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青銅結(jié)合劑金剛石砂輪激光修銳原理（二）
發(fā)布時(shí)間：2017-12-14 點(diǎn)擊數(shù)：2704

3   試驗(yàn)條件

       采用某型脈沖Nd:YAG數(shù)控激光加工機(jī)。激光器愉出脈沖寬度為0.3~2.0ms、重復(fù)頻率范圍為20~40Hz、輸出功率為0~150W連續(xù)可調(diào)。同軸噴嘴為與激光器切割鏡頭配套的直徑為1mm圓口噴嘴，輔助氣體壓強(qiáng)0.5MPa，由0.6Mpa空氣壓縮機(jī)提供，并帶有同壓交叉輔助噴嘴。試驗(yàn)材料為粒度120#、質(zhì)量分?jǐn)?shù)100％的青銅結(jié)合劑金剛石砂輪樣品，砂輪樣品結(jié)構(gòu)如圖5所示。試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行修銳參數(shù)組合，優(yōu)化修銳效果。利用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察修銳前后砂輪表面的微觀形貌；通過磨削力試驗(yàn)，驗(yàn)證修銳試驗(yàn)研究結(jié)果，圖6為磨削力的測(cè)量裝置圖。





4  實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析


4.1激光修銳參數(shù)的選擇


砂輪表面的大面積修銳由單脈沖形成的有一定重處度的凹坑群組成。因此，單脈沖試驗(yàn)是進(jìn)行大面積修銳的基礎(chǔ)。為確定單個(gè)凹坑的直徑和深度，本文建立單脈沖修銳參數(shù)與修銳尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為大面積修銳提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。一般情況下，磨粒裸露在外邊的部分以磨粒尺寸的1/3為宜。金剛石磨料的尺寸在0.106——0.125mm，因此應(yīng)該掌握激光參數(shù)使修銳的深度在0.03~0.05mm比較合適。



       輸出功率和離焦盆對(duì)激光修銳的效果起著決定性的作用。圖7為激光功率對(duì)形成的凹坑直徑和深度的影響。圖8為離焦量對(duì)凹坑的修銳量的影響，如圖在輸出功率不變情況下，隨著離焦量的增加，凹坑深度變小，凹坑直徑有一個(gè)從小變大再變小的趨勢(shì)。




      在選擇激光加工參數(shù)時(shí)應(yīng)該在保證一定單脈沖深度的前提下，盡量選擇大離焦量，這樣的選擇與凹坑的熔池形狀有關(guān)。當(dāng)離焦量很小時(shí)，能量集中在很小的光斑范圍內(nèi)，此種條件下會(huì)得到一個(gè)深徑比很大的熔池。在這樣的參數(shù)下進(jìn)行大面積修銳將導(dǎo)致大量的熔化結(jié)合劑在高壓氣體吹動(dòng)下流向已加工表面，由千孔洞深而孔徑小。熔化結(jié)合劑將很難沿孔壁爬升，飛濺出凹坑，即使在輔助側(cè)吹氣體的條件下，結(jié)合劑也很難去除。而當(dāng)保證一定深度的情況下，選擇大的離焦量，將降低凹坑的深徑比，在重疊度一定的情況下，一方面由于熔池的面積擴(kuò)大使得流向已加工表面并凝著在已加工表面的熔化結(jié)合劑相對(duì)減少，另一方面使得熔化結(jié)合劑更容易沿著坑壁爬升飛快離開，而且提高了加工效率，降低了加工成木。因此在選擇加工參數(shù)時(shí)應(yīng)該盡里選擇一定輸出功率下的使得去除面積最大的離焦量作為試驗(yàn)參數(shù)。



4.2  輔助交叉吹氣試驗(yàn)


金屬結(jié)合劑金剛石砂輪激光修銳前表面形貌如圖9所示。磨粒之間被大量結(jié)合劑填充。沒有足夠的磨粒微刃露出，沒有足夠的容屑空間，所以這種微觀狀態(tài)的砂輪磨削性能很差。




輔助交叉吹氣是在同軸吹氣基礎(chǔ)上，輔助側(cè)向吹氣，氣流吹動(dòng)方向?qū)?zhǔn)未加工區(qū)，改變?nèi)刍Y(jié)合劑的流動(dòng)和飛濺的方向，使其不影響已加工表面，并且與同軸氣體在一起作用，加大氣流對(duì)熔化結(jié)合劑的排除作用，使反射氣體的壓力大于熔化結(jié)合劑的表面張力，使砂輪表面的熔化物被徹底地排除。


                     




輔助交叉吹氣壓力為 0.6MP。輔助吹氣噴嘴保持與水平成20。。圖 10 為重疊率  0.5時(shí)，輔助交叉吹氣條件下，激光修銳后砂輪的衷面形貌，可見在加入輔助交叉吹氣后，修銳的效果較好，避免熔化金屬對(duì)已修銳表面的二次覆蓋。并且在顆拉之間有較大的容屑空間，達(dá)到修銳目的。


4.3磨削試驗(yàn)

激光修銳優(yōu)化參數(shù)。激光輸出功率Pm=20W，離焦最Z=+4.5mm，脈寬T0 =0.5ms，頻率f=35Hz，重疊系數(shù)為0.5，有同軸氣體和輔助交叉氣體聯(lián)合作用。


磨削參數(shù)，試驗(yàn)砂輪測(cè)力裝置外徑為250mm，青銅結(jié)合劑金剛石砂輪粒度120#。質(zhì)量分?jǐn)?shù)100％。砂輪經(jīng)過圓弧整形、修銳后，鑲嵌在砂輪側(cè)力裝置上，表面圓弧與砂輪側(cè)力裝置圓盤同心。砂輪裝置線速度vk=19m/s，僅進(jìn)行砂輪徑向進(jìn)給，每次進(jìn)給量為ap=0.02mm。磨削試件為45mmX25mmX7mm硬質(zhì)合金塊，固定于測(cè)力平臺(tái)上。


(1）磨削表面對(duì)比

圖11(a）、（b）分別為未使用交叉吹氣和使用交叉吹氣條件下，修銳的青銅結(jié)合劑金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金表面?？梢娢词褂媒徊娲禋夥椒す庑掬J的砂輪在磨削過程中，由于砂輪表面的二次覆蓋結(jié)合劑的脫落，結(jié)合劑轉(zhuǎn)移至硬質(zhì)合金表面，污染了工件表面。而使用交叉?zhèn)却捣椒ㄟM(jìn)行激光修銳的砂輪，避免了結(jié)合劑對(duì)修銳表面的二次覆蓋，在磨削過穆中完全是金剛石磨粒對(duì)工件表面的磨削，不存在結(jié)合劑脫落對(duì)工件表面的污染。


(2）磨削力對(duì)比


測(cè)力試臉采用某傳感測(cè)控研究所研制的優(yōu)化結(jié)構(gòu)整體式壓電磨削側(cè)力平臺(tái)。側(cè)力系統(tǒng)由側(cè)力平臺(tái)、電荷放大器、穩(wěn)壓電源、配有數(shù)據(jù)采集板的徽機(jī)和專用軟件組成。測(cè)力系統(tǒng)能夠把力信號(hào)轉(zhuǎn)化成能夠顯示的波形信號(hào)和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)格式，圖12為磨削力測(cè)試結(jié)果。





磨削力的測(cè)量：首先測(cè)里修銳前砂輪的磨削力，徑向進(jìn)給3次。側(cè)量3次磨削力，然后對(duì)砂輪進(jìn)行激光修銳，再徑向進(jìn)給3次，測(cè)量3次修銳后砂輪的磨削力，比較砂輪修銳前后的平均磨削力。


圖12(a）為磨削力側(cè)力信號(hào)輸出，由于在砂輪裝置的四周上只鑲嵌了一個(gè)圓弧樣件，在砂輪裝置國盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，只有當(dāng)砂輪與工件接觸時(shí)才有磨削力信號(hào)，其余的信號(hào)為噪音信號(hào)。磨削力信號(hào)在圖中呈周期性。砂輪轉(zhuǎn)速為1440r/min，磨削力檢測(cè)信號(hào)頗率為24Hz，完全相符。測(cè)驗(yàn)結(jié)果如圖12(b）所示，激光修銳后的砂輪的最人磨削力較未進(jìn)行激光修銳砂輪的最大磨削力明顯降低，且對(duì)只有同軸吹氣和輔助文又吹氣的激光修銳兩種方法的對(duì)比可見，后者的法向力F0比修銳前平均降低了 10% ~ 15 %  。切向力Ft比修銳前降低5%~7%。說明輔助交叉?zhèn)却导す庑掬J進(jìn)一步降低了砂輪的磨削力，提高了砂輪的磨削性能。


5結(jié)論


(l）在輔助交叉吹氣試臉條件下，可以使熔化的青銅結(jié)合劑有效排除，避免了修銳過程中熔化結(jié)合劑對(duì)修銳表面的覆蓋，解決了常見的金屬結(jié)合劑砂輪的熔化重凝問題。


(2）選擇激光修銳參數(shù)功率20W，離焦量4.5mm，脈寬0.5ms，重疊率0.5，磨削力測(cè)量結(jié)果表明，法向磨削力比修銳前降低了10%~15，比同軸吹氣降低2%-3%，切向磨削力比修銳前降低了5%~7%，比同軸吹氣降低了2%~3%，取得了穩(wěn)定、明顯的修銳效果。