高速深磨(HSDG)工藝中關鍵應用技術的研究與開發(fā).pdf

1、工程陶瓷具有高強度、高硬度、高耐熱性、高耐磨性、高耐腐蝕性等優(yōu)異特性，在工業(yè)領域中的應用日益廣泛。然而，它的高硬度和高脆性也給其加工帶來了很大困難，也因此加工成本比普通金屬材料顯著增加。磨削是工程陶瓷的主要加工工藝，磨削成本在整個加工成本中占了絕大部分份額。因此，提高磨削效率，可極大地降低加工成本。 近幾十年來，對于高速超高速磨削所帶來的技術優(yōu)勢和經(jīng)濟效益，人們給予了充分的注意和重視。砂輪線速度的提高能夠大大地減小單磨粒未變形切

2、屑厚度，進而減小磨削力，改善加工表面質量，提高材料磨除率，實現(xiàn)高效加工。高速深磨(High Speed Deep Grinding，簡稱HSDG)工藝是其主要形式之一，它集高的砂輪線速度和大切深于一體，既能達到高的金屬切除率，又能保證加工表面高質量的一種加工工藝。然而，工程陶瓷的硬脆難加工特性也給高速深磨技術帶來了新的難題：加工中大磨削力與高磨削溫度使加工條件急劇惡化，砂輪磨損因此加劇，進而發(fā)生鈍化并漸失切削性能，加工質量也隨之惡化。因

3、此，在工程陶瓷的高速深磨過程中，保證砂輪磨粒始終處于穩(wěn)定的切削狀態(tài)顯得尤為重要。文獻分析和研究表明，在線電解修銳(Electrolytic in-process dressing，簡稱ELID)技術是保持磨粒切削穩(wěn)定的有效方式，但是，將ELID技術應用于工程陶瓷的高速深磨(即高速深磨ELID)時，由此導致的一系列新問題亟待解決。這一系列問題的關鍵是如何提高工程陶瓷粗磨砂輪的ELID效率，并保持砂輪在高速深磨中的切削穩(wěn)定性。此外，在高速深

4、磨時，砂輪線速度的強化了磨削區(qū)附近的氣障，從而影響到磨削液的有效注入，使磨削溫度升高，進而影響磨削環(huán)境和加工質量。 本課題針對以上問題，重點研究了工程陶瓷等硬脆難加工材料高速深磨所必需的三項關鍵技術，即金屬結合劑金剛石砂輪的整形技術、在線電解修銳(ELID)技術和磨削液注入技術，所取得的成果總結如下： 1)針對較粗粒度的金屬結合劑金剛石砂輪無法單純依靠電火花整形來實現(xiàn)整形的問題，本文提出了砂輪電火花一機械復合整形法。先利

5、用電火花整形法去除砂輪偏心部分的金屬結合劑，降低其對砂輪磨粒的把持強度；再以機械整形法去除偏心部分突出的磨粒。如此交替采用電火花與碳化硅滾輪對砂輪進行整形，直至砂輪達到整形精度要求為止。以此方法對100/120＃青銅結合劑金剛石砂輪進行整形試驗，試驗結果表明它能夠有效地解決較粗粒度金屬結合劑砂輪的整形效率低的問題，整形精度可提高到6μm左右。 2)為改善ELID預修銳階段的效率問題，本文增加了機械預修銳環(huán)節(jié)，以及時去除電解預修銳

6、在砂輪表面所形成的氧化膜，恢復電解能力，從而使砂輪磨粒的突出高度盡快達到最佳切削高度。此外，本文還以砂輪磨粒突出高度保持不變?yōu)榭刂茥l件，建立了ELID穩(wěn)定磨削階段的控制模型，從而解決了工程陶瓷高速深磨ELID磨削時砂輪表面很難形成致密連續(xù)氧化膜而引起磨削過程不穩(wěn)定的難題。 3)針對工程陶瓷高速深磨ELID磨削時ELID效率低下的問題，本文開發(fā)了封閉式電解陰極，并以此為核心構建了高速深磨ELID磨削試驗平臺，包括磨床、砂輪、電解裝

7、置、電源等部分；還對電解液的成膜性能進行了研究，開發(fā)出適用于青銅結合劑砂輪的ELID專用電解液。封閉式陰極與傳統(tǒng)式陰極電解預修銳對比試驗表明采用封閉式電解陰極可獲得較高的電解電流，尤其是在砂輪線速度為150m/s時分別采用兩陰極的電流差值可達1.1A，這充分表明了封閉式電解陰極在高速超高速磨削中的作用效果。 4)對氧化鋯陶瓷分別進行高速深磨ELID與非ELID高速深磨工藝試驗，試驗結果表明ELID技術的應用增加了砂輪表面的有效磨