CN106002633A - 一种陶瓷结合剂cbn砂轮的复合修整方法 - Google Patents
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Abstract
一种陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法，包括固定待修整的陶瓷结合剂CBN砂轮；采用单晶石金刚笔对所述陶瓷结合剂CBN砂轮进行大用量破碎整形；采用金刚石滚轮对所述陶瓷结合剂CBN砂轮表面微量挤压破坏整形；采用刚玉块切入和磨削修锐所述陶瓷结合剂CBN砂轮表面；清理残屑。本发明采用单晶石金刚笔、金刚石滚轮及刚玉块依次对陶瓷结合剂CBN砂轮表面进行修整和修锐，使得复合修整后的陶瓷结合剂CBN砂轮轮廓高度分布均匀，保持了磨粒适当高度露出的同时，也能保证陶瓷结合剂CBN砂轮表层显性气孔的均匀存在，修整效果好，修整后的陶瓷结合剂CBN砂轮可获得良好的地形地貌，满足高效、精密磨削的要求。
Description
技术领域
本发明涉及砂轮修整技术领域，特别是涉及一种陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法。
背景技术
陶瓷结合剂CBN砂轮是将陶瓷结合剂与CBN(立方氮化硼)磨料经高温工艺烧结在一起，配合以一定基体支撑与粘结工艺最终制成相应形状的高效固结式磨具。陶瓷CBN砂轮以其优良的磨削性能和磨削表面质量，在高速、超高速磨削、难加工材料的高性能磨削、高效成型磨削等加工领域获得了广泛应用。在磨削过程中，由于磨削力和磨削区域高温、粘附等作用，砂轮工作表面的磨粒会逐渐钝化，同时，砂轮工作表面的磨粒会因不均匀磨损而失去正确的原始几何形状，有时，高速磨削的磨屑非常细小，很容易堵塞砂轮工作表面空隙。为使陶瓷结合剂CBN砂轮始终保持良好的磨削状态，在磨削过程中必须对砂轮进行修整。
目前，CBN砂轮的修整一般可分为整形和修锐两个步骤。整形是通过改变砂轮的宏观形状，使砂轮达到要求的几何形状和尺寸精度，并使磨粒尖端微细破碎形成锋利的磨刃；修锐则是通过去除砂轮磨粒间的结合剂，使磨粒凸出结合剂表面，形成必要的容屑空间，使砂轮具有最佳磨削能力。根据陶瓷结合剂CBN砂轮的具体情况，整形和修锐需分步进行。目前，常用的陶瓷CBN砂轮的整形方法主要有以下四种：(1)金刚石笔整形，虽然可较容易实现CBN砂轮的整形，但整形尺寸及精度较低，修整速度低，且金刚石笔磨损较快。(2)滚压整形，采用粒度稍大于待整形砂轮的绿色碳化硅或白色氧化铝陶瓷结合剂砂轮，主要依靠挤压力使磨粒破碎脱落，修整力大、修整速度及效率高，但修正精度低，修整厚砂轮表面损伤层较深，切削刃密度较低，磨粒较尖锐，易磨损，容易过整形。(3)磨削整形，与滚压整形较为类似，但整形过程除了给予整形轮一定修整深度ar、整形轮线速度vr及修整进给量vi外并不施加压力P。在采用金刚石砂轮做整形轮时，虽然整形精度好，效率高，但是由于过度挤压破碎却会导致被修砂轮的磨削能力较差，而对整形用量的控制也要求更为精确。(4)软钢磨削整形，虽然同时也具有修锐效果，但是由于粘附性大，修整过程容易造成软质砂轮的磨料脱落，不宜用来修整型面精度要求高的砂轮。
因此，传统的单一修整方法，会造成砂轮表面高度轮廓落差过大，增大了砂轮磨粒与结合剂断裂的概率，同时还会在磨削中对工件造成划伤或材料残留无法得到高质量磨削表面，很难适应陶瓷结合剂CBN砂轮修整。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种既保持了磨粒适当高度露出，又保证了陶瓷结合剂CBN砂轮表层显性气孔的均匀存在，修整效果好，能得到良好磨削性能的陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法，包括：
步骤一：固定待修整的陶瓷结合剂CBN砂轮；
步骤二：采用单晶石金刚笔对所述陶瓷结合剂CBN砂轮进行大用量破碎整形；
步骤三：采用金刚石滚轮对所述陶瓷结合剂CBN砂轮表面微量挤压破坏整形；
步骤四：采用刚玉块切入和磨削修锐所述陶瓷结合剂CBN砂轮表面；
步骤五：清理残屑，陶瓷结合剂CBN砂轮修整完毕。
进一步，所述陶瓷结合剂CBN砂轮安装于磨床的砂轮架上，所述单晶石金刚笔或所述金刚石滚轮或所述刚玉块安装于所述磨床的工作台上。
进一步，所述单晶石金刚笔或所述金刚石滚轮或所述刚玉块通过紧固件和卡具固定于所述工作台，所述卡具卡持于所述单晶石金刚笔或所述金刚石滚轮或所述刚玉块，所述紧固件将所述卡具固定于所述工作台。
进一步，所述单晶石金刚笔垂直安装于所述工作台上，所述陶瓷结合剂CBN砂轮位于所述工作台的上方，且所述单晶石金刚笔相对于所述陶瓷结合剂CBN砂轮的中心偏置。
进一步，所述单晶石金刚笔修整时速度小于或等于30m/s，整形切入量为所述陶瓷结合剂CBN砂轮磨粒尺寸的1/3，整形修整行程为2～5次。
进一步，所述金刚石滚轮的进给量小于所述单晶石金刚笔进给量的一半，整形修整行程为1～2次。
进一步，步骤二完成后，对所述陶瓷结合剂CBN砂轮表面进行无火花光修。
进一步，所述金刚石滚轮或/和所述刚玉块采用顺修方式修整。
进一步，所述金刚石滚轮为树脂结合剂金刚石滚轮。
进一步，所述刚玉块为碳化硅砂块，所述碳化硅砂块晶粒粒度为所述陶瓷结合剂CBN砂轮粒度的50％～150％之间。
本发明的有益效果：
本发明采用单晶石金刚笔、金刚石滚轮及刚玉块依次对陶瓷结合剂CBN砂轮表面进行修整和修锐，使得复合修整后的陶瓷结合剂CBN砂轮轮廓高度分布均匀，保持了磨粒适当高度露出的同时，也能保证陶瓷结合剂CBN砂轮表层显性气孔的均匀存在，修整效果好，修整后的陶瓷结合剂CBN砂轮可获得良好的地形地貌，满足高效、精密磨削的要求。
附图说明
图1为本发明采用单晶石金刚笔对陶瓷结合剂CBN砂轮修整的结构示意图；
图2为本发明采用金刚石滚轮对陶瓷结合剂CBN砂轮修整的结构示意图；
图3为本发明采用刚玉块对陶瓷结合剂CBN砂轮修锐的结构示意图；
图中，1—陶瓷结合剂CBN砂轮、2—单晶石金刚笔、3—工作台、4—卡具、5—紧固件、6—金刚石滚轮、7—刚玉块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1至图3，本发明提出一种陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法，包括如下步骤：
步骤一：固定待修整的陶瓷结合剂CBN砂轮1，将待修整的陶瓷结合剂CBN砂轮1安装在磨床的砂轮架上，本实施例中采用的陶瓷结合剂CBN砂轮1型号为CBN200J150V(尺寸为φ370×6×φ160，粒度170/200,97～75μm)，磨床为大功率高速及超高速磨削试验台，采用了液体动静压混合轴承及超高速大功率磨削主轴系统，磨床性能参数包括：主轴最大转速，11000r/min；主轴最大工作压力，30MPa；主轴轴径，110mm；主电机功率，33KW；工作台行程350mm。
步骤二：采用单晶石金刚笔2对陶瓷结合剂CBN砂轮1进行大用量破碎整形，整形是通过改变砂轮的宏观形状，使砂轮达到要求的几何形状和尺寸精度，并使磨粒尖端微细破碎形成锋利的磨刃。
如图1，先将单晶石金刚笔2安装于磨床的工作台3上，单晶石金刚笔2通过卡具4和紧固件5固定于工作台3，卡具4卡持于单晶石金刚笔2，而紧固件5将卡具4固定于工作台3，因此单晶石金刚笔2可与工作台3共同移动，以对陶瓷结合剂CBN砂轮1表面进行修整。在本实施例中，单晶石金刚笔2垂直安装于工作台3上，陶瓷结合剂CBN砂轮1位于工作台3的上方，与单晶石金刚笔2相对设置，且单晶石金刚笔2相对于陶瓷结合剂CBN砂轮1的中心略微偏置，便于单晶石金刚笔2的切入，且可减缓单晶石金刚笔2的磨损。
为了使修整效果好，单晶石金刚笔2修整时速度小于或等于30m/s，整形切入量达到陶瓷结合剂CBN砂轮磨粒尺寸的1/3，整形修整行程为2～5次。在本实施例中采用的单晶石金刚笔2尺寸为φ12×50mm，0.5Ct，单晶石金刚笔2切入深度ar为0.02mm，陶瓷结合剂CBN砂轮1速度vs为20m/s，径向切入速度vi为0.001mm/s,修整行程3次。
步骤二完成后，对陶瓷结合剂CBN砂轮1进行无火花光修2次，即单晶石金刚笔2沿陶瓷结合剂CBN砂轮1径向不再进给，每个修整行程只去除少量砂轮材料，主要是为了获得光整的砂轮表面。如果仅采用单晶石金刚笔2整形，容屑空间较小，切削刃较宽，磨削刃不锋利，修出的砂轮磨削工件时，容易出现烧伤或者振纹。
步骤三：采用金刚石滚轮6对陶瓷结合剂CBN砂轮1表面微量挤压破坏整形，如图2，金刚石滚轮6通过卡具4和紧固件5固定于工作台3上，为了获得较好的表面质量，金刚石滚轮6的进给量小于单晶石金刚笔2进给量的一半，整形修整行程为1～2次。本实施例中采用直径约75mm，厚度为8mm的树脂结合剂金刚石滚轮(型号MBD 120L100 B)，粒度为120/140(125～106μm)。采用顺修方式，即金刚石滚轮6与陶瓷结合剂CBN砂轮1在接触点处线速度方向相同，修整行程2次。金刚石滚轮6用可调速变频电机控制，轴径为φ8mm，最高转速可达15000r/min。滚轮速度为15m/s，切入深度ar为0.005mm。陶瓷结合剂CBN砂轮速度vs为20m/s。
步骤四：采用刚玉块7切入和磨削修锐陶瓷结合剂CBN砂轮1表面，修锐是将刚玉块7压向陶瓷结合剂CBN砂轮1半径方向，刚玉块7磨粒的硬度足以切除陶瓷结合剂CBN砂轮1磨粒间的陶瓷结合剂。当陶瓷结合剂CBN砂轮1磨粒与刚玉块7磨粒相遇时，由于陶瓷结合剂CBN砂轮1磨粒硬度更高，刚玉块7磨粒将发生破碎，刚玉块7磨粒间隙中填满碎磨粒有助于对结合剂进行切削，从而使陶瓷结合剂CBN砂轮1上较浅的磨粒脱落，达到修锐的目的。
如图3，刚玉块7通过卡具4和紧固件5固定于工作台3上，本实施例中刚玉块7为低密度粗晶粒碳化硅砂块，尺寸为8*20*40mm，碳化硅砂块晶粒粒度为陶瓷结合剂CBN砂轮1粒度的50％～150％之间，刚玉块7采用顺修方式，刚玉块7切入深度ar为0.02mm，陶瓷结合剂CBN砂轮1速度vs为20m/s。
步骤五：清理残屑，陶瓷结合剂CBN砂轮1修整完毕。用尼龙610号毛刷对残留在陶瓷结合剂CBN砂轮1磨粒间隙间的碳化硅磨粒残屑进行清理。
复合修整完毕后，使用激光位移传感器在被修整的陶瓷结合剂CBN砂轮1的圆周上，取5000个轮廓高度采样点，形成砂轮地貌轮廓高度分布曲线，并与磨损后砂轮的地貌轮廓高度分布曲线，以及经单一修整方法修整后砂轮的地貌轮廓高度分布曲线，并进行分析对比。发现复合修整后的砂轮轮廓高度分布最为均匀，而且轮廓高度值极差约为84μm，既保持了磨粒适当高度露出的同时，也保证了砂轮表层显性气孔的均匀存在，修整效果最佳。
修锐是清理砂轮磨粒间的结合剂，形成必要的容屑空间，提高砂轮磨削金属的去除率，以达到砂轮的磨削能力。而在修正后再进行修锐，则可减小初始磨削力，磨削力尽快趋于稳定，砂轮较早进入正常磨削，磨削起始力低，磨削效果好。因此，本发明依次采用单晶石金刚笔、金刚石滚轮及刚玉块这三者相结合的复合修整方法可以达到最佳的修整效果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法，其特征在于，包括：
步骤一：固定待修整的陶瓷结合剂CBN砂轮；
步骤二：采用单晶石金刚笔对所述陶瓷结合剂CBN砂轮进行大用量破碎整形；
步骤三：采用金刚石滚轮对所述陶瓷结合剂CBN砂轮表面微量挤压破坏整形；
步骤四：采用刚玉块切入和磨削修锐所述陶瓷结合剂CBN砂轮表面；
步骤五：清理残屑，陶瓷结合剂CBN砂轮修整完毕。
2.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法,其特征在于：所述陶瓷结合剂CBN砂轮安装于磨床的砂轮架上，所述单晶石金刚笔或所述金刚石滚轮或所述刚玉块安装于所述磨床的工作台上。
3.根据权利要求2所述的陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法,其特征在于：所述单晶石金刚笔或所述金刚石滚轮或所述刚玉块通过紧固件和卡具固定于所述工作台，所述卡具卡持于所述单晶石金刚笔或所述金刚石滚轮或所述刚玉块，所述紧固件将所述卡具固定于所述工作台。
4.根据权利要求2所述的陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法,其特征在于：所述单晶石金刚笔垂直安装于所述工作台上，所述陶瓷结合剂CBN砂轮位于所述工作台的上方，且所述单晶石金刚笔相对于所述陶瓷结合剂CBN砂轮的中心偏置。
5.根据权利要求4所述的陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法,其特征在于：所述单晶石金刚笔修整时速度小于或等于30m/s，整形切入量为所述陶瓷结合剂CBN砂轮磨粒尺寸的1/3，整形修整行程为2～5次。
6.根据权利要求5所述的陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法,其特征在于：所述金刚石滚轮的进给量小于所述单晶石金刚笔进给量的一半，整形修整行程为1～2次。
7.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法,其特征在于：步骤二完成后，对所述陶瓷结合剂CBN砂轮表面进行无火花光修。
8.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法,其特征在于：所述金刚石滚轮或/和所述刚玉块采用顺修方式修整。
9.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法,其特征在于：所述金刚石滚轮为树脂结合剂金刚石滚轮。
10.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂CBN砂轮的复合修整方法,其特征在于：所述刚玉块为碳化硅砂块，所述碳化硅砂块晶粒粒度为所述陶瓷结合剂CBN砂轮粒度的50％～150％之间。
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