超硬磨料砂轮的激光修整新技术

1、机，制造业中。磨1加作为种重要加工方法，其应用极其广泛。随着磨削机床的广泛应用，砂轮无论在使用的质量上，还是在数量上都上了个台阶。为了提高砂轮的耐用度，延长砂轮的使1用寿命，年代后期出现超硬材料磨料砂轮超硬村料磨料砂轮具有更高的磨削精度和更稳定的磨削性能，闪此超硬材料磨料砂轮圮砂轮的发展趋势1.超硬材料磨料的成分有5125，02，金刚石等高硬度村料。但是，超硬村料磨料砂轮的钝化也是+可避免的，研允人已采用备种方法付已钝化砂轮修整分两道工序整形与修锐。整形是指付砂轮工作面进厅微+切削，使砂轮3达到所要求的几何形状误差，并使磨粒尖端微细破碎，形成锋利磨刃的过程；修锐是指除去磨粒间的部分结合剂降低结

2、合剂的高度，使磨粒凸出结合剂之外，形成切削刃，同时产生足够的4容肩空间的过程。传统的修整方法有油石法刚玉块切入法磨削法挤扎法电解法等。90年代以来，国内外磨床市场上出现了些先迸的修整装置。从形式上可分为单点多点修整金刚滚轮修整5金刚碟修整，双轴联动修整端面修整等3这，方法对普通砂轮的修整比较有效，但对于超硬材料磨料砂轮会出现以缺点工效低，般均不是在线修整；2修整工具损耗大，且修整1几的形状6误差很容易复映到工件上去；可操作性差，般只能对砂轮作定性的修整，而不能作定量的修整；适用的条件窄。例如电解法仅适合于金屈结合剂的砂轮。而+适合尸非金属结介剂的砂轮。7且仅能用于修锐，不能用于整形；难以实现修

3、整拉制的自动化不能形成足够的容屑空问。解决超硬材料磨料砂轮修整问的难度，往往大于开发超硬材料磨料砂轮的难度，需要付出更大进各8种超硬村料磨料砂轮修整的新途径，其中激光修整砂轮法是种极有前途的方便快捷高效高质超硬材料磨料砂轮修整方法4.整技术进行了研宄，初步获得了各种参数影响砂轮修整效果的规9律，分析产生了激光修整砂轮的堆90年代以来，国内些重点院校纷纷做了些激光修锐实验，验证了激光修锐机理，获取了部分参数付修锐效果的影响规律。这些实验是利用旧入0固体激10光器或，2激光器产生的脉冲激光束修锐的，并用扫描电镜观察修锐前后砂轮面的维形貌，依此分析了砂轮修说的效汜。部分实验室采用了磨削实验测量磨削力

4、来判定砂轮修锐的效果，这11使得砂轮修锐效果的判定更精确更实用化；但同时也增加了实验的难度，这是因为磨削实验测量磨削力往往需要大量的磨削行程，费时费力。因此，些学者还提出了便捷的刻划试验法，用12于判定砂轮修锐实验的效1这种方法迎过工件和砂轮片的相对刻划，对不同扫描条件刻划时的切向力与法向力之比进分析此力比可以有效地反映砂轮片的切削性能。2激光修整砂轮的基本13原理与特点激光修锐原理4利用光学系统把激光束聚焦成极小的光斑，塍肝砂轮，1极短的瞬间内使砂轮局部面的结合剂材料熔化气化。在相同的激光作用时间内，由于超硬磨粒与结合剂14材料要的激光功率比结合剂材料高几个数量级。通过控制激光加工参数，可以

5、有选择性地除结合剂材，量的多少，而不损伤超硬磨粒，使磨粒突出，并在砂轮的面形成容屑空间，从而达到15修锐的目的，如激光修整原理2在激光修锐的基础上，进步提高激光束的功率密度，激光光束会使砂轮面局部区域上瞬间产生更高的温度此高温不，会使砂轮的结合剂材料溶化气化，而且16还会在砂轮的磨粒上熔化成微坑痕纹路，这就是修整。激光修整过程包括激光修锐与激光整形两个部分。激光整形是指激光付磨粒的微加工过枵采用激光修整砂轮具有以下的优点5激光照17射区域小，可以节省砂轮材料；激光修整砂轮过程中没有使用大的机械力，因此尤适合于磨削过程中在线修整；很容易在磨床上设计激光修整砂轮装置，包括激光源光学系统与控制系统；

6、18冷却液的存在并不严重影响激光修整砂轮激光修整砂轮具有修整速度快，工效高，易实现自动化；通过焦距的改变，可以有选择地除去砂轮上阻塞的工件材料；不存在修具钝化报废的情况19，具有可重复利用性增大砂轮面激光作用结合剂深度可以延长砂轮的寿命。3砂轮修整的效果分析评价砂轮磨削性能的常用指标砂轮的锐度磨削力砂轮的面粗糙度。砂轮的锐度是指金属去20除率与磨削力之比的斜率。为了避免1件烧伤，砂轮必须保持定的锐度。修整砂轮可以提高砂轮的锐度。磨削力！5是考察磨削性能的重要参数，它起源！工件砂轮接触后引起的弹性变21形塑性变形切削形成，以及磨粒和结合剂与工件面之间的摩指作，它几乎。所有的磨削参数关系，因而磨削

7、力在定程度上反映了修整后砂轮的性能与效果。通常，砂轮越锐利，磨削力就越22人。磨削力可分解为相互垂直的个分力沿砂轮切向的沿砂轮径向的法向力，以及沿砂轮轴向的轴向摩擦力较小，般不考虑。由于砂轮磨粒具有较大的负前角，所以法向力大于切向力，通常23凡又被称为磨削力比，般磨削力比在1.53之间。磨削力比与砂轮的锐利程度有直接关系。砂轮的面粗糙度反映了砂轮面的粗糙程度。砂轮的面粗糙度值越小，则依照复映规律，磨削后24工件的面粗糙度值也越小7.与普迎砂轮磨削法修锐超硬磨粒砂轮相比。激光修锐的超硬磨粒砂轮具有良好的磨削性能，在相同磨削条件下，磨削陶瓷时的磨削力约降低10 15.激光25修锐的金刚石砂轮磨削陶

8、瓷时，磨削力削初期，磨削材料去除率为3个单位体积时，磨削力较大，这是由于磨削初期，经修锐过的砂轮局部面存在着结合剂的高点与磨粒面粘有的附着物增26加磨除的材料体积入1203砂轮测得的磨削力与面粗糙度其他修锐条件相同。从3中可以看出用低功率密4.0父1冒1激光修锐的砂轮具有较低的面粗糙度位。但磨削力较高。用高功27率密度6.0101贾激光修锐的砂轮具有较小的磨削九但面粗糙度值较高由此可以得出高功率密度激光并不是，想的修整工具，但适合于粗修。金刚石修锐过的砂轮产生的磨削力面粗糖28度与6.0101激光修锐的砂轮基本相近。随着磨削过程的继续，若干磨削行程后，激光修锐过激光器种类的影响；激光束的波长为

9、1.，640激光柬的波长为10.6力=砂轮村料29对光的吸收程役与光的长有关系，般波长短的，材料对光的吸收程度高9.因此，目前修整砂轮时人，激光机用得较多人0激光机另个优点是体积小，价格略低于同功率，2激光机，便于30设计成小型的激光修整装置。，激光模式的影响激光修整砂轮时。特别是修锐砂轮。并不希望激光作1区中心温度过高，而边缘度过低，因此宜采用多模激光。激光脉冲占空比频率的影响31从理论上讲，占空比直接影响到激光脉冲峰值和导通时间，必然会对扫描效果产生不同程度的影响。实验也证明了随着占空比的，大，砂轮片面逐渐变得稂植，占空比大，则修锐效果更132.与占空比相比，频率的影响更加显著。随着频率的

10、增高，砂轮片的面粗糙度值降低。频率越高，修锐效果越碧激光功率对砂轮修整效果的影响激光功率圮激光的主矣数之，光束的功率密33度12是影响砂轮修整效果从接的植，在砂轮修整中，光束的功率密度必须适中。功率密度过小会影响修整效率，功率密度过大会影响磨粒的性能。通过激光器描金刚石砂轮片发现激光器34的激光功率在时，金刚石砂轮片的颜色逐渐变。1在达到600，砂轮片开始燃烧叭激光修整砂轮时，要的功率密度要比激光修锐砂轮，要的功率密度大=激光修整进给速35度对砂轮修整效果的影响激光修整的进给速度将影响到砂轮上面材料对激光束能量吸收程度，进给，度越小。砂轮面材料对激光束能量吸收得越充分；进给速度越大，砂轮上面材

11、料对激光36束能量吸收得越不充分。12的激光在不同修整进给速度时的磨削力磨削力。且从2中还可发现磨削力在很长时间内保持稳定。这说明激光修锐过的砂轮几有较大的磨粒欠出高度容削空间37内稳定提面糊造度值较低。4砂轮佟整效果的影响因素较低的面粗糙度值采用激光修锐4.0101识2；其他激光参数的影响如光斑直径离焦量等，尚有待研究。以上所有激光参数对修38整效果的影响可认为是通过功率密度来间接影响的，5.5激光修整砂轮技术研究的不足目前，激光修整砂轮技术尚处于实验室研宄阶段。要达到商品化的推广应必须解决好以下几个口激39光修整砂轮技术中参数的优化问，以及激光1参数付修整效果的综合影响规律，仍有待子去研宄

12、。这也足目前激光修整砂轮技术的不足；2解决好千磨与湿磨的差异问，带磨削液与不带磨40削液的砂轮在线修整所遵循的规律应该是有差异的，这点尚无进步研究的资料；3激光修整砂轮技术走应用化，必须同时配套研宄计算机控制技术；激光修整砂轮技术的可靠性有待去论证41捉尚5由于激光器的价格昂贵，维护比较困难，企业用户的支持力不高，也是激光修整砂轮技术推广6结，语超硬磨料砂轮具有卓越的磨削性能，抗磨损能力远远超过普通磨料砂轮，超硬42磨料砂轮磨削是磨削工业的发展趋势1.但是超硬磨料砂轮在安装与使用钝化后的修整十分困难，这已成为世界性的技术难。激光修整砂轮技术具有很多独特的优点，使得将来的磨床将广43泛使用这项技术。同时，激光修整砂轮技术将朝着检测处理控制体化方向发展，这也是磨床实现智能化的个重要步骤与巨大飞跃。I孙大涌主编。先进制造技术。北京机械工业出版社。244000.2任敬心。康仁科，史兴宽编篆难加工材料的磨削。北京国防工业出版社，1999.3谢铁，张具。从4520型看中小型无心磨床发展方向。磨床与磨削，199914康仁45科，原京庭等。超硬磨料砂轮的