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鄭州晶品超硬工具有限公司
工廠：鄭州市中原西路竹川工業(yè)區(qū)
運(yùn)營：鄭州市明理路266號木華廣場
電話：0371-5600 9088
官微：晶品工具
郵箱：zjp@zzjpgj.com
聯(lián)系人：鄭先生 朱女士
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| 鄭州晶品轉(zhuǎn)載：超硬磨料砂輪超聲振動修整新進(jìn)展 |
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的延伸，加工手段的不斷提高，一些難加工材料越來越多地應(yīng)用在航空、航天、汽車電子、光學(xué)及儀器儀表這些尖端領(lǐng)域中，例如陶瓷、光學(xué)玻璃、半導(dǎo)體、人工晶體及單晶硅。這些硬脆材料具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性以及高溫、高強(qiáng)度等優(yōu)良性能，具有較高的加工附加值。由于其超光滑表面的使用性能要求，在各種加工方法中，磨削加工成為硬脆材精密加工最有效的方法，在硬脆材料精密高效磨削加工中，對超硬磨料如金剛石和立方氮化硼砂輪的需求越來越大，其用量以每年約10%的速度增長。為了確保精密高效的磨削，理想的砂輪應(yīng)具有均勻性、磨粒等高性和鋒利性等特征。在磨削過程中。砂輪的表面形貌極大限制了其在高性能硬脆材料的精密加工中的使用。要解決這些問題，保證精密加工的正常進(jìn)行，必須經(jīng)常進(jìn)行修整。超硬磨料砂輪存修整時(shí)間長、修整難度大，修整效低等特點(diǎn)。因此高效高質(zhì)量的修整技術(shù)日益成為實(shí)現(xiàn)埂脆材料高效精密和超精密磨削的關(guān)過技術(shù)之一。
砂輪的修整實(shí)際上分為整形和修銳兩個過程，整形就是改變砂輪的宏觀形狀，使砂輪達(dá)到要求的幾何形狀和尺寸精度，并使磨粒尖端微細(xì)碎成鋒利的磨刃。修銳則是為了改變砂輪磨粒的突出高度和形成必要的容屑宦間。使砂輪具有最佳磨削能力。
目前，超硬磨料砂輪常用的高效修整方法有很多，比如ELID在線電解修整、電火花砂輪修整、杯型砂輪修整、激光砂輪修銳、噴射壓力修銳、磁粉研蝕修銳和超聲振動整等技術(shù)，也有把兩種及其以上修整技術(shù)復(fù)合在一起的，如電火花-化學(xué)修整、電火花-超聲修整等。盡管這些方法在一定程度上提高了修整效率，減少了砂輪的損耗，改善了磨削質(zhì)量，但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，低加工成本、高效能等要求越來越高，這些方法存在不同的局限性。ELID磨削技術(shù)能夠在線電解修整金屬基超硬磨料砂輪，始終保持磨粒在磨削過程中的鋒利狀態(tài)，防止砂輪鈍化和堵塞，特別適合硬脆材料的加工。但是設(shè)備復(fù)雜昂貴，影響了該方法的推廣應(yīng)用。電火花修整精度很高，但修整效很低，且需專門的設(shè)備。操作不易掌握。GC杯形砂輪修整即可整形，也可同時(shí)修銳，但修整工具耗損嚴(yán)重。激光修整作為一種非接觸修整技術(shù)，修整時(shí)無機(jī)械作用力，不會造成磨粒的機(jī)械損傷和脫落，易于實(shí)現(xiàn)自動化，但是，這種方法投資大，對環(huán)境及防護(hù)要求也很高。
1、超聲波振動修整新進(jìn)展
超聲加工是指給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動進(jìn)行振動加工的方法。自20世紀(jì)60年代起，振動切削加工開始飛速發(fā)展，作為精密機(jī)械加工和難加工材料加工中的一種技術(shù)，它已經(jīng)滲透到各個加工領(lǐng)域，出現(xiàn)了各種復(fù)合加工方法。在此基礎(chǔ)上，超聲振動整的研究有了很大發(fā)展，具有良好的效果，修整后的砂輪磨削力和磨削溫度降低，材料去除率提高，被加工材料的表面質(zhì)量有了改善，且砂輪磨損臧少而壽命延長。超聲振動修整后的砂輪表面形貌有了很大改善，能夠滿足精密磨削要求。修整后的砂輪工作表面磨削刃密度較低，磨粒之間有足夠的間隔和突出高度，磨粒切削刃大而鋒利。對于超精密加工而言，還應(yīng)考慮到磨粒等高性要求。在現(xiàn)有的砂輪修整方法中，超聲振動修整法對于控制砂輪工作表面形貌非常有效，相對于普通車削修整法有四個參數(shù)參與的節(jié)砂輪工作表面形貌，超聲修整法通過改變超聲振動的頻率和振幅，可以實(shí)現(xiàn)對磨粒切削刃間距的調(diào)節(jié);改變修整頭對磨粒沖擊角度，可以調(diào)節(jié)磨粒切削刃的形狀。超聲振動修整砂輪，不僅從運(yùn)動學(xué)上改變了原有的修整條件，而且在動力學(xué)上也使修整條件發(fā)生了變化。
1.1超聲波振動修整機(jī)理
超聲波振動整的裝置包括超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿和整器。超聲振動修整機(jī)理是由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲正弦波電信號，然后傳輸給電能一機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置，即換能器。變換成超聲頻的機(jī)械振動信號，由于此信號振幅較小，經(jīng)變幅桿放大后驅(qū)動金剛石修整器。超聲振動修整過程中。修整筆頭部的運(yùn)動軌跡在砂輪徑向?yàn)橐徽仪�，相當(dāng)于在普通修整運(yùn)動基礎(chǔ)上疊加振幅為A、頻率為f的修整運(yùn)動。修整過程中，當(dāng)修整深度小于振幅時(shí)，修整筆與砂輪表面間斷接觸，砂輪表面保留一部分原普通修整后的表面;當(dāng)修整深度大于振幅時(shí)，修整筆與砂輪表面保持接觸，砂輪表面形成銳利尖峰。這種超聲振動修整方式在整形同時(shí)，也可獲得修銳效果。修整筆在砂輪表面沿徑向方向超聲頻振動，同時(shí)沿軸向移動，結(jié)果在砂輪表面形成軸密周疏的組構(gòu)特點(diǎn)。
1.2超聲波振動修整的分類
目前，超聲振動修整可以分為金剛石筆輔助修整和游離磨料超聲修整，同時(shí)根據(jù)振動形式不同可以分為一維振動修整和二維橢圓振動峰整。
1.2.1金剛石筆輔助修整
金剛石筆輔助修整是在單點(diǎn)和多點(diǎn)金剛石筆車削修整法的基礎(chǔ)上附加超聲振動，從而提高了修整后砂輪的磨削性能，并且可以在整形的同時(shí)進(jìn)行修銳。
修整一般在車床上進(jìn)行，砂輪裝置一端依靠主軸雞心卡來夾持，尾部則利用頂尖固定旋轉(zhuǎn)。砂輪按照一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，振動裝置固定在刀架上，依靠小拖板軸向進(jìn)給。修整時(shí)金剛石筆切人砂輪表面并沿砂輪軸向進(jìn)給，同時(shí)，金剛石筆在振動裝置的驅(qū)動下進(jìn)行有規(guī)律的振動，這相當(dāng)于車床的振動車削，對于超硬磨料砂輪，采用金剛石筆通車削修整只能整形，不能修銳，且修整的砂輪表面較光滑，唐削性能差，形狀及尺寸精度較低。但振動修整時(shí)，修整筆具有優(yōu)良的切削性能，能夠很好的改善砂輪的微觀形貌，在一定的條件下，在完成整形的同時(shí)完成對磨粒的修銳。在振動修整方式下，磨粒呈現(xiàn)明顯的軸密周的效果，磨粒突出高度大，等高性好。這種表面可以在基本保證工件表面光潔度的前提下改善砂輪的特性，降低磨削熱和功率消耗。提高砂輪的壽命。
關(guān)于超聲振動的形式，有學(xué)者研究出超聲波橢圓振動切削能夠顯著提高切削加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而提高切削加工質(zhì)量。橢圓超聲振動的引人的確使切削過程產(chǎn)生了根本性的變化，帶來了一系列優(yōu)良的工藝效果。而單一縱振動源驅(qū)動的橢圓超聲振動結(jié)構(gòu)的開發(fā)也解決了振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、調(diào)整困難和不利于生產(chǎn)應(yīng)用等缺點(diǎn)。高國富針對金屬結(jié)合劑金剛石砂輪存在修整精度和修整效率低、修整設(shè)備昂貴、使用維護(hù)不便等問題，提出了橢圓超聲波輔助機(jī)械修整新技術(shù)。
橢圓超聲振動輔助金剛石筆切削修整法的修整系統(tǒng)采用尖筆金剛石筆，金剛石筆修整運(yùn)動軌跡為橢圓，修整深度處于不斷變化之中，表面材料去除機(jī)理主要以結(jié)合劑延性去除以及磨粒微破碎為主。不同于普通超聲振動切削過程中僅金剛石筆前刀面與切屑分離，橢圓超聲振動修整中金剛石筆后刀面也與砂輪表面分離，從而延長金剛石筆的壽命。橢圓超聲振動修整方式對于金屬結(jié)合劑砂輪既可完成整形，又可達(dá)到修銳效果。
1.2.2游離磨料超聲修整
采用游離磨料進(jìn)行超聲修整的裝置如圖3所示。變幅桿輸出端連接修整板，修整板與金剛石砂輪之間有一定間隙，在此間隙中注入混油磨料。修整板在變幅桿驅(qū)動下做彎曲振動，迫使位于接觸區(qū)域內(nèi)的磨粒直接撞擊砂輪表面。超聲波在波面處造成極大的壓強(qiáng)梯度，一方面使磨粒破碎，另一方面也增加了磨料對結(jié)合劑的切削和研蝕作用。同時(shí)，混有磨料的液體在超聲波聲壓的拉壓作用下會在液體內(nèi)持續(xù)形成空腔并在瞬間產(chǎn)生脈沖爆炸。雖然這種爆炸力的宏觀作用不大，但就微觀區(qū)域而言，爆炸時(shí)所產(chǎn)生的微觀壓強(qiáng)很大，因此空腔的爆炸會產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞作用，即所謂的空壓作用。懸浮液產(chǎn)生的強(qiáng)烈的空壓作用促使懸浮液滲入金剛石砂輪表面的細(xì)微裂紋中，進(jìn)一步加劇結(jié)合劑的碎除作用。這種超聲振動修整的不足之處是只能修銳，不能整形。
2、結(jié)束語
砂輪的整形方法很多，在一定程度上解決了砂輪的堵塞和磨損問題，提高了磨削效率，保證了磨削過程的可靠進(jìn)行。但隨著實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)用性、便利性、高效、精密等要求的提高，修整技術(shù)的研究正在向低成本、高效、自動化方向發(fā)展。
超聲振動修整是在普通修整的基礎(chǔ)上疊加了振動修整，改善了修整過程中修整裝置復(fù)雜、砂輪壽命低、磨損快磨削性能差的不良狀態(tài)，但修整參數(shù)仍需進(jìn)一步優(yōu)化，提高砂輪修整的可靠性。修整過程中由于負(fù)載的變化降低了振動的穩(wěn)定性，不可免地影響了修整效果，因此，應(yīng)當(dāng)考慮合理的修整參數(shù)，可靠的修整工藝，穩(wěn)定的修整裝置，從而避免修整過程中的不穩(wěn)定因素，使振動修整達(dá)到最佳狀態(tài)。
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