金剛石砂輪的激光修整技術(shù)

人氣：144發(fā)表時間：2018-12-20【大中小】

   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，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，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。因而，各國學(xué)者競相開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。實驗證明激光對不同結(jié)合劑砂輪進(jìn)行修銳時存在一個合適的修銳參數(shù)范圍，在這個范圍內(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，如果激光功率密度足夠高，可以同時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，通過合理調(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)合劑對激光的實際吸收率可達(dá)0.7以上，樹脂結(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，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)者通過在激光加工機(jī)上分別對黃銅和樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行激光修整試驗。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，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。樹脂結(jié)合劑為高分子材料，無固定熔點，受熱后軟化或熔融，一般溫度超過350°C就會發(fā)生碳化分解，樹脂結(jié)合劑表面的局部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其分解溫度，樹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，無修整工具的磨損，熱作用區(qū)域小。實驗證明，通過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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