CN106392885A - 超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置及修整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置及修整方法。该方法包括第一步磨料水射流粗修：超硬磨料砂轮与修整轮以一定的速度旋转，且磨料砂轮沿其轴向匀速往复进给，同时磨料水射流修整装置沿着与磨料砂轮轴线垂直的方向向超硬磨料砂轮与修整轮形成的间隙内喷射磨料水射流，磨料水射流冲击超硬磨料砂轮表面，使被修整砂轮结合剂破碎、磨粒脱落。第二步接触式精修：当砂轮的圆跳动降低到一定程度时，单纯使用磨料水射流无法继续高效地降低圆跳动，利用修整的超硬磨料砂轮对不锈钢或铸铁进行精修。将突出高度不一致的磨粒去除或磨平，使砂轮表面磨粒趋于一致。第三步磨料水射流修锐：采用低压、大射流靶距的磨料水射流对砂轮进行最后的修锐。

Description

超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置及修整方法

技术领域

本发明涉及砂轮修整领域，具体涉及一种超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置及超硬磨料砂轮的高压磨料水射流与接触式复合精密修整方法。

背景技术

砂轮通常由磨粒和结合剂两部分构成：磨粒起切削作用，通常硬度较大；结合剂将无数磨粒粘结在一起。其中磨粒为金刚石或立方氮化硼(CBN)的砂轮统称为超硬磨料砂轮。超硬磨料砂轮相比普通砂轮而言具有更优良的磨削性能，因此超硬磨料砂轮广泛应用于高速高效磨削、精密和超精密磨削、成形磨削、难加工材料磨削和磨削自动化等技术领域。

然而，在实际应用中超硬磨料砂轮优秀的磨削性能却远远未能得到充分的发挥，原因在于：砂轮在使用前和磨削磨损后，需要进行修整，但由于超硬磨粒具有很高的硬度，使用传统的修整方法进行修整时，修整效果不佳。目前超硬磨料砂轮修整常用的修整方法主要有车削修整法、杯形砂轮修整法，电火花修整法、电解修整法、ELID在线修整法等，但是这些修整方法普遍存在的缺点是修整装置复杂，修整工具磨损快，修整效率低等问题。如车削法使用金刚笔作为修整工具修整超硬磨料砂轮，该方法只适用于修整陶瓷结合剂类的超硬磨料砂轮，并且修整工具磨损较快，修整效率较低；杯形砂轮修整法修整大粒度超硬磨料存在修整工具磨耗速度过快的问题；电解修整法虽然修整精度高，专用的电解液、电源等工具，使整个修整装置价格昂贵且比较复杂，且该方法修整效率太低；电火花修整法整形效率较高，但表面的磨粒因高温发生碳化，表层磨粒会快速磨损；对于大粒度超硬磨料砂轮还缺乏高效精密的修整方法。

发明内容

本发明的目的就是针对大粒度超硬磨料砂轮修整难的问题，提供一种超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置以及采用高压磨料水射流与接触式复合精密修整方法，超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置主要是提出了一种新的磨料水射流修整装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置，包括安装在超硬磨料砂轮与修整轮一侧的磨料水射流修整装置，所述的磨料水射流修整装置包括喷射系统，所述的喷射系统的入口端与一个磨料罐连通，且所述的喷射系统由控制器控制，所述的控制器分别与蓄能器、气压装置相连，所述的蓄能器与一个供水器相连；所述的气压装置与空压机相连。

进一步的，所述的蓄能器与供水器之间串联有过滤器和增压泵。

磨料水射流修整装置的工作过程如下：

增压泵将清水从供水器中经水管吸入，加压后储存在蓄能器中，修整时通过高压管路经控制器进入喷射系统中，从一级喷嘴喷出，在喷嘴出口处形成高速液流，并在混合腔内产生一定的真空度。由于磨料罐与混合腔之间形成一定的压力差，使磨料在自重和压力差的共同作用下通过气力运输而进入混合腔，并与水射流发生剧烈紊动扩散与掺混，再通过二级喷嘴而形成磨料水射流，对砂轮进行修整。

利用上面所述的装置对砂轮进行修整的方法，包括以下步骤：

步骤1，磨料水射流粗修：

超硬磨料砂轮与修整轮以一定的速度旋转，且磨料砂轮沿其轴向匀速往复进给，同时磨料水射流修整装置沿着与磨料砂轮轴线垂直的方向向超硬磨料砂轮与修整轮形成的间隙内喷射磨料水射流，磨料水射流冲击超硬磨料砂轮表面，使被修整轮14结合剂破碎、磨粒脱落，从而达到降低砂轮圆跳动的目的；

步骤2，接触式精修：当砂轮的圆跳动降低到一定程度时，利用步骤1修整的超硬磨料砂轮磨削不锈钢或铸铁材料进行精修，将突出高度不一致的磨粒去除或磨平，使砂轮表面磨粒趋于一致；

步骤3，磨料水射流修锐：为获得良好的砂轮表面地形地貌、节约砂轮材料及延长砂轮的使用寿命，采用低压、大靶距的磨料水射流对砂轮进行最后的修锐。

进一步的，所述的超硬磨料砂轮为粒度#30～#1000的金属结合剂金刚石砂轮。

进一步的，所述的超硬磨料砂轮与修整轮之间的间隙大小为磨料粒径的1/4～1/2。

进一步的，所述步骤1的修整参数如下：

砂轮转速：修整时砂轮外圆的线速度，为5m/s～30m/s；

修整轮转速：修整轮旋转时外圆的线速度，为10m/s-25m/s；

进给速度：修整时砂轮沿轴向的进给速度，为100mm/min～1000mm/min。

进一步的，所述步骤1的磨料水射流参数如下：

水射流压力：修整时水射流喷嘴处压力，为10MPa～60Mpa；

射流靶距：修整时水射流喷嘴距离砂轮与修整轮轴线平面的距离，为10mm～20mm；

磨料流量：修整时单位时间内流入喷嘴的磨粒量，为10g/min～40g/min。

进一步的，所述步骤2的磨削参数如下：

砂轮转速：砂轮旋转时外圆的线速度，为5m/s～30m/s；

工作台左右进给速度：1000mm/min～15000mm/min；

工作台横向进给量：工作台相对砂轮轴向单次进给量，为1mm～4mm。

进一步的，所述步骤3的修整参数与步骤1的修整参数一致。

进一步的，所述步骤3的磨料水射流参数如下：

水射流压力：修整时水射流喷嘴处压力，为10MPa～40Mpa；

射流靶距：修整时水射流喷嘴距离砂轮与修整轮轴线平面的距离，为20mm～30mm；

磨料流量：修整时单位时间内流入喷嘴的磨粒量，为3g/min～20g/min。

所述的超硬磨料砂轮修整方法，送入普通磨料种类为石榴石，粒度为#30～#1000。

本发明的工作原理：

高压磨料水射流修锐砂轮时，磨料水高速冲击砂轮表面，对结合剂进行冲蚀，去除磨损砂轮表面一定深度的结合剂以及部分磨钝的磨粒，使新的磨粒突出砂轮表面。当砂轮的圆跳动降低到一定程度时，单纯使用磨料水射流无法继续高效地降低圆跳动，再利用磨削不锈钢时磨屑的黏附作用，使磨粒失去切削作用，加快砂轮磨损，将突出高度不一致的磨粒去除或磨平，使砂轮表面磨粒趋于一致，增加整形效率。

本发明的有益技术效果如下：

根据仅用高压磨料水射流不易实现外圆跳动的精密控制，仅用接触式修整方法磨粒突出高度过低，磨削力大等问题，提出了利用高压磨料水射流修锐超硬磨料砂轮，通过磨削不锈钢等材料的方法修形，两种操作交替进行，既实现砂轮圆跳动的快速收敛与砂轮表面磨粒的良好突出，又可保证整个修整过程中的磨削力小，保护机床主轴系统。利用该修整方法获得的砂轮轮廓精度高，砂轮表面磨粒突出高度大，加工零件时的磨削力小，更容易实现高精度的轮廓磨削。

附图说明

图1为磨料水射流系统结构示意图；

图2为磨料水射流修整装置示意图；

图3为具体实施例中，磨料水射流粗修整后的超硬磨料砂轮表面微观地貌；

图4为具体实施例中，磨削不锈钢精修后的超硬磨料砂轮表面微观地貌；

图5为具体实施例中，磨料水射流修锐后的超硬磨料砂轮表面微观地貌。

其中，1、空压机，2、增压泵，3、过滤器，4、供水器，5、蓄能器，6、控制器，7、磨料罐，8、喷射系统，9、磨料水射流，10、磨料水射流修整夹持装置，11、超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置，12、气压装置，13、砂轮，14、修整轮。

具体实施方式

结合附图发明作进一步说明。

如图1、2所示，一种超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置11，包括安装在超硬磨料砂轮与修整轮一侧的磨料水射流修整装置11，该装置通过一个磨料水射流修整夹持装置10夹持，磨料水射流修整夹持装置所述的磨料水射流修整装置包括喷射系统8，喷射系统8的入口端与一个磨料罐7连通，且喷射系统8由控制器6控制，控制器6分别与蓄能器5气压装置12相连，所述的蓄能器5与一个供水器4相连；气压装置12与空压机1相连；蓄能器5与供水器4之间串联有过滤器3和增压泵2。

增压泵2将清水从供水器4中经水管吸入，加压后储存在蓄能器5中，修整时通过高压管路经控制器6进入喷射系统8中，从一级喷嘴喷出，在喷嘴出口处形成高速液流，并在混合腔内产生一定的真空度。由于磨料罐7与混合腔之间形成一定的压力差，使磨料在自重和压力差的共同作用下通过气力运输而进入混合腔，并与水射流发生剧烈紊动扩散与掺混，再通过二级喷嘴而形成磨料水射流9，对砂轮进行修整。

基于上述装置对超硬磨料砂轮进行精密修整的方法，包括以下步骤：

步骤1，磨料水射流粗修：以恒定速度旋转的被修整超硬磨料砂轮13与修整轮14保持一定的间隙，间隙大小为磨料粒径的1/4～1/2，砂轮13沿轴向匀速往复进给，安装在磨床的在位磨料水射流修整装置沿间隙方向水平放置；磨料水射流9在修整轮高速旋转而形成的金刚石滚轮形成面内，冲击超硬磨料砂轮表面，使被修整轮14结合剂破碎、磨粒脱落，从而达到降低砂轮圆跳动的目的。

步骤2，接触式精修：当砂轮的圆跳动降低到一定程度时，单纯使用磨料水射流无法继续高效地降低圆跳动，利用步骤1修整的超硬磨料砂轮13磨削不锈钢或铸铁材料进行精修。将突出高度不一致的磨粒去除或磨平，使砂轮表面磨粒趋于一致。

步骤3，磨料水射流修锐：为获得良好的砂轮表面地形地貌、节约砂轮材料及延长砂轮的使用寿命，采用低压、大靶距的磨料水射流对砂轮进行最后的修锐。

下面结合具体的实施例对本发明的方法进行详细说明：

基于超硬磨料砂轮的高压磨料水射流与接触式复合精密修整方法，包括以下步骤：

1.磨料水射流粗修，具体磨料水射流工艺参数和修整参数分别如表1、表2所示，对砂轮进行粗修整直至砂轮的圆跳动减少到30～40μm范围内时，停止粗修，进入下一道工序，修整后超硬磨料砂轮表面形貌如图2所示；

表1磨料水射流工艺参数

表2修整参数

2.接触式精修，利用步骤1修整的超硬磨料砂轮磨削不锈钢进行精修，磨削参数如表3所示，获得圆跳动为13μm。精修后的超硬磨料砂轮表面形貌如图3所示，将突出高度不一致的磨粒去除或磨平，使砂轮表面磨粒高度趋于一致；

表3不锈钢磨削参数

3.磨料水射流修锐，利用低压、大靶距的磨料水射流对超硬磨料砂轮进行修锐，磨料水射流参数如表4所示，砂轮参数与步骤1一致，获得磨粒突出的砂轮表面，如图4所示。

表4磨料水射流工艺参数

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所述领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置，其特征在于，包括安装在超硬磨料砂轮与修整轮一侧的磨料水射流修整装置，所述的磨料水射流修整装置包括喷射系统，所述的喷射系统的入口端与一个磨料罐连通，且所述的喷射系统由控制器控制，所述的控制器分别与蓄能器、气压装置泵相连，所述的蓄能器与一个供水器相连；所述的气压装置与空压机相连。

2.如权利要求1所述的超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置，其特征在于，所述的蓄能器与供水器之间串联有过滤器和加压泵。

3.利用权利要求1-2任一所述的超硬磨料砂轮的复合式精密修整装置对砂轮进行精密修整的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，磨料水射流粗修：

超硬磨料砂轮与修整轮以一定的速度旋转，且磨料砂轮沿其轴向匀速往复进给，同时磨料水射流修整装置沿着与磨料砂轮轴线垂直的方向向超硬磨料砂轮与修整轮形成的间隙内喷射磨料水，磨料水冲击超硬磨料砂轮表面，使被修整轮14结合剂破碎、磨粒脱落，从而达到降低砂轮圆跳动的目的；

步骤2，接触式精修：当砂轮的圆跳动降低到一定程度时，利用步骤1修整的超硬磨料砂轮磨削不锈钢或铸铁材料进行精修，将突出高度不一致的磨粒去除或磨平，使砂轮表面磨粒趋于一致；

步骤3，磨料水射流修锐：采用低压、大靶距的磨料水射流对砂轮进行最后的修锐。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的超硬磨料砂轮为粒度#30～#1000的金属结合剂金刚石砂轮。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的超硬磨料砂轮与修整轮之间的间隙大小为磨料粒径的1/4～1/2。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1的修整参数如下：

砂轮转速：修整时砂轮外圆的线速度，为5m/s～30m/s；

修整轮转速：修整轮旋转时外圆的线速度，为10m/s～25m/s；

进给速度：修整时砂轮沿轴向的进给速度，为100mm/min～1000mm/min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1的磨料水射流参数如下：

水射流压力：修整时水射流喷嘴处压力，为10MPa～60Mpa；

射流靶距：修整时水射流喷嘴距离砂轮与修整轮轴线平面的距离，为10mm～30mm；

磨料流量：修整时单位时间内流入喷嘴的磨粒量，为10g/min～40g/min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的磨料种类为石榴石，粒度为#30～#1000。

9.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述步骤2的磨削参数如下：

砂轮转速：砂轮旋转时外圆的线速度，为5m/s～30m/s；

工作台左右进给速度：1000mm/min～15000mm/min；

工作台横向进给量：工作台相对砂轮轴向单次进给量，为1mm～4mm。

10.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，所述步骤3的修整参数与步骤1的修整参数一致；所述步骤3的磨料水射流参数如下：

水射流压力：修整时水射流喷嘴处压力，为10MPa～40Mpa；

射流靶距：修整时水射流喷嘴距离砂轮与修整轮轴线平面的距离，为20mm～30mm；

磨料流量：修整时单位时间内流入喷嘴的磨粒量，为3g/min～20g/min。