按我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,磨粒直徑在50μm以下稱(chēng)為微粉。金剛石微粉砂輪一般是以粒度為w40一w5的金剛石微粉為磨料,采用樹(shù)脂、陶瓷、金屬(如銅、纖維鑄鐵等)為結(jié)合劑燒結(jié)而成,其特點(diǎn)如下:
(1)金剛石微粉砂輪由于其微粉磨料的粒度很細(xì),可以獲得極低的表面粗糙度,同時(shí)在精密磨床或超精密磨床上磨削可獲得很高的磨削精度,是一種比較理想的微納米超精密加工方法。
(2)金剛石微粉砂輪超精密磨削是一種固結(jié)磨料的微量去除加工方法,具有一般磨削的特點(diǎn),可方便地磨削外圓、孔、平面和成形等表面,加工效率高,加工質(zhì)量好,極具發(fā)展前途。
(3)金剛石微粉砂輪由于磨料粒度很細(xì),容屑空間很小,磨屑容易堵塞,因此,除一般修整外,尚要進(jìn)行在線修整,才能保證磨削的正常進(jìn)行和加工質(zhì)量。本來(lái),超硬磨料砂輪的修整就是一個(gè)難題,因此,金剛石微粉砂輪的修整是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
(4)由于金剛石微粉砂輪的容屑空間很小,因此要嚴(yán)格控制磨削時(shí)的磨削深度,磨削加工應(yīng)在精密磨床或超精密磨床上進(jìn)行,機(jī)床上應(yīng)有微進(jìn)給系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的用游離磨料進(jìn)行精密加工和超精密加工方法,如研磨、拋光等,其加工機(jī)理主要是磨粒的滾動(dòng)和擠壓作用使被加工表面產(chǎn)生塑性變形和塑性流動(dòng),同時(shí)有磨粒的微切作用,總的可歸結(jié)為延展式磨削。
金剛石微粉砂輪超精密磨削時(shí),主要是微切削作用,在切削過(guò)程中有切屑形成、耕犁(隆起)、滑擦(滑動(dòng)和摩擦)等現(xiàn)象產(chǎn)生,這是由于磨粒具有很大的負(fù)前角和切削刃鈍圓半徑;又由于是微粉磨粒,因此具有微刃性;同時(shí),又由于砂輪經(jīng)過(guò)精細(xì)修整,磨粒在砂輪表面上具很好的等高性,因此其切削機(jī)理比較復(fù)雜,可分析有以下幾種現(xiàn)象:
(1)切屑形成分布在砂輪表面上比較高(突出)且比較鋒利的磨粒,能獲得足夠大的磨削深度,可以形成切屑,且能看到切屑離開(kāi)工件表面時(shí)由于氧化和燃燒所產(chǎn)生的火花。
(2)耕犁分布在砂輪表面卜不夠突出和鋒利的磨粒不能形成切屑,只能在工件表面上劃出犁溝,在犁溝兩邊形成隆起,會(huì)影響表面粗糙度。
(3)滑擦分布在砂輪表面上的有些磨粒,其突出高度和鋒利程度很低,不能形成切屑和耕犁,只能在工件表面上產(chǎn)生滑動(dòng)和摩擦,由于磨削速度很高,將產(chǎn)生磨削熱,造成熱塑性流動(dòng),影響表面質(zhì)量。
(4)擠壓和塑性變形分布在砂輪上的有些磨粒,凸出高度很小,且無(wú)刃口,只能擠壓被加工表面的輪廓尖峰,使其產(chǎn)生塑性變形而趨于平坦和光滑,從而改善了表面粗糙度。
(5)彈性破壞在晶體結(jié)構(gòu)材料中,有晶格缺陷存在,一般在大約l林。的間隔內(nèi)就有一個(gè)位錯(cuò)缺陷。由于金剛石微粉砂輪超精密磨削時(shí),其加工應(yīng)力的作用范圍是在位錯(cuò)缺陷平均l可隔(1林m)以內(nèi),因此會(huì)產(chǎn)生原子級(jí)或分子級(jí)的彈性破壞,這種破壞不會(huì)產(chǎn)生塑性變形和殘留變質(zhì)層,但對(duì)表面微觀結(jié)構(gòu)有影響。
目前超硬磨料是指金剛石和立方氮化硼,超硬磨料砂輪的修整一直是一個(gè)難題。
超硬磨料砂輪的修整一般分為整形和修銳兩個(gè)過(guò)程。
整形是使砂輪達(dá)到一定的尺寸和幾何形狀,通常在砂輪產(chǎn)品出廠時(shí)進(jìn)行,但在砂輪使用時(shí)由于安裝在磨床主軸上有安裝誤差,如砂輪外圓與磨床主軸不同心或其端面與磨床主軸不垂直等、則必須進(jìn)行整形。另外,要進(jìn)行成形磨削時(shí)也需要進(jìn)行整形。整形要求有一定精度的尺寸和幾何形狀,而且有較高的效率。
修銳主要是使金剛石磨粒突出而形成切削刃和容屑空間,以便于磨削,因?yàn)榻饎偸浅S玻渌牧虾茈y加工它,因此修銳主要是去除金剛石磨粒周?chē)慕Y(jié)合劑,使其裸露,如果去除得太多,則金剛石磨??赡苊撀洌羧コ賱t可能不能形成切刃和足夠的容屑空間,通常以露出三分之一為宜。修銳過(guò)程中也可能有些金剛石磨粒會(huì)產(chǎn)生破碎而形成新刃,與所用修銳方法有關(guān)。
普通砂輪修整時(shí),通常整形和修銳是一步完成的,在修整時(shí)其磨粒主要是被破碎而形成新刃,因此其修整機(jī)理有所不同。
超硬磨料砂輪的修整方法很多,現(xiàn)介紹幾種有實(shí)效的常用修整方法:
(1)碳化硅(G)C杯形砂輪磨削法修整器安裝在磨床工作臺(tái)上,修整時(shí),杯形砂輪軸線與被修整砂輪軸線垂直,杯形砂輪沿被修整砂輪圓周的切線方向作往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng),并在每一往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中,當(dāng)杯形砂輪與被修整砂輪脫開(kāi)時(shí),在垂直方向進(jìn)行一定量的吃刀。這種修整方法比較實(shí)用,但杯形砂輪損耗較大,其修整機(jī)理是靠修整時(shí)碳化硅杯形砂輪的脫落磨粒起研磨作用去除金剛石磨粒周?chē)慕Y(jié)合劑。杯形砂輪修整法是由日本東北大學(xué)莊司克雄教授提出的。
(2)電解修整法砂輪接正極,在其與負(fù)電極之間通以電解液。通電時(shí),電流由支架經(jīng)電刷傳人砂輪,從而產(chǎn)生電解作用,通過(guò)電化學(xué)腐蝕去除砂輪上的金屬結(jié)合劑而達(dá)到修銳效果。這種方法可在線修銳,裝置簡(jiǎn)單,修銳質(zhì)量好,受到廣泛應(yīng)用,但只能修銳金屬結(jié)合劑的金剛石砂輪,且需要專(zhuān)配的防腐蝕電解液以免銹蝕機(jī)床。電解修整法是由日本物理化學(xué)研究所大森整教授提出的,稱(chēng)為電解在線修銳,英文縮寫(xiě)為EHD(Electrolytie in一proeess dressing)。
(3)電火花修整法電源提供直流電,砂輪接正極,修整器接負(fù)極,形成正極性加工。由于砂輪是旋轉(zhuǎn)的,故要通過(guò)電刷將電源接到砂輪軸上再傳至砂輪。這種修整方法既可整形,又可修銳,同時(shí)可用于在線修整,工作液可直接用磨床的磨削液,方法簡(jiǎn)單方便,應(yīng)用廣泛,但只適用于金屬結(jié)合劑砂輪。我國(guó)清華大學(xué)制造工程研究所在這方面做了不少工作,是一個(gè)很有前途的金剛石微粉砂輪修整方法。
(4)砂帶磨削法采用剛玉、碳化硅砂帶修整金剛石微粉砂輪是利用砂帶帶基的軟質(zhì)材料的彈性來(lái)去除金剛石磨粒周?chē)慕雍蟿┒M(jìn)行修銳,是一種軟彈性修整法,簡(jiǎn)稱(chēng)彈性修整法。這種方法可用于各種結(jié)合劑的金剛石砂輪,修整效果較好,但在整形時(shí)效率較低,用于修銳較好。我國(guó)清華大學(xué)制造工程研究所在這方面也做了不少工作。