高速深磨(HSDG)工藝中關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)的研究與開發(fā).pdf

1、工程陶瓷具有高強(qiáng)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(lǐng)域中的應(yīng)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(gè)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(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)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(jìn)而減小磨削力，改善加工表面質(zhì)量，提高材料磨除率，實(shí)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(dá)到高的金屬切除率，又能保證加工表面高質(zhì)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(shù)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(jìn)而發(fā)生鈍化并漸失切削性能，加工質(zhì)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(xiàn)分析和研究表明，在線電解修銳(Electrolytic in-process dressing，簡稱ELID)技術(shù)是保持磨粒切削穩(wěn)定的有效方式，但是，將ELID技術(shù)應(yīng)用于工程陶瓷的高速深磨(即高速深磨ELID)時(shí)，由此導(dǎo)致的一系列新問題亟待解決。這一系列問題的關(guān)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(shí)，砂輪線速度的強(qiáng)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(jìn)而影響磨削環(huán)境和加工質(zhì)量。 本課題針對以上問題，重點(diǎn)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，即金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的整形技術(shù)、在線電解修銳(ELID)技術(shù)和磨削液注入技術(shù)，所取得的成果總結(jié)如下： 1)針對較粗粒度的金屬結(jié)合劑金剛石砂輪無法單純依靠電火花整形來實(shí)現(xiàn)整形的問題，本文提出了砂輪電火花一機(jī)械復(fù)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(jié)合劑，降低其對砂輪磨粒的把持強(qiáng)度；再以機(jī)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(jìn)行整形，直至砂輪達(dá)到整形精度要求為止。以此方法對100/120＃青銅結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行整形試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明它能夠有效地解決較粗粒度金屬結(jié)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(yù)修銳階段的效率問題，本文增加了機(jī)械預(yù)修銳環(huán)節(jié)，以及時(shí)去除電解預(yù)修銳

6、在砂輪表面所形成的氧化膜，恢復(fù)電解能力，從而使砂輪磨粒的突出高度盡快達(dá)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(shí)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(shí)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(gòu)建了高速深磨ELID磨削試驗(yàn)平臺(tái)，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(jìn)行了研究，開發(fā)出適用于青銅結(jié)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(yù)修銳對比試驗(yàn)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(shí)分別采用兩陰極的電流差值可達(dá)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(jìn)行高速深磨ELID與非ELID高速深磨工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明ELID技術(shù)的應(yīng)用增加了砂輪表面的有效磨