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雾状介质中放电修整金刚石砂轮技术及机理研究 摘要 针对基于光学投影或图像在线检测的精密曲线磨床一般不使用工作液的特殊要 求，本文提出了以雾状介质作为工作介质的放电修整金刚石砂轮技术。雾中放电修 整金刚石砂轮技术是一种新型的特种加工修整超硬磨料砂轮技术。该修整技术减少 了对液体介质的依赖，符合绿色制造的潮流，容易实现自动化，可应用于精密磨床 的在线修整，具有广阔的应用前景。本文采用放电蚀除砂轮材料机理研究、有限元 数值模拟和实验研究相结合的方法，对放电选择性去除砂轮材料基本原理、放电修 整砂轮表面瞬态温度场、砂轮表面形貌控制技术等进行了系统的研究，为开发低成 本、高效率、适应性广、工业化应用程度高的超硬磨料砂轮电3 n q - 修整技术打下理 论基础。 对雾气中电火花放电蚀除材料机理进行了全面的研究。以气体介质电导和击穿 机理为基础，详细分析了雾状介质的电导与击穿机理。雾状工作介质是连续状气体 和微细工作液滴混合物，由于电场畸变，雾状介质中电火花放电的击穿电压降低为 纯气体击穿电压的1 3 左右。从雾状介质的击穿和放电通道形成、能量转换分布和传 递、电蚀产物的抛出与极间介质消电离几个方面阐述砂轮表面材料的抛出机理，建 立了单脉冲火花放电材料融熔抛出的物理模型。该模型把雾状介质中单个脉冲放电 蚀除材料的过程分为三个阶段：电离准备阶段、放电热蚀阶段和消电离抛出阶段。 针对传统电火花放电修整非导电和弱导电超硬磨料砂轮的局限性，提出通过辅 助放电材料实现雾中放电修整非导电金刚石砂轮的技术方案。建立了放电去除砂轮 表面金属结合剂和树脂结合剂以使金刚石磨粒突出的物理模型。详细分析了金刚石 磨粒与结合剂两种材料热电物理性能差异，从材料学、传热学和电火花加工学三个 方面，阐述了放电修整金刚石砂轮的选择性蚀除砂轮组成材料以实现砂轮整形或修 锐的基本原理。并通过运动放电点热源作用于砂轮表面的温度分布解析计算，从理 论上验证了放电修锐金刚石砂轮选择性去除结合剂的可行性。 采用参数化编程建立了放电修整青铜结合剂金刚石砂轮三维瞬态温度场模型并 对其进行了较为全面的数值模拟研究，得到了得到了青铜结合剂熔融和金剐石磨粒 修整过程温度场的分布和变化规律。模拟结果表明，青铜结合剂熔融层和金刚石磨 粒不同层面的最高温度均随着峰值电流的升高而升高；脉冲宽度对青铜结合剂和金 刚石磨粒最高温度的影响不明显；青铜结合剂熔池的半径和深度随着峰值电流和脉 冲宽度的升高而加大：青铜结合剂熔融层最高温度及达到蚀除温度的结合剂深度随 着砂轮移动速度的增加而减小。利用所建立的金刚石砂轮温度场的计算机仿真系统 可以对砂轮修整过程进行工艺参数调整及优化，为后续青铜结合剂和树脂结合剂金 刚石砂轮的修整实验奠定了基础，有利于实现高效去除青铜和树脂结合剂且避免过 高温度使金刚石颗粒石墨化丧失磨削工作能力的修锐目标。 在理论分析砂轮材料选择性去除机理和放电修整砂轮温度场数值模拟基础上，在 电火花成形机床上对青铜基金刚石砂轮和树脂结合剂砂轮进行了一系列不同工艺参 数的放电修锐实验。实验研究了放电峰值电流、脉冲宽度、砂轮移动速度、工作介 质、开路电压等工艺参数对砂轮表面形貌及修整效率的影响。利用k e y e n c e - - 维数 字显微镜观察电火花修锐前后金刚石砂轮表面的微观形貌。修锐前后金刚石砂轮表 面的表面峰点高度用v e c c o 公司生产的d e k - t a k 6 m 探针表面轮廓仪来测量。不同工作介 质实验结果表明，雾状乳化液修锐的砂轮表面形貌最佳，空气中修锐的砂轮表面金 刚石磨粒石墨化现象最严重且修整效率低。在雾状乳化液中放电修锐青铜基金刚石 砂轮实验结果表明，放电峰值电流和砂轮运动速度是影响砂轮表面形貌及金刚石磨 粒性能的主要因素，放电脉冲宽度对砂轮表面金刚石磨粒形状特征的影响作用不明 显，峰值电流和脉冲宽度影响是修整效率的主要因素，开路电压对砂轮表面形貌和 修整效率均没有影响。 放电修锐树脂结合剂砂轮实验结果表明：本文提出的树脂结合剂砂轮表面涂覆 一层辅助放电材料后再进行表面放电修整的技术方案是可行的；放电修锐工艺参数 对树脂结合剂砂轮表面轮廓形貌和修整效率的影响规律与对放电修锐青铜结合剂的 影响规律基本一致：但由于树脂结合剂的碳化分解温度远远低于青铜结合剂的熔点， 因此适合修整的放电峰值电流i 。为1 - - 3 a 。通过对比不同修锐工艺参数修锐后青铜金 刚石砂轮的磨削力可知，砂轮磨削能力主要取决于磨粒裸露高度、工作磨粒数量及 是金刚石磨粒形状的完整性。本实验中所用金刚石砂轮磨粒的合理裸露高度为：3 5 l im 5 0um 。 关键词：雾状介质，放电修整，金刚石砂轮，瞬态温度场，修锐质量，修整效率 r e s e a r c ho nt e c h n o l o g ya n di t sm e c h a n i s m o fm i s t j e t t i n ge l e c t r i c a ld i c h a r g ed r e s s i n g d i a m o n dw h e e l s a b s t r a c t an o v e lt r u i n ga n dd r e s s i n gm e t h o do ns u p e r a b r a s i v eg r i n d i n gw h e e l ，n a m e l y m i s t - j e t t i n ge l e c t r i c a ld i s c h a r g et r u i n ga n dd r e s s i n g ( m e d d ) ，h a sb e e np r o p o s e di nt h i s p a p e r m e d dp r o c e s se l i m i n a t e sv a s td i e l e c t r i cl i q u i da n dp r o d u c e sl e s sc o r r o s i o na n d p o l l u t i o nt of u n c t i o nu n i t si nc o n t r a s tw i t hc o n v e n t i o n a le d d i ti sag r e e nm a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g ya n dh a sa ne x t e n s i v ea p p l i c a t i o np r o s p e c t so nt r u i n g d r e s s i n gs y s t e mo n l i n eo f p r e c i s i o ng r i n d i n gm a c h i n e i nt h i sp a p e r ，t h em e c h a n i s mo ft h es e l e c t i v er e m o v a lo ft h e b o n d ，t h et r a n s i e n tt e m p e r a t u r ef i e l d sa sw e l la sw h e e ls u r f a c ep r o f i l e sa n dt o p o g r a p h y c o n t r o lt e c h n o l o g i e so fm e d dp r o c e s sh a v eb e e n s y s t e m a t i c a l l y s t u d i e dc o m b i n i n g m e t h o d so ft h e o r e t i c a la n a l y s i s ，f e mn u m e r i c a ls i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a ls t u d y i tw il l h a v ea l li m p o r t a n tt h e o r e t i c a lv a l u ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c en o to n l yf o rt h ec o s t r e d u c i n ga n di n c r e a s i n ge f f i c i e n c yb u ta l s of o rp r o m o t i n gt h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n o fm e d dt e c h n o l o g yo np r e p a r a t i o no fs u p e r a b r a s i v eg r i n d i n gw h e e l s 。 t h ea u t h o rp r o p o s e dac o m p l e t es t u d yo nt h em a t e r i a lr e m o v a lm e c h a n i s mo fe d m w i t hm i s t e dd i e l e c t r i c t h ec o n d u c t a n c ea n dd i s r u p t i o no fm i s t e dd i e l e c t r i ca r ea n a l y z e d s y s t e m a t i c a l l y0 nt h eb a s i so fg a sm e d i u m e l e c t r i cf i e l dd i s t o r t i o ni sc a u s e dw i t h i nm i s t e d d i e l e c t r i cf o rt h er e a s o nt h a tm i s t e dd i e l e c t r i ci sc o m p o s e do fc o n t i n u o u sg a sa n dt i n y l i q u i dd r o p s c o n s e q u e n t l y ，t h ed i s r u p t i o nv o l t a g ei sa b o u taf a c t o ro ft h r e et h a nt h a tf o r g a sm e d i u m t h em a t e r i a lr e m o v a lm e c h a n i s mo fe m d dp r o c e s s i sa n a l y z e do nf o u r a s p e c t s ，w h i c ha r et h ed i s r u p t i o no fm i s t e dd i e l e c t r i ca n df o r m a t i o no fd i s c h a r g ec h a n n e l ， t h ec o n v e r s i o no fd i s c h a r g ee n e r g y ，t h em a t e r i a ls s h o o to f fa n dd e i o n i z a t i o np r o c e s sa n da m o d e lo fs i n g l ep u l s ed i s c h a r g ei se s t a b li s h e d t h em o d e ls h o w st h a tt h ep r o c e s so f m a t e r i a lr e m o v a lf o ras i n g l ep u l s ed i s c h a r g ei n c l u d e st h r e es t a g e s ，i o n i z i n g ，e l e c t r i c a l d i s c h a r g e ，a n dd e - i o n i z i n g c o n v e n t i o n a le d d t e c h n o l o g ys h o w si m p o r t a n tl i m i t a t i o n st h a ti ti so n l ya p p l i c a b l e t om e t a l - b o n d e dw h e e l s t h i sp a p e rp r o p o s e dn o v e lm e d dt e c h n o l o g yw h i c hc o u l d l l i t r u i n g d r e s s i n g n o n - e l e c t r i c a l s u p e r a b r a s i v eg r i n d i n g w h e e l ss u c ha sr e s i n b o n d e d d i a m o n dw h e e la n dv i t r i f i e dc b nw h e e lb ym e a n so fc o v e r i n ge l e c t r i c a lm a t e r i a lo nt h e s u r f a c eo fw h e e l t h ep r i n c i p l eo fr e m o v i n gm e t a l - b o n da n dr e s i nb o n dd u r i n gm e d d p r o c e s si si l l u s t r a t e d t h et h e r m a la n de l e c t r i c a lp h y s i c a lp r o p e r t i e sd i f f e r e n c e sb e t w e e n b o n d sa n dd i a m o n da b r a s i v e sa r ea n a l y z e d a tt h es a m et i m e ，t h em e c h a n i s mo fs e l e c t i v e r e m o v a lo ft h eb o n da n dr e v e a l i n gd i a m o n dg r a i n si sc o m p l e t e l yc l a r i f i e do nt h r e ea s p e c t s ， w h i c ha r em a t e r i a ls c i e n c e ，c o n d u c t i o no fh e a ta n de l e c t r i c a ld i s c h a r g em a c h i n i n gt h e o r y t h ec a l c u l a t t i o nr e s u l t so ft e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o ni n d i c a t et h a tm e d dt e c h n o l o g yi s f e a s i b l ef o rm e t a l b o n d e da n dr e s i n b o n ds u p e r a b r a s i v eg r i n d i n gw h e e l t h r e e d i m e n s i o n a lf i n i t ee l e m e n tm o d e lo ft r a n s i e n tt e m p e r a t u r ef i e l d si nm e d d p r o c e s sh a sb e e nb u i l tu pa n dr e l a t i v e l yc o m p r e h e n s i v en u m e r i c a ls i m u l a t i o nh a sb e e n c a r r i e do u tw i t hp a r a m e t r i cp r o g r a m m i n gm e t h o d s t h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o na n d v a r i a t i o nr u l e so fb r o n z e - b o n da n dd i a m o n dg r a i nh a v eb e e no b t a i n e d s i m u l a t i o nr e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h em a x i m a lt e m p e r a t u r eo fb r o n z e b o n da n dd i a m o n dg r a i n sa td i f f e r e n t l a y e r si n c r e a s ew i t hd i s c h a r g ec u r r e n t i ta l s or e v e a l st h a tt h ed e p t ha n dw i d t ho f b r o n z e - b o n dc r a t e ri n c r e a s ew i t ht h ed i s c h a r g ec u r r e n ta n dp u l s ed u r a t i o n h o w e v e r , t h e m a x i m a lt e m p e r a t u r eo fb r o n z e b o n da n dd i a m o n dg r a i n sd o e sn o ti n c r e a s et o om u c hw i t h t h eg r o w t ho fp u l s ed u r a t i o n a tt h es a m et i m e ，t h em a x i m a lt e m p e r a t u r eo fb r o n z e b o n d a n dt h ed e p t ho f m o l t e nb r o n z e b o n dg od o w na st h es p e e do fg r i n d i n gw h e e li n c r e a s e s t h es i m u l a t i o nm o d e li sb e n e f i tt oq u a l i t yf o r e c a s t ，p a r a m e t e rr e g u l a t i o na n do p t i m i z a t i o n i nt h ep r o c e s so ft r u i n ga n dd r e s s i n gb r o n z e b o n dd i a m o n dg r i n d i n gw h e e l i ta l s oh e l p st o a v o i dt h a th i g ht e m p e r a t u r em a k ed i a m o n dg r a i ng r a p h i t i z a t i o no rt h et e m p e r a t u r ei sn o t h i g he n o u g ht or e m o v et h em e t a lb o n dw e l l t h es i m u l a t i o nm o d e lc a nk e e pf r o mt h e b l i n d n e s st ot r u ea n dd r e s sd i a m o n dw h e e ld i r e c t l y as e r i e so fd r e s s i n ge x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u to i lat r o o p 4 3 4d i e s i n k i n g e l e c t r i c a ld i s c h a r g em a c h i n ea c c o r d i n gt ob o n ds e l e c t i v er e m o v a lm e c h a n i s ma n d t e m p e r a t u r ef i e l d sn u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s t h ei n f l u e n c eo fp r o c e s sp a r a m e t e r s i n c l u d i n gd i s c h a r g ec u r r e n t ，p u l s ed u r a t i o n ，s p e e do fw h e e l ，d i s c h a r g ev o l t a g e a n d d i f f e r e n td i e l e c t r i cf l u i do nd r e s s i n gq u a l i t ya n de f f i c i e n c yw a ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e dw i t h e x p e r i m e n t s t h e c o n d i t i o no ft h ew h e e lb e f o r ea n da f t e rm e d dw a sa n a l y z e db y s t u d y i n gt h ew h e e ls u r f a c et o p o g r a p h y w h e e ls u r f a c et o p o g r a p h i e sb e f o r ea n da f t e r d r e s s i n gw e r eo b s e r v e db yo p t i c a lm i c r o s c o p e ( m o d e l ：k e y e n c ev h 一8 0 0 0d i g i t a lh d ) ； ad e k t a k6 m p r o f i l o m e t e rh a sb e e nu s e di nt h i sw o r kt oq u a n t i f yt h eg r i tp r o t r u s i o nb e f o r e i v a n da f t e rd r e s s i n g d i f f e r e n td i e l e c t r i ce x p e r i m e n t sr e s u l t ss h o w e dt h a tw h e e ls u r f a c e t o p o g r a p h yw i t he m u l s i o nm i s ti st h eb e s t ，a n dt h a tt h ed r e s s i n gq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo f e x p e r i m e n t sw i t hg a sw e r et h ew o r s t d r e s s i n gb r o n z e b o n dd i a m o n dw h e e le x p e r i m e n t s r e s u l t si n d i c a t e dt h a td i s c h a r g ec u r r e n ta n ds p e e do fg r i n d i n gw h e e lh a dd i r e c ti n f l u e n c e o nt h ew h e e ls u r f a c et o p o g r a p h ya n dt h ep e r f o r m a n c eo fd i a m o n d g r a i n s a sw e l la s ，p u l s e d u r a t i o nh a dl e s si n f l u e n c eo nt h ew h e e ls u r f a c et o p o g r a p h y t h ee x p e r i m e n t sr e s u l t sa l s o r e v e a l e dt h a td i s c h a r g ec u r r e n ta n dp u l s ed u r a t i o nw e r ec h i e fp a r a m e t e r sw h i c hc a na f f e c t d r e s s i n ge f f i c i e n c y ，a n dt h a td i s c h a r g ev o l t a g eh a dn oi n f l u e n c eo nd r e s s i n gq u a l i t ya n d e f f i c i e n c y d r e s s i n gr e s i n - b o n dd i a m o n dw h e e le x p e r i m e n t sr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e e m d dm e t h o dp r o p o s e di nt h i sp a p e rh a sb e e na p p l i c a b l et on o n - e l e c t r i c a lb o n dw h e e l s s i m u l t a n e i t y ，d r e s s i n gp r o c e s sp a r a m e t e r sh a v et h es a m ei n f l u e n c eo nd r e s s i n gq u a l i t ya n d e f f i c i e n c y a s d r e s s i n g b r o n z e - b o n dd i a m o n dw h e e l e x p e r i m e n t s h o w e v e r ，t h e a p p r o p r i a t i v ed i s c h a r g ec u r r e n ti nd r e s s i n gr e s i n - b o n dd i a m o n dw h e e lp r o c e s sw a sm u c h l e s st h a no n ei nd r e s s i n gb r o n z e - b o n dd i a m o n dw h e e lf o rt h er e a s o nt h a tt h ed e c o m p o s i n g p o i n to fr e s i n - b o n di s2 0 0 - 4 0 0 。ci sl e s st h a nm e l t i n gp o i n to fb r o n z e b o n d t h er e s u l t so f g r i n d i n gf o r c e sm e a s u r e m e n ts h o w e dt h a t t h ep e r f o r m a n c eo fw h e e ld e p e n d e do nt h e p r o t r u s i o nh e i g h to fd i a m o n dg r a i na n dt h en u m b e ro fc u t t i n gg r a i n so nt h ew h e e ls u r f a c e t h ea p p r o p r i a t ep r o t r u s i o nh e i g h to fd i a m o n dw h e e lu s e di ne x p e r i m e n t sw a s3 5um 5 0 um k e yw o r d s ：m i s t e dd i e l e c t r i c ，e l e c t r i c a ld i s c h a r g ed r e s s i n g ，d i a m o n dg r i n d i n gw h e e l ， t r a n s i e n tt e m p e r a t u r ef i e l d ，d r e s s i n gq u a l i t y , d r e s s i n g t r u i n ge f f i c i e n c y n 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：祭兰蓉 燧圳们( 饩 日期：训学年，口月彩日he f t ：碲旧月z 阳 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：系兰畚 日期：俐年i 7 月“日 上海交通大学博士学位论文雾状介质中放电修整金刚石砂轮技术及机理研究 1 1 引言 第一章绪论 磨削加工是精密和超精加工最基本的和首选的加工方法。随着工业发展的需要 以及材料科学的不断突破和创新，许多新材料特别是难加工材料( 如硬质合金、工 程陶瓷、光学玻璃、光学晶体、单晶硅、高温合金和钛合金等) 以其高硬度、高弹 性、高强度、耐磨损、耐腐蚀、润滑性好以及重量轻等优良性能在机械电子、计算 机、航空航天、木材加工等领域上得到了广泛的应用。对这些难加工材料尽管存在 多种加工方法，如：激光加工、电子束加工、离子束加工、超声波加工等；但最实用 的加工方法仍是用超硬磨料砂轮( c b n 和金刚石砂轮) 进行粗磨、精磨、以及研磨 和抛光【1 卅。 磨削过程中，砂轮工作表面的磨粒会逐渐磨钝，砂轮磨钝后磨削力增大，磨削 温度上升，发生颤振与烧伤，使被加工零件的表面完整性受到极大影响。同时，砂 轮的磨钝也会使砂轮工作表面失去正确的几何形状，使加工精度降低。因此，为了 使砂轮在使用中能保持正确的形状和锐利性，就需要定期对砂轮进行修整。修整实 质上就是对砂轮进行整形和修锐【5 j 。 由于金刚石硬度极高，研磨能力强，所以金刚石砂轮具有磨削力和磨削热小， 磨削效率高，加工质量好，加工精度高，寿命长等特点，在硬脆有色金属、工程陶 瓷、硬质合金等高硬度、高脆性材料的磨削加工中得到了广泛应用。尤其是金属基 金刚石砂轮具有结合强度高、耐磨性好、寿命长、能承受大负荷磨削的特点，所以 在高性能硬脆材料的成形磨削和精密、超精密磨削中应用更广泛。但是金属基金刚 石砂轮的自锐性差、容易堵塞、在磨削加工中易产生由砂轮偏心引起的激振力，因 而影响磨削过程的稳定性和磨削表面质量，从而限制了其在高性能硬脆材料的精密 加工中的正常使用，为此，必须进行经常修锐。但由于金刚石磨粒是迄今为止世界 上已知的最硬材料，修整金刚石砂轮存在时间长、难度大、效率低等特点。因此， 金刚石砂轮的高效、高质量修整技术成为实现硬脆材料精密和超精密磨削、高速高 效磨削、成形磨削、磨削自动化的关键技术【6 j 。 1 2 金刚石砂轮修整技术的研究现状 当前对金刚石砂轮修整技术和修整方法的研究主要分为两大方面：一方面是金 二海交通大学博七学位论文 第一章绪沦 刚石工具修整法、普通砂轮磨削法、游离磨料研磨法、软弹性修整法等机械修整方 法：另一方面是将特种加工方法引入修整金刚石砂轮技术，开发了弹性超声修整、 电火花修整、在线电解修整、双电极接触放电修整、超声振动修整、磁粉研蚀修整 和激光修整等方法【7 8 】。现对这些方法及其成果进行简要介绍，然后对这些探索进行 总结。 1 2 1 金刚石工具修整法 这种方法的基本原理是；修整时金刚石砂轮一般是安装在磨床主轴上进行，也 可以把金刚石砂轮当作工件，在外圆磨床上用普通砂轮进行修整。砂轮修整包括修 形与修锐两个工序。现行修整方法中，有的修形和修锐必须分开进行，有的在修形 的同时也完成修锐。金刚石工具修整法所使用的各种金刚石工具有单颗金刚石工具、 多颗粒金刚石工具和金刚石笔。在修整树脂或陶瓷结合剂的金刚石砂轮时，虽然修 整效果并不理想，但能达到一定的修形和修锐要求。而对于金属结合剂的金刚石砂 轮，修形后必须再进行修锐才能用于磨削。利用金刚石旋转工具修整时，必须在使 用大流量冷却液情况下进行【9 - 1 0 。 1 2 2 普通砂轮修整法 这种方法通常用于砂轮修形后的修刃工序，利用碳化硅( t l ) 砂轮块或用氧化 铝( g b ) 砂轮块、油石靠在金刚石砂轮上进行磨削，来实现对砂轮的修整。这种方 法的修整原理是被金刚石砂轮磨削下来的普通砂轮磨粒，在金刚石砂轮表面上产生 研磨作用，逐渐将结合剂材料去除，使新的金刚石磨粒露出，达到修形和修刃效果。 适当调节修整条件如普通砂轮的粒度、转速和进给量等，可以控制金刚石磨粒的露 出高度和脱落数量。磨粒的粒度越大，修形效率愈高，金刚石颗粒脱落的数量也愈 多。相反，磨粒的粒度越小，修形效率愈低，金刚石颗粒脱落的数量减少。普通砂 轮修整法较适合于起微粒金刚石砂轮的修整，其修形精度不高而影响金刚石砂轮的 磨削精度和粗糙度“川。 北京理工大学的李亚非 1 3 - 1 4 等研究人员对g c 杯形砂轮修整树脂结合剂碟形金刚 石砂轮( 见图卜1 ) 进行了实验研究，实践了一种新的端面修整方式。实验从磨削几何 学的角度研究了杯形砂轮端面修整金刚石砂轮端面的影响，分析了端面磨削时接触 弧长的特点：对不同主轴转速、砂轮参数、进给速度几方面做了对比试验，结果表明： g c 杯形砂轮对超硬磨料砂轮有良好的修整作用，并以脱落的g c 磨粒对结合剂桥的冲 击与研磨为主要方式。赵文祥1 1 5 j 等研究人员对d 杯形砂轮对磨修整大直径树脂结合 上海交通大学博t 学位论文雾状介质中放电修整金刚石砂轮技术及机理研究 剂碟形金刚石砂轮进行了实验研究。在分析研究杯形砂轮修整碟形砂轮的修整原理 及修整方式的基础上，用自行研制的专用修整装置，从主轴转速、修整深度、修整 工具结合剂类型等方面进行了对比工艺试验研究，总结了杯形砂轮修整碟形砂轮的 不同工艺参数与修整效率、修整质量之间的工艺规律。试验结果表明，在本试验条 件下主轴转速5 0 0 r m i n ，修整深度0 0 2 m m 的修整效率较好：细粒度、中等浓度的青铜 结合剂杯形金刚石砂轮与粗粒度、高浓度的杯形砂轮修整碟形砂轮相比，后者具有 较好的修形效果和修整效率；d 杯形砂轮与g c 杯形砂轮交替配合使用可以大大提高 碟形金刚石砂轮的修形效率和修锐效果。 f 形砂轮 伊 俞 ，。 辑， 诀 。l 广 埘夕 l ，j j| 切潍疗 往复运动 歆 礤形金刚竹砂轮 图1 1 普通砂轮修整法原理图 f i g 1 - 1s c h e m a t i ci l l u s t r a t i o no fg c 伊m d m gw h e e ld r e s s i n g 1 2 3 游离磨料修整法 游离磨粒修锐法( 见图1 - 2 ) 是通过对游离磨粒施加一定压力对结合剂材料进行 去除加工而达到修锐的目的。一种是超硬磨料砂轮浸在油与普通磨料混合的容器内， 修锐盘压在砂轮表面，游离磨粒粘在砂轮表面并在砂轮带动下进入修锐盘与砂轮之 间，游离磨粒在修锐盘压力作用下压入砂轮表面，随着砂轮旋转，游离磨粒挖出砂 轮表面的结合剂材料，使c b n 或金刚石磨粒突出砂轮表面，达到修锐的目的。磨粒 突出高度大于或等于游离磨粒的直径时，修锐盘对游离磨粒的作用力消失，修锐结 束。通过控制游离磨料的粒度和修锐盘的压力从而提高修锐效率和改善砂轮形貌i j 6 i 。 另一种游离磨粒修锐法是利用压力将普通磨料注射到砂轮与修整轮之间，游离 磨粒在砂轮与修整轮之间的微小间隙内滚压，从而去除砂轮表面结合剂材料，使砂 轮磨粒露出结合剂表面，形成锋利磨刃1 1 7 j 。 还有一种是利用压缩气体把普通磨料( 或磨料与流体介质的混合物) 喷向旋转 的超硬磨料砂轮表面，依靠磨料的能量对砂轮表面结合剂材料进行冲蚀，从而达到 修锐的目的【l 引。 = 海交通大学博i j 学位论文第一章绪论 缩按艟器 声波发，i 三 图1 2 游离磨料修整法原理图 f i g 1 一is c h e m a t i ci l l u s t r a t i o no ff r e e - a b r a s i v ed r e s s i n gt e c h n o l o g y 1 2 4 软弹性修整法 软弹性修整法( 见图1 - 3 ) 是清华大学王先逵【1 9 - 2 l 】教授等学者提出的一种金 刚石砂轮修整方法。砂带作为一种涂附工具，其区别于一般固结磨具的最大特点是 基本很软，但有一定弹性，所以很难使人相信这种“软”的工具能用于金刚石砂轮 的修整。研究人员发现，常规磨削法无法对金属结合剂金刚石微粉砂轮进行有效修 整的原因有两点：修整工具表面磨粒很快磨损而且不能顺利脱落；修整工具的 容屑空间被结合剂堵塞。用砂带作为磨具修整金刚石砂轮时，总是以新的锋利磨粒 同砂轮接触，从不发生堵塞。用砂带这种“软”工具修整金刚石砂轮，无论从理论 上还是实践上都证明是可行的。金刚石砂轮软弹性修整装置适用于平面磨床，修整 时将修整器机械本体部分直接放在磨床电磁工作台上，金刚石砂轮位于接触上方的 砂轮主轴上。对w 3 5 青铜结合剂金刚石微粉砂轮采用软弹性修整法修整时，每米 长砂带可去掉砂轮3 01 tm 的圆度误差( 每分钟去掉砂轮1 0um 的圆度误差) ，金刚 石砂轮可以获得小于lpm 的砂轮圆度。 磨床工 一、 i 卷带轮 、 1 图l 一3 软弹性修整装置示意图 f i g 1 - 3s c h e m a t i ci l l u s t r a t i o no fs o f t e l a s t i cd r e s s i n g 4 上海交通大学博1 。学位论文雾状介质中放电修整金网4 石砂轮技术及机理研究 1 2 5 超声振动修整法 超声振动修整( 见图1 - 4 ) 是一种优良的砂轮修整方法，此方法由保加利亚工学 1 皖 2 2 - 2 s j 提出，一直为人们所重视，不断有新的观点解释超声修整砂轮获得优良效果 的机理。超声振动修整是在普通修整的基础上加上超声振动。砂轮以一定的速度旋 转，砂轮修整器与砂轮间有一定问隔，不对砂轮直接切削，修整器以一定的频率和振 幅冲击砂轮的表面，修整器利用超声波所具有的能量的激波特性，即超声振动在媒 质中传播时会形成锯齿形波周期特性，在波面处造成很大的压强梯度，一方面使磨 粒破碎加剧，另一方面加强了磨粒对结合剂的切削和研蚀作用。另外，超声波可以 使磨削冷却液在短时间内受到声压的“拉”、“压”作用。液体可以承受很高的压 力，所以液体受压时，不会发生任何异常现象，但在液体受“拉”时，会产生“断裂” 现象，在液体内部产生空腔，其持续时间极短，当消失时会产生瞬时的脉冲爆炸，虽 然这种爆炸力作用在极微小的区域时，产生的微观压强是很大的。空腔的爆炸作用 对周围的介质和四周产生强烈的破坏作用，加剧结合剂的破碎，也把杂质驱除出砂 轮表面。由于砂轮的径向方向超声波振动，也会使砂轮的表面形貌在旋转时沿周向 稀疏，而沿轴向密实，即砂轮在圆周方向上切削刃密度小，在轴向上切削刃密度大。 周向稀疏可以提高磨削效率，降低磨削温度；轴向密实则可以降低表面粗糙度研j 。 超声振动修整后的砂轮具有表面磨粒均匀、方向性好和“轴密周疏”的特点。 焦作工学院的赵波等人为探索和研究超声振动修整砂轮的作用机理和规律，进行了 大量实验。用陶瓷结合剂c b n 砂轮和金刚石砂轮磨削不锈钢作试验，分析了超声振 动修整和普通修整的不同点，以及采用不同砂轮磨削不锈钢时的工件表面粗糙度变 化情况。可以得出结论：用超声振动修整的砂轮磨削时砂轮的直径磨损小，说明超 声振动修整砂轮可以延长砂轮的使用寿命m 孓纠j 。 f 超声振动 l 方向 一图1 4 超声振动修整装置示意图 f i g 1 3s c h e m a t i ci l l u s t r a t i o no f s u p e r s o n i ca c t i v a t i o nd r e s s i n gt e c h n o l o g y 上海交通大学博上学位论文第一章绪论 1 2 6 在线电解修整法 e l i d ( e l e c t r o l y t i ci n p r o c e s sd r e s s i n g ) 是1 9 8 5 年m u r a t a 首先提出的，并且使用磨粒 网格尺寸为4 0 0 4 的金属结合剂金