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金剛石砂輪的激光修整技術(shù)

人氣:144發(fā)表時(shí)間:2018-12-20【
 
   金剛石砂輪因具有優(yōu)異的磨削性能、抗磨損能力強(qiáng)等特點(diǎn),在工程陶瓷、光學(xué)玻璃、硬質(zhì)合金等難加工材料的磨削加工中得到了廣泛應(yīng)用。但它具有極高的硬度,修整非常困難,在一定程度上限制了金剛石砂輪的應(yīng)用。采用普通砂輪磨削法、游離磨料研磨法等機(jī)械方法修整金剛石砂輪時(shí),存在修整效率低、成本高、操作環(huán)境惡劣,且昂貴的金剛石磨料損耗嚴(yán)重等明顯缺點(diǎn)。因而,各國(guó)學(xué)者競(jìng)相開(kāi)展金剛石砂輪修銳技術(shù)的研究,得出激光修整新技術(shù)應(yīng)用于金剛石砂輪的修銳是可行的。
    學(xué)者利用CO2連續(xù)激光器進(jìn)行了激光修銳樹(shù)脂結(jié)合劑和黃銅結(jié)合劑金剛石砂輪,并在三維數(shù)字顯微鏡觀察激光作用前后金剛石砂輪表面的微觀形貌,對(duì)激光作用下砂輪表面不同結(jié)合劑材料的去除機(jī)理進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)證明激光對(duì)不同結(jié)合劑砂輪進(jìn)行修銳時(shí)存在一個(gè)合適的修銳參數(shù)范圍,在這個(gè)范圍內(nèi),激光修銳可以獲得較好的效果。
    用激光修整金剛石砂輪時(shí),如果激光功率密度足夠高,可以同時(shí)去除砂輪表面的金剛石磨粒和結(jié)合劑材料,達(dá)到整形砂輪的目的。另一方面,金剛石磨料與結(jié)合劑材料的光學(xué)和熱物理性能相差較大,利用激光可控制性好的特點(diǎn),通過(guò)合理調(diào)整激光加工參數(shù),可以選擇性地去除砂輪表面的結(jié)合劑材料,使金剛石磨粒具有一定的突出高度,達(dá)到修銳砂輪的目的。由于金剛石對(duì)激光的吸收率一般在 0.1~0.3,黃銅和鑄鐵等金屬結(jié)合劑對(duì)激光的實(shí)際吸收率可達(dá)0.7以上,樹(shù)脂結(jié)合劑激光吸收率可達(dá)0.9以上。所以,激光照射在砂輪表面時(shí),砂輪結(jié)合劑要比金剛石磨粒吸收更多的激光能量。此外,金剛石和結(jié)合劑材料在熱物理性能方面的差別很大。因此,可以通過(guò)控制激光參數(shù)選擇性地去除砂輪表面的結(jié)合劑材料,而不損傷金剛石磨粒,使砂輪表面具有一定的磨粒突出高度和容屑空間。
    學(xué)者通過(guò)在激光加工機(jī)上分別對(duì)黃銅和樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行激光修整試驗(yàn)。利用三維數(shù)字顯微鏡觀察激光作用前后金剛石砂輪表面的微觀形貌。發(fā)現(xiàn)在激光作用下,對(duì)于黃銅結(jié)合劑而言,當(dāng)材料表面溫度升到稍低于其蒸發(fā)溫度時(shí),固態(tài)金屬首先熔化,繼而出現(xiàn)氣相,金屬蒸氣攜液相一起噴出。激光作用停止后,部分濺出的液相金屬形成再結(jié)晶的球狀物附著在砂輪表面,熔化而未濺出的液相金屬在凹坑周圍形成再結(jié)晶層。樹(shù)脂結(jié)合劑為高分子材料,無(wú)固定熔點(diǎn),受熱后軟化或熔融,一般溫度超過(guò)350°C就會(huì)發(fā)生碳化分解,樹(shù)脂結(jié)合劑表面的局部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其分解溫度,樹(shù)脂材料以氣化形式被去除。激光修銳后的砂輪表面單顆金剛石磨粒形狀完整,未產(chǎn)生損傷,且具有較大的磨粒突出高度和容屑空間。激光修整技術(shù)為非接觸加工,無(wú)修整工具的磨損,熱作用區(qū)域小。實(shí)驗(yàn)證明,通過(guò)合理選擇激光修銳參數(shù)范圍可以獲得較好的激光修銳效果。

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