CN102490121A - 一种气中放电对磨的金属基金刚石砂轮v形尖角修整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气中放电对磨的金属基金刚石砂轮V形尖角修整方法。该方法将金刚石砂轮刀具固定在砂轮轴上，电极固定在水平面上，利用导线与脉冲电源、石墨电刷和金刚石砂轮刀具形成放电回路；金刚石砂轮刀具在随砂轮轴在垂直水平面的竖直平面上由下到上移动的同时沿砂轮轴轴向方向由左向右行进，形成V形的行走路径左侧向上倾斜的行走路线，对金刚石砂轮刀具右侧进行气中接触放电对磨；将金刚石砂轮刀具转换方向，砂轮刀具在随砂轮轴由下到上移动的同时沿砂轮轴轴向方向由右向左行进，形成V形的行走路径右侧向上倾斜的行走路线，对砂轮刀具左侧进行气中接触放电对磨；该方法能大幅提高超硬金刚石砂轮工具V形尖角的修整率，无难处理的冷却液。

Description

一种气中放电对磨的金属基金刚石砂轮V形尖角修整方法

技术领域

本发明涉及超硬工具的微细、精密制造技术领域，具体涉及一种单晶硅、陶瓷、玻璃、硬质合金等硬脆性工件的微沟槽或微锥塔阵列功能表面的机械制造技术。

背景技术

采用微纳米级的沟槽及锥塔阵列结构表面代替零部件的传统光滑表面，可以产生更多、更新的功能特性。但是，微纳结构表面的微细加工主要依赖于光、电子束、离子束、化学腐蚀等微细加工方法。目前，已经发现这些蚀刻加工方法的效率极低，生产周期很长，且伴随有腐蚀液难处理、危险气体及射频功率等环境问题。

采用金属基金刚石砂轮工具可以对硬脆性材料的微结构功能表面进行机械成型加工，加工效率高、成本低、无腐蚀液，但是，金属基金刚石砂轮工具很难被修整成高精度、锋锐的V形尖角，而且，磨石修整方法的效率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种金属基金刚石砂轮工具V形尖角的气中接触放电修整方法，可以用来进行微细精密机械加工，加工的零部件材料可以为硅、玻璃、陶瓷、硬质合金等硬脆性工件。该方法可对难加工的超硬金刚石砂轮工具进行V尖角的微细精密修整，不受修整工具形状的限制。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种气中放电对磨的金属基金刚石砂轮V形尖角修整方法：将金刚石砂轮刀具固定在砂轮轴上，电极固定在水平面上，利用导线与脉冲电源、石墨电刷和金刚石砂轮刀具形成放电回路；金刚石砂轮刀具在随砂轮轴在垂直水平面的竖直平面上由下到上移动的同时沿砂轮轴轴向方向由左向右行进，形成V形的行走路径左侧向上倾斜的行走路线，对金刚石砂轮刀具右侧进行气中接触放电对磨；将金刚石砂轮刀具转换方向，金刚石砂轮刀具在随砂轮轴由下到上移动的同时沿砂轮轴轴向方向由右向左行进，形成V形的行走路径右侧向上倾斜的行走路线，对金刚石砂轮刀具左侧进行气中接触放电对磨；该左侧向上倾斜的行走路线和右侧向上倾斜的行走路线沿交叉点的垂线左右对称，构成金刚石砂轮刀具的交叉V形行走路径，该交叉V形的行走路径的交叉角为V形行走路径角度β，30度≤β≤120度；金刚石砂轮刀具在交叉V形的行走路径分30～150次进给，采用1～5微米的进给深度。金刚石砂轮刀具在交叉V形的行走路径运动时，利用金刚石砂轮金属结合剂间与电极的脉冲放电和金刚石砂轮金属结合剂间与电极中的碳化硅磨粒对磨去除，逐渐将金刚石砂轮修整成稳定的V形尖角，且使得砂轮表面的金刚石磨粒出刃，修整后的金刚石砂轮V形尖角α等于该交叉V形行走路径的交叉角β。

为进一步实现本发明的目的，所述电极的材料优选由酚醛树脂、碳化硅磨料和青铜的混合物组成，酚醛树脂、碳化硅磨粒和青铜的重量比为0.01～0.08∶0.8～1.8∶1；碳化硅磨料粒度为320～1200目。

所述金刚石砂轮刀具由金刚石磨料组成，结合剂为青铜，金刚石磨料粒度为400～1500目，浓度为4.4克拉/cm³～6.6克拉/cm³。

修整中金刚石砂轮刀具转速为2000～5000转/分，进给速度为100～400毫米/分；

脉冲电源采用空载电压3～10伏，放电频率100～1000赫兹，占空比40～60％。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)与碳化硅磨石的机械修整方法相比，提高修整率(金刚石砂轮磨耗/电极磨耗)约350倍。

(2)与碳化硅磨石的机械修整方法相比，提高修整效率(单位时间金刚石砂轮磨耗)约59倍。

(3)与碳化硅磨石的机械修整方法相比，不需回收困难的研磨液，有利于环境保护。

(4)可以用于微结构功能表面加工，与光、化学等微细蚀刻加工相比，效率更高，成本更低，且无难处理的腐蚀液。

附图说明

图1为金刚石砂轮V形尖角的气中放电对磨修整工艺图。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

如图1所示，将金刚石砂轮刀具1固定在砂轮轴2上，长方体的电极4固定在水平面上，其宽度方向与砂轮轴一致，电极4与金刚石砂轮刀具1、石墨电刷5、脉冲电源6和导线7形成放电回路；金刚石砂轮刀具1在通过砂轮轴2的垂直面上沿着V形的行走路径3与电极的两侧接触放电对磨，利用金刚石砂轮金属结合剂间与电极的脉冲放电和金刚石砂轮金属结合剂间与电极中的碳化硅磨粒对磨去除，逐渐将砂轮修整成与V形的行走路径夹角β一致的V形尖角α，30度≤β≤120度。

电极优选青铜、碳化硅磨和树脂混合物，酚醛树脂、碳化硅磨粒和青铜的重量比为0.01～0.08∶0.8～1.8∶1；碳化硅磨料粒度为320～1200目；金刚石砂轮刀具1由金刚石磨料组成，结合剂为青铜，金刚石磨料粒度为600～1500目，浓度为100-150，浓度是指砂轮单位体积的金刚石含量，100相当于4.4克拉/cm³。金刚石砂轮刀具1沿着交叉V形的行走路径3分30～150次进给，采用1～5微米的进给深度，2000～5000转/分的转速，100～400毫米/分的进给速度；脉冲电源6采用1～10伏的空载电压，100～1000赫兹的放电频率，40％～60％的占空比。

在接触放电对磨修整中，无论电极和砂轮的初始形状如何，金刚石砂轮刀具1的轴向轮廓最终将被修整成V形尖角，且金刚石砂轮刀具1的V形尖角角度α等于V形交叉行走路径的角度β，若用更小的进给深度、适中的放电电压及放电频率，可以减小砂轮工具V形尖角的角度α和圆弧半径r。

实施例

在CNC精密磨床(SMRART B818)安装直径150mm的金刚石砂轮刀具1，长方形的电极4在工作台面上沿着电极的厚度方向与砂轮轴向保持一致，且与金刚石砂轮刀具1、石墨电刷5、SMC-5S/J双脉冲电源6和导线7形成放电回路。金刚石砂轮粒度为600目，结合剂为青铜，浓度为100即4.4克拉/cm³。电极4为青铜和碳化硅磨料混合物，碳化硅磨料粒度为600目。

如图1所示，砂轮的V形行走路径角度β设计为60度，砂轮转速N＝3826转/分，砂轮进给速度v_f为200毫米/分，交叉V形的行走路径3分50次进给，进给深度a为3微米，脉冲空载电压为7伏，放电频率为500赫兹。修整后，金刚石砂轮V形尖角α的检测角度为59.3度，尖角半径r为31微米，而且在金刚石砂轮V形尖角上微细金刚石磨粒能够被修锐。

本实施例可以将超硬金刚石砂轮修整成V形尖角，尖角角度的公差可以控制到0.5度以内，V槽尖角圆弧半径可以小于30微米。

Claims (5)

1.一种气中放电对磨的金属基金刚石砂轮V形尖角修整方法，其特征在于，将金刚石砂轮刀具固定在砂轮轴上，电极固定在水平面上，利用导线与脉冲电源、石墨电刷和金刚石砂轮刀具形成放电回路；金刚石砂轮刀具在随砂轮轴在垂直水平面的竖直平面上由下到上移动的同时沿砂轮轴轴向方向由左向右行进，形成V形的行走路径左侧向上倾斜的行走路线，对金刚石砂轮刀具右侧进行气中接触放电对磨；将金刚石砂轮刀具转换方向，金刚石砂轮刀具在随砂轮轴由下到上移动的同时沿砂轮轴轴向方向由右向左行进，形成V形的行走路径右侧向上倾斜的行走路线，对金刚石砂轮刀具左侧进行气中接触放电对磨；该左侧向上倾斜的行走路线和右侧向上倾斜的行走路线沿交叉点的垂线左右对称，构成金刚石砂轮刀具的交叉V形行走路径，该交叉V形的行走路径的交叉角为V形行走路径角度β，30度≤β≤120度；金刚石砂轮刀具在交叉V形的行走路径分30~150次进给，采用1~5微米的进给深度。

2.根据权利要求1所述气中放电对磨的金属基金刚石砂轮V形尖角修整方法，其特征在于，所述电极的材料是酚醛树脂、碳化硅磨料和青铜的混合物，酚醛树脂、碳化硅磨粒和青铜的重量比为0.01~0.08：0.8~1.8：1；碳化硅磨料粒度为320~1200目。

3.根据权利要求1所述气中放电对磨的金属基金刚石砂轮V形尖角修整方法，其特征在于：所述金刚石砂轮刀具由金刚石磨料组成，结合剂为青铜，金刚石磨料粒度为400~1500目，浓度为4.4克拉/cm³~6.6克拉/cm³。

4.根据权利要求1所述气中放电对磨的金属基金刚石砂轮V形尖角修整方法，其特征在于，修整中金刚石砂轮刀具转速为2000~5000转/分，进给速度为100~400毫米/分。

5.根据权利要求1所述气中放电对磨的金属基金刚石砂轮V形尖角修整方法，其特征在于，脉冲电源采用空载电压3~10伏，放电频率为100~1000赫兹，占空比为40~60%。

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