CN102229111B - 金刚石形面约束自由磨粒变速挤磨超硬磨料砂轮修整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了金刚石磨粒形面约束自由磨粒变速挤磨超硬磨料砂轮修整方法，包括以下步骤：阶段一：自由磨料在挤磨修整轮高速旋转形成的金刚石形面约束下，变速滚压被修砂轮表面，使被修砂轮结合剂破碎、磨粒脱落，实现对砂轮形面高效修形；阶段二：使挤磨轮与被修砂轮接触并有一定的修整压力，这时通过挤磨轮和砂轮圆周速度差，利用挤磨修整轮金刚石颗粒的研削作用对被修砂轮磨粒进行微量磨除。该方法可以用于各种结合剂超硬磨料砂轮的高效、精密、成形修整，能有效解决目前存在的超硬磨料砂轮修整难题，使超硬磨料砂轮修整技术取得新的突破，推动超硬磨料砂轮磨削技术的发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石磨粒形面约束自由磨粒变速挤磨超硬磨料砂轮修整方法，属于砂轮修整技术领域。
背景技术
超硬磨料砂轮是以金刚石和立方氮化硼(简称为CBN)为磨料的磨削砂轮，金刚石是自然界中最硬的材料、CBN硬度仅次于金刚石，作为磨料它们的硬度远远高于通常磨削中使用的碳化硅、刚玉类普通磨料，因此，超硬磨料砂轮与普通磨料砂轮相比在磨削方面具有加工质量好、效率高、磨耗小、寿命长等显著优点，尤其在加工硬质和高强度难加工材料方面优势更为突出。但是由于超硬磨料砂轮高硬度的磨粒和坚硬的结合剂使得砂轮修整非常困难，目前开发的修整方法还存在很大的局限性，遍存在的缺点是修整工具磨损快、修整装置复杂、修整效率低及修整精度低等问题，尤其对于精密复杂形面的修整更加困难，有些情况甚至不能修整，远远不能满足超硬砂轮磨削对修整技术的需求。
目前已有的超硬磨料砂轮修整方法普遍存在的缺点是修整工具磨损快、修整装置复杂、修整效率低及修整精度低等问题，尤其对于精密复杂形面的修整更加困难，有些情况甚至不能修整。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种采用金刚石磨粒包络形面约束下的自由磨粒变速挤磨超硬磨料砂轮修整方法。
一种金刚石形面约束自由磨粒变速挤磨超硬磨料砂轮修整方法，包括以下步骤：
阶段一：挤磨修整轮以规律变化的挤磨转速与以恒定速度旋转的被修整超硬磨料砂轮保持以一定的间隙啮合，间隙大小为送入磨料粒径的1/2-1/4，在啮合形面之间送入一定粒度的普通自由磨料液，自由磨料在挤磨修整轮高速旋转而形成的金刚石形面约束下，挤磨修整轮变速滚压被修砂轮表面，使被修砂轮结合剂破碎、磨粒脱落，实现对砂轮形面高效修形，这一阶段的修整时间根据砂轮被修前情况而定，如果为安装砂轮初次修整余量比较大(初修修整量为1-3mm)时一般为10-20分钟，如果是正常磨削中恢复性修整(修整量0.05-0.2mm)一般为2-3分钟；
阶段二：逐渐减少自由磨粒液的送入量，直到完全没有磨料液供给，同时进给挤磨修整轮，进给速度为挤磨轮每转进给0.2-0.3微米，使挤磨轮与被修砂轮接触并有一定的修整压力，这时通过挤磨轮和砂轮圆周速度差，利用挤磨修整轮金刚石颗粒的研削作用对被修砂轮磨粒进行微量磨除，这一阶段修磨时间一般为2-3分钟。
所述的超硬磨料砂轮修整方法，挤磨轮安装于带有自动进给伺服调整和驱动能力的精密修整器的主轴上，挤磨轮旋转方向与被修砂轮旋转方向为同向对滚状态。
所述的超硬磨料砂轮修整方法，砂轮初次安装修整量为1-3mm，磨削中的砂轮恢复性修整量为0.05-0.2mm。
所述的超硬磨料砂轮修整方法，所述阶段二的修整量为0.005-0.01mm。
所述的超硬磨料砂轮修整方法，送入普通磨料种类有碳化硅或刚玉，粒度大小为被修砂轮超硬磨料粒径的1/5-1/2，自由磨料液成分为水基乳化液中加入一定浓度的普通磨料的混合液体。
所述的超硬磨料砂轮修整方法，所述规律变化的规律为：挤磨轮a圆周边的线速度Vd，被修砂轮圆周边线速度Vs(被修砂轮恒定速度旋转)，挤磨轮a的转速Vd周期性变化，周期性变化规律为：从Vd/Vs＝0.7变化到Vd/Vs＝0.5，再从Vd/Vs＝0.5变回到Vd/Vs＝0.7，周期一般为3-5秒。
本发明根据超硬磨料砂轮结构特性、超硬磨粒理化特性及结合剂特性，在长期研究的基础上，从力学和摩擦学的角度出发对自由磨粒的挤压和金刚石磨粒的研削能力在变速条件下对被修砂轮结合剂和磨粒的作用机理进行研究，开发一种采用金刚石磨粒包络形面约束下的自由磨粒变速挤磨超硬磨料砂轮修整方法，通过修整过程中自由磨粒变速挤压和金刚石磨粒包络形面微研削作用对被修砂轮结合剂和磨粒作用，实现了对超硬磨料砂轮高效、精密的成形修整。该方法可以用于各种结合剂超硬磨料砂轮的高效、精密、复杂形面的修整，能有效解决目前存在的超硬磨料砂轮修整难题，使超硬磨料砂轮修整技术取得新的突破，推动我国超硬磨料砂轮磨削技术的发展。
本发明建立了一套高效挤压修形和精密微研削修磨有机相结合的新修整法及其基本理论。采用高速旋转金刚石磨粒形成的约束形面取代传统的采用自由磨粒滚压修整方法中的钢制挤压轮形面硬度低不耐磨损影响挤压精度的缺点；同时在自由磨粒挤压过程中采用变速挤磨技术提高的修整效率；另一方面利用挤磨轮的金刚石磨粒包络形面的磨削能力对被修砂轮形面进行最后的微量精密修整，使自由磨粒高效挤压修整和精密的磨削修整有机的结合在一个修整过程之中。使该方法可以用于各种结合剂超硬磨料砂轮的高效、精密、成形修整，能有效解决目前存在的超硬磨料砂轮修整难题，使超硬磨料砂轮修整技术取得新的突破，推动我国超硬磨料砂轮磨削技术的发展。
附图说明
图1为挤磨轮修整超硬磨料砂轮原理示意图；
图2为金刚石磨粒包络形面挤磨轮轴截面结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
本发明为基于金刚石磨粒包络形面约束下的自由磨粒变速挤磨超硬磨料砂轮修整方法。
其具体修整原理如图1所示。其中挤磨修整轮a是由金刚石颗粒采用电沉积或金属粉末冶金方法制成的具有精密金刚石包络形面的旋转型金刚石修整工具，图2是一种挤磨修整轮整体结构图。挤磨轮属于精密旋转型金刚石修整工具，通常可用于直接修磨普通砂轮、也可以用于直接磨削工件，本发明是将高速旋转起来形成的金刚石回转形面，用来约束自由磨粒挤磨、磨削超硬磨料砂轮，达到高效、精密成形修整目的。一般是采用电沉积或粉末烧结方法将一层高强度的金刚石颗粒1按最高排布密度固定到金属基体2上而制成具有精密金刚石磨粒包络形面的回转体，其形面的廓形是根据要修整的砂轮的廓形确定的，其制作工艺与电镀或金属结合剂金刚石制品制作工艺类似，此为现有技术，不再赘述。
修整方法如图1所示：挤磨轮a安装于带有自动进给伺服调整和驱动能力的精密修整器b的主轴上，挤磨轮a回转方向(逆时针)与被修砂(c)轮回转方(顺时针)向为同向对滚状态，挤磨轮a圆周边的线速度Vd，被修砂轮圆周边线速度Vs(被修砂轮以恒定速度旋转，超硬磨料砂轮磨削时工作速度范围很广，低速磨削时为每秒10-20米，高速磨削时可达每秒100米以上，所以对于高速情况根据需要可以采用降速修整，来满足合适的修整速比要求)，挤磨轮a的转速Vd周期性变化(周期一般为3-5秒)，周期性变化规律为：从Vd/Vs＝0.7变化到Vd/Vs＝0.5，再从Vd/Vs＝0.5变回到Vd/Vs＝0.7。
首先通过进给伺服调整系统使挤磨修整轮以上述规律变化的挤磨转速与以工作速度旋转的被修整超硬磨料砂轮保持以一定的间隙啮合，间隙大小为送入磨料粒径的1/2-1/4，磨料液供给系统d在啮合形面之间送入一定粒度的普通自由磨料液，送入普通磨料种类有碳化硅或刚玉，粒度大小为被修砂轮超硬磨料粒径的1/5-1/2，自由磨料液成分为水基乳化液(普通水基乳化液，例如防锈乳化油加20倍体积的水制成的水基乳化液或购买的磨削液加20-25倍体积的水制成的水基磨削用冷却液)中加入一定浓度(其中磨粒成分浓度为体积比10-20％)的普通磨料的混合磨液，自由磨粒在挤磨修整轮a高速旋转形成的金刚石形面约束下，变速滚压被修砂轮表面，使被修砂轮结合剂破碎、磨粒脱落，实现对砂轮形面高效修形；这一阶段，也就是自由磨粒变速挤磨工序的修整时间根据砂轮被修前情况而定，如果为砂轮初次安装修整余量比较大(初修修整量为1-3mm)一般为10-20分钟，如果是正常磨削中恢复性修整(修整量0.05-0.2mm)一般为2-3分钟。
然后逐渐减少(减少速度可自由控制)自由磨粒液的送入量，直到完全没有磨料液供给，同时进给挤磨修整轮，进给速度为挤磨修整轮每转进给0.2-0.3微米，使挤磨轮与被修砂轮接触并有一定的修整压力，这时通过挤磨轮和砂轮圆周速度差，利用挤磨修整轮金刚石颗粒的研削作用对被修砂轮磨粒进行微量磨除，实现砂轮形面的最终精密修磨，从而获得精密的砂轮形状、实现对超硬磨料砂轮复杂曲面的修整。此阶段修磨时间一般为2-3分钟，这个工序整个修整量很小，约0.005-0.01mm。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种金刚石磨粒形面约束自由磨粒变速挤磨超硬磨料砂轮修整方法，其特征在于，包括以下步骤：
阶段一：挤磨修整轮以规律变化的挤磨转速与以恒定速度旋转的被修整超硬磨料砂轮保持以一定的间隙啮合，间隙大小为送入磨料粒径的1/2-1/4，在啮合形面之间送入一定粒度的普通自由磨料液，自由磨料在挤磨修整轮高速旋转而形成的金刚石形面约束下，变速滚压被修砂轮表面，使被修砂轮结合剂破碎、磨粒脱落，实现对砂轮形面高效修形，这一阶段的修整时间根据砂轮被修前情况而定，当为砂轮初次安装时，修整余量比较大，为10-20分钟，当是正常磨削中恢复性修整时，为2-3分钟；
阶段二：逐渐减少自由磨粒液的送入量，直到完全没有磨料液供给，同时进给旋转的挤磨修整轮，进给速度为挤磨轮每转进给0.2-0.3微米，使挤磨轮与被修砂轮接触，并有一定的修整压力，这时由于挤磨轮和砂轮圆周速度差，利用挤磨修整轮金刚石颗粒的研削作用对被修砂轮磨粒进行微量磨除，完成对超硬砂轮形面的精密修整，这一阶段修磨时间为2-3分钟。
2.根据权利要求1所述的超硬磨料砂轮修整方法，其特征在于，挤磨轮安装于带有自动进给伺服调整和驱动能力的精密修整器的主轴上，挤磨轮旋转方向与被修砂轮旋转方向为同向对滚状态，通过挤磨轮高速旋转形成的金刚石磨粒包络形面对自由磨粒产生挤压约束。
3.根据权利要求1所述的超硬磨料砂轮修整方法，其特征在于，所述阶段一的修整，砂轮余量的去除是通过自由磨粒在挤磨轮高速旋转形成的金刚石磨粒包络形面约束下，挤压超硬磨料砂轮表面，使被修砂轮结合剂破碎、磨粒脱落，实现对砂轮形面高效修形，当为砂轮初次安装修整余量比较大时，初修修整量为1-3mm，当是正常磨削中恢复性修整时，恢复修整量为0.05-0.2mm。
4.根据权利要求1所述的超硬磨料砂轮修整方法，其特征在于，所述阶段二的修整，砂轮表面余量的去除是通过挤磨轮和砂轮圆周速度差，利用挤磨修整轮金刚石颗 粒的研削作用对被修砂轮磨粒进行微量磨除，完成对超硬砂轮形面的精密修整，修整量为0.005-0.01mm。
5.根据权利要求1所述的超硬磨料砂轮修整方法，其特征在于，送入的自由磨粒为普通磨料，种类为碳化硅或刚玉，粒度大小为被修砂轮超硬磨料粒径的1/5-1/2，自由磨料液成分为水基乳化液中加入一定浓度的普通磨料的磨液混合体。
6.根据权利要求1所述的超硬磨料砂轮修整方法，其特征在于，所述规律变化的规律为：挤磨轮a圆周边的线速度Vd，被修砂轮圆周边线速度Vs，挤磨轮a的转速Vd周期性变化，周期性变化规律为：从Vd/Vs＝0.7变化到Vd/Vs＝0.5，再从Vd/Vs＝0.5变回到Vd/Vs＝0.7，周期为3-5秒。
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