CN110774160A

CN110774160A - 一种磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法

Info

Publication number: CN110774160A
Application number: CN201911113057.1A
Authority: CN
Inventors: 崔仲鸣; 庄召鹏; 王星; 赫青山; 周宝仓
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2020-02-11

Abstract

本发明属于磨削技术领域，公开了一种磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法，微细超硬磨料砂轮精密磨削过程中辅以带有超细粒度的磨粒液射流，利用超硬磨料、普通磨料和结合剂三者之间的强度差别对磨削过程中的微细超硬磨料砂轮工作表面进行在线修锐和微细磨削刃等高性修整，在微细超硬磨料砂轮锋利等高性磨削刃的磨削作用下实现超精密磨削。本发明实现了对微细超硬磨料砂轮磨削刃的修锐和等高性修整，有效解决微细磨料砂轮表面磨削刃的在线修锐和磨削微刃等高性修整的技术难题，对提高磨削加工表面的质量有积极作用。本发明具有明显的先进性，对推动磨削加工技术的发展具有显着的学术和实际应用价值。

Description

一种磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法

技术领域

本发明属于磨削技术领域，尤其涉及一种磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

磨削是一种加工精度高加工方法，一直是精密超精密加工的有效手段。随着科学技术进步，人们对零件的加工精度和表面质量要求越来越高，采用磨削方法进行材料的精密超精密加工，与其他精密超精密加工方法相比，具有加工能力强、精度高、效率高和适应范围广等优点，因此，精密超精密磨削一直是精密超精密加工技术的重要发展方向之一。目前在超精密磨削中使用微细超硬磨料砂轮是一个发展方向，但是，由于磨削过程比较复杂、影响因素多，要实现精密超精密磨削加工往往会受到很多因素的影响与制约，如磨削砂轮堵塞、磨削刃不等高、磨削力、磨削热、材料、环境以及砂轮磨损等，其核心问题是如何在微细超硬磨料砂轮表面形成锋利等高的磨削微刃。因此，要实现微细超硬磨料砂轮超精密磨削的关键是必须解决砂如何实现轮表面微细磨刃锋利和等高性的技术难题。目前有效的超精密磨削方法很少，并且实现条件要求苛刻、装备复杂，这种现状制约着精密超精密磨削技术的发展。因此，寻找新的更简单有效的精密超精密磨削方法，不但对于促进磨削技术向更高水平发展具有重要的意义，也是磨削加工领域一直追求的目标。

综上所述，现有技术存在的问题是：

要实现精密超精密磨削的主要技术核心之一是砂轮必须具有等高性的磨削微刃，目前能够实现超精密磨削的方法主要有ELID超硬磨粒砂轮超精密磨削和普通磨料砂轮微细修整超精密磨削两种。ELID微细超硬磨料砂轮超精密磨削原理是通过在线电解修锐使砂轮表面的微细磨料被修锐具有锋利的磨削刃和等高性，但是其磨削条件要求高，要求具有导电适合电解的砂轮、专用的电解电源、特殊的电解磨削液和修整电极等，因此实施需要复杂的工艺装备。普通砂轮微细修整超精密磨削由于普通磨料硬度低，磨削能力弱，应用领域受到很大限制。

解决上述技术问题的意义：

本发明方法，在磨削过程中利用超硬磨料、普通磨料和结合剂三者之间的强度差别，采用超微细磨料液射流辅助作用可以有效实现对微细超硬磨料砂轮的表面磨削刃的修锐和等高性修整，不需要砂轮具有导电性或特殊的结合剂，只需在现有的磨削装置上增加射流辅助装置，相比上述其它的微细超硬磨料超精密磨削方法具有工艺装备简单，应用方便的优点。为微细超硬磨料超精密磨削提供了新的方法，具有明显的创新性、良好的应用潜力和商业价值。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法。

本发明是这样实现的，一种磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法，所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法包括：

所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法利用带有超细粒度的磨粒液射流，在微细超硬磨料砂轮磨削过程中通过砂轮高速旋转带动超细粒度磨粒液射流对微细磨料砂轮工作表面进行在线修锐和微细磨削刃高性修整，在微细超硬磨料砂轮表面形成等高锋利的微磨削刃，从而实现超精密磨削。

所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法具体包括以下步骤：

步骤一，在磨床上装夹固定被加工工件，利用具有微细粒度的超硬磨料砂轮采用往复磨削方式对被加工工件进行磨削，同时在磨削弧区沿砂轮旋转方向送入混合有超细粒度的普通自由磨粒液；

步骤二，在磨削弧区的超细自由磨粒在砂轮高速旋转拖拽挤压作用下获得磨削能力；

步骤三，获得磨削能力的超细普通自由磨粒持续作用于微细超硬磨料砂轮表面的结合剂和磨料，利用超硬磨料、普通磨料和结合剂三者之间的强度差别通过去除结合剂使砂轮表面磨粒裸露一定高度，实现对砂轮表面的在线修锐，并去除不等高的磨料实现对微细磨削刃的等高性修整，在微细磨粒砂轮表面形成微细磨削刃，微细超硬磨料砂轮利用这些等高性微细磨削刃对工件进行超精密磨削；

步骤一中，所述具有微细粒度的超硬磨料砂轮包括：

所述超硬磨料砂轮为陶瓷或树脂或金属结合剂的超硬磨料砂轮，所述微细超硬磨料砂轮的超硬磨料粒度范围是w15-w0.5。

步骤一中，所述加工工件包括但不限于金属、陶瓷类材料。

步骤一中，所述超细粒度的普通自由磨粒液具体包括：

所述自由磨粒液中的普通磨粒为刚玉或碳化硅磨料，粒度大小为微细超硬磨料砂轮的微细超硬磨料粒径的1/5-1/3倍；

所述超细自由磨粒液成分为加入分散剂的水基液中加入一定浓度的超细普通磨料的固液混合体；

所述超细自由磨粒液，所述固液混合体中超细普通磨粒成分浓度的体积百分比为2-20％。

本发明另一目的在于提供一种实施所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法的磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削装置。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明有效的解决了微细超硬磨料砂轮超精密磨削中的在线修锐和微细磨刃等高性修整问题，相对现有技术具有突出的实质性创新和显著的进步。

本发明在磨削过程中超细自由磨粒液射流对微细砂轮进行在线修锐，有效实现了对微细超硬磨料砂轮磨削刃的修锐和等高性修整，可以有效解决微细磨料砂轮表面磨削刃的在线修锐和磨削微刃等高性修整的技术难题，对提高磨削加工表面的质量有积极作用。与目前的微细超硬磨料砂轮精密磨削方法相比具有磨削装备和工艺简单、成本低和磨削能力强的优点。本发明是一种加工能力强、质量高、装备工艺简单的超精密磨削方法，具有明显的先进性，对推动磨削加工技术的发展具有显着的学术和实际应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的超细磨粒射流辅助微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法流程图。

图2是本发明实施例提供的超细磨粒射流辅助微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法原理图。

图中：1、微细超硬磨料砂轮；2、被加工工件；3、超细粒度的普通自由磨粒液。

图3是本发明实施例提供的磨削中微细超硬砂轮磨削刃的在线修锐、等高性修整及磨削过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

目前能够实现超精密磨削的方法主要有ELID超硬磨粒砂轮超精密磨削和普通磨料砂轮微细修整超精密磨削两种。ELID微细超硬磨料砂轮超精密磨削原理是通过在线电解修锐是砂轮表面的微细磨料被修锐具有锋利的磨削刃和等高性，但是其磨削条件要求高，要求具有导电适合电解的砂轮、专用的电解电源、特殊的电解磨削液和修整电极等；普通砂轮微细修整超精密磨削由于普通磨料硬度低，磨削能力弱，应用领域受到很大限制。因此，为了满足超精密加工发展需要，迫切需要开发新的超精密磨削方法。

为解决上述技术问题，下面结合附图对本发明作详细说明。

本发明实施例提供的磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法包括：

所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法利用带有超细粒度的磨粒液射流，对微细超硬磨料砂轮工作表面进行在线修锐和微细磨削刃等高性修整，在微细超硬磨料砂轮表面形成微细磨削刃，微细超硬磨料砂轮利用这些等高性微细磨削刃实现对工件的超精密磨削。

如图1所示，本发明实施例提供的磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法具体包括以下步骤：

S101，在磨床上装夹固定被加工工件，利用具有微细粒度的超硬磨料砂轮采用往复磨削方式对被加工工件进行磨削，同时在磨削弧区沿砂轮旋转方向射入混合有超细粒度的普通自由磨粒液。

S102，磨削弧区的超细自由磨粒在砂轮高速旋转拖拽挤压作用下获得磨削能力。

S103，获得磨削能力的超细普通自由磨粒作用于磨削区，微量去除砂轮表面结合剂，对微细超硬磨料砂轮工作表面进行在线修锐和微细磨削刃等高性修整，在微细超硬磨料砂轮锋利等高性磨削刃的磨削作用下实现对工件材料的超精密磨削。

步骤S101中，本发明实施例提供的具有微细粒度的超硬磨料砂轮包括：

所述超硬磨料砂轮为陶瓷或树脂或金属结合剂的超硬磨料砂轮，所述微细超硬磨料砂轮的超硬磨料粒度是w15-w0.5。

步骤S101中，本发明实施例提供的加工工件包括但不限于金属、陶瓷类材料。

步骤S101中，本发明实施例提供的自由磨粒液具体包括：

所述自由磨粒液中的超细普通磨粒为刚玉或碳化硅磨料，粒度大小为微细超硬磨料砂轮的超硬磨料粒径的1/5-1/3倍。

所述超细自由磨粒液成分为加入分散剂的水基液中加入一定浓度的超细普通磨料的固液混合体。

步骤S103具体包括：获得磨削能力的超细普通自由磨粒持续作用于微细超硬磨料砂轮表面的结合剂和磨料，通过去除结合剂使磨粒裸露一定高度，实现对砂轮表面的在线修锐，并通过去除不等高的磨料实现对微细磨削刃的等高性修整，在微细磨粒砂轮表面形成微细磨削刃，微细超硬磨料砂轮利用这些等高性微细磨削刃对工件进行超精密磨削。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例：

超细磨粒射流辅助微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法和原理如图2所示，微细超硬磨料砂轮1为陶瓷、树脂或者金属结合剂超硬磨料砂轮，是采用微细超硬磨料和结合剂制成的固结式磨具，粒度范围为w15-w0.5。所述工件2，即被加工工件，其材质可以是金属或者陶瓷。所述超细普通自由磨粒液3为含有超细碳化硅或刚玉磨料的加入分散剂的水基磨削用冷却液，超细普通自由磨粒粒径大小范围为所述微细超硬磨料砂轮的超硬磨料粒径的1/5-1/3倍，磨粒液中磨粒浓度范围为体积比的2-20％，根据要求的磨削条件确定。

在磨床上装夹固定所述被加工工件2，微细超硬磨粒砂轮1与被加工工件2在轻微接触磨削，所述微细超硬磨料砂轮1的旋转方向Vs方向是固定不变的，所述被加工工件2的进给运动V_w方向为往复运动。在微细超硬磨料砂轮1和被加工工件2的接触磨削弧区沿砂轮旋转方向射入含有超细粒度的普通自由磨粒液3，在磨削弧区的超细普通自由磨粒在砂轮高速旋转拖拽挤压作用下获得磨削能力，这些获得磨削能力的超细普通自由磨粒作用于微细超硬磨料砂轮表面的结合剂和磨料，通过去除砂轮1表面多余结合剂使砂轮表面磨粒裸露合适高度实现对砂轮表面进行在线修锐，并去除不等高磨料使砂轮表面磨料形成等高性磨削微刃，具有等高性磨削微刃的微细超硬磨料砂轮1实现对被加工工件2的超精密磨削；

在本发明实施例中，所述磨削中微细超硬砂轮磨削刃的在线修锐、等高性修整及磨削过程如图3所示，超细磨粒射流辅助微细磨料砂轮超精密磨削过程分四个阶段。

第一阶段，为原微细超硬磨料砂轮。

第二阶段，微细超硬磨料砂轮在超细普通自由磨粒射流辅助下先与工件轻微接触磨削。

第三阶段，被送入磨削弧区的超细普通自由磨粒液，在所述微细超硬磨料砂轮高速旋转产生的拖拽挤压作用下获得能量。这些超细普通自由磨粒作用于微细超硬磨料砂轮表面的结合剂将砂轮表面磨料周围多余的结合剂修掉，使磨料露出一定高度，实现对微细超硬磨料砂轮进行在线修锐。同时砂轮表面个别突出的不等高微细超硬磨料在超细自由磨粒流的作用下以脱落的形式被修掉，从而实现对砂轮表面磨削刃的等高性修整，使砂轮表面具有等高性的微细磨料磨削刃。这一过程在磨削过程中一直循环进行，维持超硬磨料砂轮表面的在线修锐和微磨削刃等高性，保证了微细超硬磨料砂轮的超精密磨削能力。

在本发明实施例中，本发明的超细磨粒射流辅助微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法，由于在磨削中采用了超细自由磨粒液射流对微细超硬磨料砂轮表面进行了在线修锐和磨削微刃的等高修整，使微细超硬磨料砂轮表面形貌在磨削过程形成了锋利且具有等高性的磨削微刃，并能够自始至终保持，使微细超硬磨料砂轮能够对材料进行超精密微细磨削，有效的解决了目前微细超硬磨料砂轮磨削过程中砂轮表面堵塞和微细磨削刃不等高的问题。与目前的微细超硬磨料砂轮磨削相比具有磨削装备和工艺简单、成本低和磨削能力强的优点。因此，磨粒射流辅助微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法是一种加工能力强、质量高、装备工艺简单的超精密磨削方法，具有明显的先进性，对推动磨削加工技术的发展具有显着的学术和实际应用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法，其特征在于，所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法包括：

利用带有超细粒度的普通磨粒液射流将超细自由磨粒射入磨削区，通过高速旋转的微细超硬磨料砂轮拖拽挤压，利用超硬磨料、普通磨料和结合剂三者之间的强度差别超细普通磨粒微量去除砂轮表面多余结合剂，对微细超硬磨料砂轮工作表面进行在线修锐和微细磨削刃的等高性修整，微细超硬磨料砂轮利用修锐后的等高性微细磨削刃对工件进行超精密磨削。

2.如权利要求1所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法，其特征在于，所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法具体包括以下步骤：

步骤一，在磨床上装夹固定被加工工件，利用具有微细粒度的超硬磨料砂轮采用往复磨削方式对被加工工件进行磨削，同时在磨削弧区沿砂轮旋转方向射入混合有超细粒度的普通自由磨粒液；

步骤三，获得磨削能力的超细普通自由磨粒持续作用于微细超硬磨料砂轮表面的结合剂和磨料，利用超硬磨料、普通磨料和结合剂三者之间的强度差别通过去除结合剂使砂轮表面磨粒裸露一定高度，实现对砂轮表面的在线修锐，并去除不等高的磨料实现对微细磨削刃的等高性修整，实现在微细磨粒砂轮表面形成微细磨削刃，微细超硬磨料砂轮利用这些等高性的微细磨削刃对工件进行超精密磨削。

3.如权利要求2所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法，其特征在于，步骤一中，所述具有微细粒度的超硬磨料砂轮包括：

4.如权利要求2所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法，其特征在于，步骤一中，所述加工工件包括金属、陶瓷类材料。

5.如权利要求2所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法，其特征在于，步骤一中，所述超细自由磨粒液具体包括：

所述自由磨粒液中的普通磨粒为刚玉或碳化硅磨料，粒度大小为微细超硬磨料砂轮的超硬磨料粒径的1/5-1/3倍。

6.如权利要求2所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法，其特征在于，步骤一中，所述超细自由磨粒液成分为加入分散剂的水基液中加入一定浓度的超细普通磨料的固液混合体；

7.一种实施权利要求1～6任意一项所述磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法的磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削装置。