新型砂轮研究进展及其展望

磨削加工技术是制造技术中的重要领域,是实现精密加工、超精密加工中最有效、应用最广的工艺技术。砂轮是磨削加工技术中使用最为广泛的加工工具,但传统砂轮存在磨粒容易脱落、磨削比能高、法向力与切向力之比大、需要定期修锐、加工塑性金属材料时容易堵塞等问题。探讨了砂轮的最新研究进展和研究成果,分析了单层钎焊砂轮、纤维砂轮、开槽砂轮、柔性砂轮、多孔砂轮以及磨粒有序化砂轮等新型砂轮的结构特点和不足,并对砂轮的研究发展进行了展望。

应用环形磁场控制的微粉砂轮制备及其磨削性能

在超精密磨削中,金刚石微粉砂轮的磨粒分布均匀性对提高磨削表面质量至关重要,为了使微粉磨粒规则排布,提出了一种采用环形磁场控制磨粒规则排布的砂轮制备方法,制备了多种金刚石微粉砂轮,使用磁场控制制备的微粉砂轮对硬质合金YG8进行了平面及非球面磨削试验。结果表明:应用环形磁场控制可使金刚石微粉砂轮的磨粒实现规则排布,极大改善砂轮加工性能,利用环形磁控方法制备的砂轮可获得最佳表面粗糙度Ra3 nm、最佳面形精度PV318 nm的光滑镜面。

磁控微粉砂轮固化工艺对砂轮磨削性能的影响

目的研究砂轮在固化过程中,固化温度和固化时间对砂轮磨削性能的影响。方法通过测试两种固化工艺制备的砂轮的抗压强度、硬度以及其加工硬质合金YG8的磨削比、表面粗糙度、加工非球面的形状精度随固化温度的变化,来评价固化温度对磁控微粉砂轮磨削性能的影响。结果砂轮的磨削性能与其固化温度、时间有直接关系。磨削比随着固化保温时间的增长呈先增长后下降的趋势。固化温度决定砂轮固化速率和砂轮对过度固化的敏感程度,170℃固化能使砂轮在较短时间达到最佳磨削性能,但是固化时间超过8 h时,其性能会迅速衰减。130℃固化有利于防止砂轮过度固化而造成性能急剧降低。通过对固化工艺的研究,170℃/5 h+130℃/5 h固化工艺下制备的砂轮磨削性能最佳,该砂轮磨削YG8得到最佳的面形精度为365 nm,最佳表面粗糙度为3 nm。结论砂轮在固化过程中,固化温度与固化时间直接影响树脂的固化反应速率与固化程度,通过对固化工艺的实验研究,在本实验条件下得到了最优的固化工艺参数。

超硬磨料砂轮激光修整试验系统的研究

设计了一套以声光调QYAG激光的连续输出光作为测量光源 ,采用光学三角测量在线检测的三维激光烧蚀精密加工系统 ,并以该系统进行超硬磨料砂轮修整试验 。

综合成形修整器的控制方法及其修形特性研究

针对金刚石滚轮对CBN砂轮修形中存在的磨粒破坏、砂轮的磨削力大的因素，提出一种既具备滚轮的高效，又可实现在线修形的综合成形修整器。通过调节滚轮、修形砂轮及CBN砂轮之间的相对速度和修形压力，达到控制滚轮的磨损量，提高修形效率和复映精度的效果。

立方氮化硼砂轮的研究与发展

介绍了国内外立方氮化硼(CBN)砂轮的性能和金属结合剂(含电镀和钎焊结合剂)、树脂结合剂和陶瓷结合剂CBN砂轮的特点,论述了CBN砂轮中磨料的处理及气孔组织的调控技术。阐述了目前国内在CBN砂轮制造水平方面与国外存在的差距,提出CBN砂轮的未来制造应向着超高速、绿色制造等方向发展。

打磨作业过程金属粉尘扩散特性及集尘罩除尘效果

为改善切削打磨场所粉尘质量浓度较高的问题,首先,以轨道列车厢体打磨车间为研究对象,对打磨过程产生的粉尘粒径分布、形貌特征和空间质量浓度进行测试;其次,采用SolidWorks和ANSYS建立打磨作业粉尘扩散模型;最后,对不同条件下的流场和颗粒运动轨迹进行模拟,分析角磨机集尘罩集尘效果。研究结果表明:粉尘在空间的扩散满足多元高斯分布,在打磨点附近粉尘质量浓度最高,两侧底角质量浓度较低;长时间作业空间粉尘平均质量浓度约为10 mg/m^(3),打磨点位置粉尘质量浓度最高达20.9 mg/m^(3),远高于规定值;颗粒粒径分布符合罗辛-拉姆勒分布,在0.1~656.0μm之间,特征指数为2.06,以条状、球状和块状颗粒为主;砂轮高速旋转时会在周围形成旋转诱导气流场,其近壁面速度与砂轮旋转线速度一致;在砂轮旋转诱导气流和切削初动能的作用下,不同粒径颗粒会以不同的角度向右前方扩散;粒径越小,受旋转气流场的影响越大,倾斜角度也越大;随着砂轮转速增加,粉尘扩散范围变大,方向性更加明显,粉尘聚集区由砂轮左侧顺时针偏移到砂轮右前方;安装集尘罩后,除打磨点位置,空间整体粉尘质量浓度下降了2~3个数量级;吸入集尘罩的粉尘质量流率能达到2~4 mg/s,占总产尘量的36%~57%;吸入的颗粒粒径以0~200μm为主,占95%以上。随着集尘罩风量增加,粉尘质量流率会进一步上升,同时吸入颗粒中大颗粒比例也增加。

基于多颗磨粒随机分布的虚拟砂轮建模及磨削力预测

利用VHX-600E型超景深显微镜测量了金刚石砂轮表面的磨粒分布情况,计算得到了砂轮表面的磨粒密度、真实接触弧长以及砂轮总的磨粒数和有效磨粒数。基于磨粒间隔分布假设和虚拟格子方法在虚拟砂轮端面随机分布等磨粒密度的多颗正六面体磨粒,并随机分配磨粒的位姿以模拟砂轮的真实形貌。将1/4虚拟砂轮模型导入Deform-3D软件中,建立三维虚拟磨削仿真模型,采用Lagrangian Incremental算法获得多颗磨粒的仿真磨削力值,并建立了基于多颗磨粒磨削仿真的磨削力预测模型。通过金刚石砂轮端面磨削硬质合金刀片的实验,比较了实测磨削力与预测磨削力;仿真与实验结果具有一致性,证明了采用本方法建立的多颗磨粒虚拟磨削仿真模型可以用于磨削力预测,为多颗磨粒共同磨削的磨削力研究提供了新的思路。

单层磨料砂轮修整及修整阈值控制试验研究

针对粗粒度超硬磨料砂轮圆跳动难以检测技术问题,提出一种新的砂轮圆跳动检测方法,利用滑块组件与激光位移传感器有机结合,避免了砂轮表面高硬度磨料和粗糙形貌对传统量仪触头的机械干扰,排除了砂轮表面非均质材料及高陡坡磨粒的光学干扰,可实现粗粒度超硬磨料砂轮圆跳动的真实、稳定、高效、高精检测。在CNC8325数控外圆磨床上对粒度60#/70#电镀CBN砂轮进行了精密修整试验,依据'定量修整-砂轮检测-定量磨削-试件检测'循环测试方案,持续跟踪了电镀CBN砂轮圆跳动、磨削功率、试件表面质量、砂轮表面形貌渐变过程。结果表明:当电镀CBN砂轮初始圆跳动在10~20μm时,砂轮已具有良好的综合磨削效果,可以不修整或微量修整;当砂轮表面高点区域部分磨粒去除量在磨料平均直径1/5以内时,仍可通过精密修整获取理想的砂轮表面;当砂轮表面高点区域部分磨粒去除量达1/4以上时,即使修整后砂轮圆跳动很好,也无法获得较好磨削效果,此时砂轮已不具备磨削能力。