应用超硬大磨粒金刚石砂轮实现BK7光学玻璃的超精密磨削

首先以91μm磨粒杯形铜基金刚石砂轮作为修整器并结合砂轮在线电解修锐技术(ELID,Electrolytic in- process dressing)对151μm磨粒电镀镍基单层金刚石砂轮进行精密高效的修整。在最佳的修整参数下,同时应用测力仪对两个砂轮间磨削力进行监测,并应用共轴光学位移检测系统对砂轮表面状态进行在位监测,151μm砂轮的回转误差被减小至1～2μm范围,同时砂轮上所有金刚石磨粒被修整出平坦表面并拥有恒定的圆周包迹,此时砂轮达到最佳工作状态。然后应用被良好修整的砂轮对光学玻璃BK7进行磨削加工。磨削试验结果和亚表层完整度评价结果表明新开发的大磨粒金刚石砂轮修整技术的可行性,也验证大磨粒金刚石砂轮只要经过精密修整是可以应用于光学玻璃的延展性超精密磨削加工的,并能实现纳米级的表面粗糙度,显示出大磨粒金刚石砂轮在加工难加工材料和硬脆材料中的良好应用前景。     

单层钎焊金刚石砂轮的修整实验研究

为满足单层钎焊金刚石砂轮高效精密加工的性能要求,对磨粒有序排布单层钎焊金刚石砂轮的修整进行了实验研究。采用磨粒有序排布的钎焊金刚石修整工具对钎焊砂轮进行了修整,该修整方法通过修整工具粒度的变化以及修整速比的调整来控制砂轮形貌,从而使氧化锆的磨削表面粗糙度达到了精密加工的水平。对砂轮形貌进行了观测统计,数据表明,砂轮磨粒的等高性得到明显改善且避免了磨粒端部的严重钝化。     

电镀金刚石砂轮高效精密修整及熔融石英磨削试验研究

大尺寸光学玻璃元件主要采用细磨粒金刚石砂轮进行精密/超精密磨削加工,但存在砂轮修整频繁、工件表面面形精度难以保证、加工效率低等缺点。采用大磨粒金刚石砂轮进行加工则具有磨削比大、工件面形精度高等优点,然而高效精密的修整是其实现精密磨削的关键技术。采用Cr12钢对电镀金刚石砂轮(磨粒粒径151 μm)进行粗修整,借助修整区域聚集的热量加快金刚石的磨损,可使砂轮的回转误差快速降至10 μm以内。结合在线电解修锐技术,采用杯形金刚石修整滚轮对粗修整后的电镀砂轮进行精修整,砂轮的回转误差可达6 μm以内,轴向梯度误差由6 μm降至2.5 μm。通过对修整前后的金刚石砂轮表面磨损形貌成像及其拉曼光谱曲线分析了修整的机理。对应于不同的砂轮修整阶段进行熔融石英光学玻璃磨削试验,结果表明,砂轮回转误差较大时,工件材料表面以脆性断裂去除为主;随着砂轮回转误差和轴向梯度误差的减小,工件表面材料以塑性去除为主,磨削表面粗糙度为Ra19.6 nm,亚表层损伤深度低至2 μm。可见,经过精密修整的大磨粒电镀金刚石砂轮可以实现对光学玻璃的精密磨削。     

钢结硬质合金的ELID高效磨削实验研究

在基于大量实验的基础上,对磨削钢结硬质合金时磨削力的变化规律进行了详细分析,并将磨削力、磨削表面粗糙度与普通磨削进行了比较.结果表明,采用铸铁结合剂金刚石砂轮进行ELID磨削时磨削力几乎不随时问的变化而变化,而采用普通磨削方式进行磨削时的磨削力随时间的变化不断增大,在线电解修整使砂轮在磨削过程中始终保持良好的磨削性能,有利于节省砂轮修整时间,提高加工效率.在ELID磨削中,采用微细砂轮进行磨削可以获得很低的表面粗糙度,实现了对钢结硬质合金的超精密镜面磨削.     

单层钎焊金刚石砂轮的精密修整及效果评价

单层钎焊金刚石砂轮作为一种新型的磨削工具,具有磨粒固结强度高、磨粒出露大、容屑空间大等优点,比较适合高效率大切深的强力磨削,然而这种工具对高性能的脆性材料的精密磨削却比较困难。本文通过两种精密的修整工艺,使得加工表面质量大大提高。通过观察砂轮磨粒形态的变化可知,磨粒在修整过程中存在有磨损钝化、破碎、表面粘附等现象;通过对砂轮轮廓的激光测量可知,砂轮的磨粒等高性在修整过程中是明显改善的。通过修整磨粒粒径300μm的钎焊砂轮磨削氧化锆的表面粗糙度达到了Ra0.2μm。     

ELID精密镜面外圆磨削技术的应用

在线电解修整（ELID）精密镜面磨削有效地实现了许多难加工材料的平面精密加工和高效加工。本文介绍了ELID磨削技术在精密镜面外圆磨削上的应用。通过采用金属基超硬磨料砂轮在线电解修整对硬质合金,碳化硅陶瓷进行精密镜面外圆磨削,得到了表面粗糙度Ra=0.025-0.0028μm的加工表面。     

ELID精密镜面外圆磨削技术的应用

在线电解修整(ELID)精密镜面磨削有效地实现了许多难加工材料的平面精密加工和高效加工.本文介绍了ELID磨削技术在精密镜面外圆磨削上的应用.通过采用金属基超硬磨料砂轮在线电解修整对硬质合金、碳化硅陶瓷进行精密镜面外圆磨削,得到了表面粗糙度Ra=0.025～0.028μm的加工表面.     

多孔钎焊砂轮的制备及SiC陶瓷磨削试验研究

基于模压成形和真空固相烧结工艺,选用Cu-10Sn结合剂、经氧化预处理的TiH2钎焊造孔剂、MBD8金刚石磨粒,制备出磨粒把持力大、孔隙分布均匀的多孔钎焊金刚石砂轮（PBDGW）。开展PBDGW与多层钎焊金刚石砂轮（MBDGW）的SiC陶瓷磨削对比试验,从磨削力、工件表面粗糙度和表面/亚表面形貌等方面分析砂轮的磨削性能。试验结果表明：与MBDGW相比,PBDGW磨削SiC陶瓷的切向力下降了8.4%～23.6%、法向力下降了10.2%～38.6%,磨削加工表面粗糙度平均降幅为10.4%;工件表面完整性较好,表面/亚表面的脆性断裂、微观裂纹等缺陷较少。     

基于放电修锐的粗金刚石砂轮干式镜面磨削技术

为解决超硬金刚石砂轮修锐效率较低以及环境友好性等问题，采用干式接触放电修锐(ECD)技术对粗金刚石砂轮进行修锐，获得较高的磨粒出刃，可以实现硬质合金和模具钢等高强高硬材料的高效精密镜面磨削加工。对46#金属结合剂粗金刚石砂轮进行机械修锐和干式ECD修锐，再利用修锐后的粗金刚石砂轮对硬质合金和模具钢进行干式轴向磨削加工，对比分析两种修锐条件下磨削工艺参数对硬质合金干磨削力、磨削表面粗糙度和磨削力比的影响。实验结果表明：硬质合金的干式轴向磨削力及其表面粗糙度随砂轮速度的增大而减小，随进给速度和切削深度的增大而增大；与机械修锐相比，干式ECD修锐能够获得更高的磨粒出刃和更好的表面质量，以及更小的磨削力和磨削力比；硬质合金和模具钢的干磨削表面粗糙度Ra分别可达0.058μm和0.022μm。     

砂轮表面形貌定量评价及修整效果研究

基于砂轮表面磨粒出刃面积,提出砂轮表面磨粒出刃面积率Sr的概念,在此基础上提出磨粒出刃度βd和磨粒出刃面积分散度δs两个指标来评价砂轮表面形貌特征。用滚轮修整器对树脂结合剂金刚石砂轮进行修整实验,分析了不同修整方式、修整深度和修整速比对βd和δs的影响。采用修整后的砂轮进行磨削实验,分析了不同特征参数的砂轮对磨削力和工件表面粗糙度的影响。研究结果表明,采用较小的修整深度、较小的修整速比,多次进给修整砂轮时,磨粒出刃度高、磨粒出刃面积分散度小,修整效果好。当βd为69.35%、δs为1 000 μm2时,磨削力、表面粗糙度最小,表明砂轮磨削性能最好,证明修整质量最高。因此所提出的βd、δs两个指标能对修整后的砂轮表面形貌进行有效评价,且磨粒出刃面积的检测方法简单,检测效率较高。     

ELID超精密磨削钢结硬质合金及其表面质量分析

运用铁基结合剂金刚石砂轮与专用高频脉冲电源相配合,对钢结硬质合金（ＧＴ３５）进行在线电解修整（ＥＬＩＤ）精密磨削。分析了ＥＬＩＤ超精密镜面磨削异相非均质材料钢结硬质合金表面的磨削机理,并通过原子力显微镜对其表面进行了微观表面形貌的分析。     

Ni—Cr合金Ar气保护炉中钎焊金刚石砂轮的研究

用活性行钎料钎焊单层金刚石砂轮与传统电镀砂轮相比具有磨锋利，寿命长等优异性能。利用Ar气谷护炉中钎焊的方法，用Ni-Cr合金粉末做钎料，迁当控制钎焊温度，保温时间和冷却速度，实现了金融石与钢基体的牢固连接，利用扫描电镜和X射线能谱，结合X射线衍射结构分析，发现在钎焊过程中Ni-Cr合金中的Cr元素分离出在金刚石界面形成富Cr层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr3C2和Cr7C3，这是实现合金与金刚石有较高结合强度的主要因素，重负荷磨削实验表明金刚石为正磨损，没有整颗金刚石脱落。     

基于新型金刚石砂轮的Al2O3陶瓷磨削性能

利用粉末注射成形和真空钎焊技术制备了一种新型金刚石砂轮,制备的新型金刚石砂轮具有金刚石把持力大、金刚石微刃有序排布等特点。进行了基于新型金刚石砂轮的Al2O3陶瓷磨削性能研究。实验结果表明：相对于普通树脂结合剂金刚石砂轮,新型金刚石砂轮磨削Al2O3陶瓷的加工表面形貌完整性较好,宏观裂纹和表面损伤相对较少;表面粗糙度较小,当进给速度为40mm/s、磨削深度为40μm时,加工表面粗糙度Ra在0.68μm左右;在相同实验条件下,新型金刚石砂轮的磨削力减小了12%~17%,磨削温度降低了80~120℃。     

金刚石微粉烧结棒与杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮的对比试验研究

以反映砂轮平面度的端面跳动变化率和径向跳动变化率作为修整效率的评价依据,以插齿刀的齿形精度和齿面精度作为修整效果的评价依据,从试验和实际加工出的插齿刀齿形两方面对金刚石微粉烧结棒和杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮进行了对比试验研究。结果表明,杯形砂轮的修整效率高于金刚石微粉烧结棒的修整效率;杯形砂轮修整的碟形金刚石砂轮具有较高的磨削能力。     

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石界面微结构分析

钎焊单层超硬磨料砂轮极高的结合强度和接近理想的锋利形貌 ,使它在生产应用中显示出传统砂轮无法比拟的优异性能。这种新型超硬磨料砂轮以其卓越的磨削性能必将逐步取代传统单层电镀砂轮。本文在真空炉中用钎焊的方法 ,用Ni Cr合金钎料 ,适当控制钎焊温度、保温时间和冷却速度 ,实现了金刚石与钢基体的高强度连接。并用深腐蚀的方法处理钎焊后的试样 ,用扫描电镜、X 射线能谱仪 ,结合X 射线衍射结构分析 ,对金刚石与钎料界面微区结构进行了分析。结果表明 :在钎焊过程中 ,钎料会在金刚石界面形成富铬层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C3 和Cr3 C2 ,其中Cr7C3 呈笋状生长 ,Cr3 C2 呈片状生长。Ni Cr合金与金刚石的冶金结合 ,是实现金刚石和钢基体有高结合强度的主要因素。最后通过磨削对比实验确证了金刚石与钎料有较高的结合强度     

钎焊单层金刚石砂轮的实验研究

单层高温钎焊超硬磨料砂轮具有传统砂轮和电镀砂轮无法比拟的优异磨削性能。利用高频感应钎焊的方法,以Ag-Cu合金和Cr粉为钎料,在一定的钎焊工艺条件下进行了实验研究,实现了金刚石与钢基体间的牢固化学冶金结合。扫描电镜分析发现在Ag-Cu-Cr与金刚石的界面之间形成CrC,与钢基体结合界面之间形成(FexCry)C,这是实现合金层与金刚石及钢基体之间都有较高结合强度的主要因素,并在相同的磨削参数条件下与电镀砂轮进行了对比实验,取得了较好的结果。     

垂直式超硬砂轮圆弧修整器设计与砂轮修整

针对圆弧形超硬砂轮修整难度大、修整精度低的问题，对树脂结合剂圆弧形金刚石砂轮进行了精密修整研究。设计制造了一种垂直式超硬砂轮圆弧修整器，通过修整试验研究了不同粒度的圆弧形砂轮在修整前后表面粗糙度、弧形精度、圆度、表面形貌的变化情况。砂轮修整前后对氮化硅陶瓷轴承套圈沟道进行了磨削，并测量了磨削后的轴承套圈沟形精度。研究结果表明：相比修整前，修整后砂轮表面粗糙度平均值由1.731 8 μm减小至0.772 4 μm，减小了55.4%；弧形精度平均值由33.604 7 μm减小至8.527 6 μm，减小了74.6%，修整后4个砂轮的弧形精度更加稳定，且随着砂轮粒度的减小，弧形精度略有减小趋势；砂轮圆度平均值由43.721 μm减小至18.002 μm，减小了58.8%，修整使大量新的磨粒露出。所设计的垂直式超硬砂轮圆弧形修整器可对圆弧砂轮进行精密修整，可改善圆弧形砂轮的弧形精度及圆度，修整后砂轮磨削的轴承套圈沟形精度得到了大幅提高。     

传动机构齿轮精密制造技术中硬质合金插齿刀磨削用碟形金刚石砂轮修整试验研究

重点研究了传动机构齿轮精密制造技术中,硬质合金插齿刀磨削用碟形金刚石砂轮的内侧进给、外侧进给和交替进给修整方式,对砂轮整形精度的影响规律,进一步分析了不同进给方式修整后的碟形砂轮磨制硬质合金插齿刀时,对插齿刀齿形精度的影响,同时采用粉末冶金棒、GC杯形砂轮、D/GC杯形砂轮3种修整方法,修整碟形金刚石砂轮,与原有修整方法进行对比试验,使修整后的碟形砂轮磨制整体硬质合金插齿刀而获得的齿形精度,分别提高了2.3倍、2.6倍和5.3倍。