銳"而"堵塞"、進(jìn)而變得鈍化是此種現(xiàn)象的根本原因。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)試驗(yàn),提出了相應(yīng)的解決方法,并對(duì)這一方法的機(jī)理展開(kāi)研究。

本文系統(tǒng)地探討了青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的電解修整機(jī)理及電解液在修整過(guò)程中的作用。并著重討論電解修整工藝和參數(shù)對(duì)修整效果的影響,及磨粒突出高度對(duì)磨削力和磨削表面質(zhì)量等的影響。

電解修整青銅結(jié)合劑金剛石砂輪工藝

青銅結(jié)合劑人造金剛石砂輪型面成型性好,強(qiáng)度高,有一定韌性。用它精密加工工程陶瓷,具有砂輪導(dǎo)熱性能好、磨削比大、修整方便等優(yōu)點(diǎn)。但由于青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的整形較難,影響磨削力及磨削

近幾年來(lái),隨著高速磨削和超精密磨削技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)金剛石砂輪提出了更高的要求,陶瓷以及樹(shù)脂結(jié)合劑的砂輪已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。而金屬結(jié)合劑砂輪因其具有把持力強(qiáng),結(jié)合強(qiáng)度高、耐磨性好、成型性能好、壽命長(zhǎng)、能承受較大的磨削壓力等特點(diǎn),在工程陶瓷、光學(xué)玻璃、硬質(zhì)合金等難加工材料的磨削加工中得到了廣泛應(yīng)用。本文對(duì)金屬結(jié)合劑金剛石砂輪應(yīng)用特點(diǎn)及修整方法進(jìn)行了研究和探索。

介紹了一種科學(xué)的金剛石砂輪磨削性能實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方法,并對(duì)檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,為金剛石砂輪工藝配方研究者和生產(chǎn)商提供了一種可行的砂輪磨削性能檢測(cè)方法,破解了長(zhǎng)期困擾砂輪配方工藝研究者的———砂輪的耐磨性和鋒利度無(wú)法量化測(cè)定的難題。

金剛石砂輪片制造技術(shù)

上海砂輪廠是我國(guó)生產(chǎn)磨料磨具品種最全的專業(yè)廠,是擁有外貿(mào)經(jīng)營(yíng)權(quán)的國(guó)家重點(diǎn)企業(yè),也是全行業(yè)首家通過(guò)iso—9001質(zhì)量體系認(rèn)證的廠家,她是浦東這塊熱土上的一顆閃耀的明珠。上海砂輪廠生產(chǎn)的普通磨具,加工效率高,安全系數(shù)好,適用于金屬和非金屬材料的磨削、拋光、開(kāi)槽和切割。產(chǎn)品有平形、筒形、杯形等各種形狀,用于平面磨、內(nèi)圓磨、外圓磨等各種磨削。磨具,按磨料、粒度、硬度、結(jié)

金剛石砂輪在工作時(shí),第一需求是鋒利,在此基礎(chǔ)上才有工作壽命等進(jìn)一步需求。而影響砂輪鋒利度的原因非常復(fù)雜,包括了金剛石的品質(zhì),類型,濃度,配方設(shè)計(jì)等等,此外,與酚醛樹(shù)脂的選型,固化工藝等也有很大的關(guān)系。我們通過(guò)對(duì)酚醛樹(shù)脂固化機(jī)理的深入研究,提出了如何提高砂輪鋒利度的改善方案,特別指出了固化工藝的重要性,并推薦了新型的填料。

針對(duì)金剛石砂輪修銳后磨粒微觀出刃形貌很難評(píng)價(jià)的問(wèn)題,建立了有效磨粒出刃高度、磨粒出刃角和磨粒出刃同形度的特征參數(shù)模式.采用碳化硅修整砂輪對(duì)金剛石砂輪結(jié)塊進(jìn)行修銳,檢測(cè)砂輪工作表面的磨粒出刃高度和出刃形貌,分析磨料粒度和修銳條件對(duì)有效磨粒出刃高度、平均磨粒出刃角、磨粒出刃同形度的影響.結(jié)果表明,有效磨粒出刃高度可以反映砂輪工作表面的磨粒出刃性和等高性;#40、#80和#120砂輪的磨粒出刃角為鈍角,其平均值分別為131°、111°和111°左右;磨粒出刃同形度較長(zhǎng)寬比更能體現(xiàn)出磨粒出刃的完整性.此外,采用低進(jìn)給深度和高工件進(jìn)給速度的修銳條件可以提高有效磨粒出刃高度;較大的修銳進(jìn)給深度和較粗的砂輪粒度都會(huì)使磨粒出刃角增大;進(jìn)給深度越小,磨粒出刃完整性越好.因此,有效磨粒出刃高度、磨粒出刃角和磨粒出刃同形度可以作為金剛石砂輪修銳后微觀出刃形貌的評(píng)價(jià)參數(shù).

金剛石砂輪是磨削加工技術(shù)中使用最為廣泛的加工工具，按結(jié)合劑的不同金剛石砂輪一般可以分為樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石砂輪、陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪和金屬結(jié)合劑金剛石砂輪。本文旨在對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石砂輪、陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪以及金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的研究工作做一簡(jiǎn)單的綜述，為今后通過(guò)改進(jìn)工藝，將陶瓷結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑及樹(shù)脂結(jié)合劑的優(yōu)點(diǎn)加以綜合，開(kāi)發(fā)新型的金剛石砂輪奠定基礎(chǔ)。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石砂輪表面形貌的非接觸精密測(cè)量,開(kāi)發(fā)了基于干涉原理的金剛石砂輪表面形貌專用測(cè)量系統(tǒng),研究了該系統(tǒng)的測(cè)量原理和關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)垂直掃描白光干涉顯微測(cè)量原理以及被測(cè)對(duì)象的特征,提出了適用于砂輪測(cè)量的方法,研究了系統(tǒng)的自動(dòng)掃描范圍、垂直方向的掃描方法、單次測(cè)量三維表面的恢復(fù)算法和磨粒的識(shí)別算法。結(jié)合自行設(shè)計(jì)的夾具搭建了砂輪測(cè)量系統(tǒng),并對(duì)多次測(cè)量拼接算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:基于區(qū)域重合大小(重合度為30%~50%)的拼接算法獲得的拼接前后重合區(qū)域的相關(guān)系數(shù)均大于0.8,拼接后重合區(qū)域的高度差均小于0.4μm。得到的結(jié)果顯示所搭建的系統(tǒng)可以恢復(fù)砂輪的形貌,其測(cè)量范圍和精度滿足砂輪磨粒評(píng)定和分析的要求。

金屬結(jié)合劑金剛石砂輪由于其結(jié)合劑的高把持強(qiáng)度,導(dǎo)致砂輪整形極其困難。微細(xì)粒度金屬結(jié)合劑砂輪一般可通過(guò)機(jī)械、電火花、電化學(xué)或激光等某單一整形方式進(jìn)行整形,但對(duì)于粗粒度砂輪來(lái)說(shuō),由于磨粒尺寸較大,采用上述任一種整形方式都存在一定問(wèn)題。本文針對(duì)粗粒度砂輪多用于高效磨削這一特點(diǎn)提出了一種復(fù)合式整形方法:電火花-機(jī)械復(fù)合整形法,并闡述了該方法的整形機(jī)理;此外,還對(duì)整形精度起著重要作用的參數(shù)———放電間隙與電規(guī)準(zhǔn)之間的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)研究,并通過(guò)100/120#青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的整形試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明,采用電火花-機(jī)械復(fù)合整形方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)粗粒度金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪的高效整形,整形精度可達(dá)6μm以下。

設(shè)計(jì)制備了一定規(guī)格的青銅胎塊試樣,在不同工藝條件下進(jìn)行壓制燒結(jié)。利用x射線衍射分析技術(shù)、背散射電子圖像技術(shù)、x射線能譜分析技術(shù)對(duì)試樣的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)試和分析;結(jié)合分析結(jié)果,對(duì)金相圖譜中具有各種形貌特征的組織進(jìn)行了確認(rèn)和顯微硬度測(cè)試,并對(duì)胎塊的燒結(jié)機(jī)理進(jìn)行了分析。

針對(duì)深凹非球曲面器件及半球諧振子超精密磨削中使用的小直徑金屬基球頭金剛石砂輪,提出一種基于電火花修整原理的精密修整方法。從理論上分析機(jī)械誤差及修整參數(shù)對(duì)砂輪修整后面形精度的影響,基于理論分析結(jié)果研制金剛石球頭砂輪電火花修整裝置。通過(guò)正交試驗(yàn)研究修整參數(shù)對(duì)砂輪面形精度的影響規(guī)律,得到最優(yōu)電火花修整參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明,修整后的砂輪面形精度優(yōu)于0.8μm,磨粒突出效果良好,可以滿足半球諧振子及其他光學(xué)零件超精密磨削中砂輪修整需要。

單層釬焊金剛石砂輪在制作完成之初由于砂輪基體加工存在誤差以及磨粒粒徑大小不一等原因造成磨粒等高性不一致,這使其難以在硬脆材料的精密磨削中得到廣泛的應(yīng)用。采用自制的釬焊碟輪對(duì)80/100#單層釬焊金剛石砂輪進(jìn)行了修整試驗(yàn)研究。在修整試驗(yàn)前后跟蹤了砂輪磨粒等高性的變化,進(jìn)行了sic陶瓷的磨削試驗(yàn),并觀測(cè)了工件表面質(zhì)量的變化情況。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用此方法能夠?qū)崿F(xiàn)單層釬焊金剛石砂輪的高效精密修整。修整試驗(yàn)結(jié)束后砂輪磨粒等高性較好,磨削sic陶瓷的表面質(zhì)量得到明顯改善,表面粗糙度ra值達(dá)到了0.1μm以下。