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金属结合剂金刚石砂轮具有结合强度高,刚性大,耐磨性好,使用寿命长等特点,被普遍用于精密磨削和超精密磨削。但是传统的金属结合剂金刚石烧结砂轮都为密实型,存在自锐性差、容易堵塞、使用之初和磨损后的整形和修锐困难,磨削效率低等问题。金属结合剂金刚石多孔砂轮将陶瓷结合剂多孔砂轮的孔隙结构引入金属结合剂砂轮,使砂轮的修整修锐能力得到改善,同时扩大了砂轮的容屑空间,提高了砂轮的使用性能。目前国内对金属结合剂金刚石多孔砂轮的研究还比较少,对磨削力和磨削温度的实验研究还未见相关报道,而磨削力和磨削温度是影响砂轮磨削性能以及工件表面粗糙度的重要因素。本课题主要通过测定金属结合剂金刚石多孔砂轮的磨削力、磨削温度以及工件表面粗糙度等,对不同孔隙率砂轮磨削不同材料的匹配性进行研究分析。
对多孔金刚石砂轮的磨削试验结果表明:
①相同孔隙率的细粒度砂轮磨削G603的磨削力最小,磨削枫叶红的次之,磨削氧化铝陶瓷的最大;磨削G603时,细粒度砂轮的磨削力要小于微粉砂轮的磨削力,而磨削枫叶红或氧化铝陶瓷时,微粉砂轮的磨削力要小于细粒度砂轮的磨削力。
②细粒度砂轮磨削G603、枫叶红和沙安娜时,在切深较小时,沙安娜的磨削温度较高,枫叶红的磨削温度次之,而G603的磨削温度最低;当切深达到一定值时(如本实验的4μm),枫叶红的温度反而最高,沙安娜的磨削温度小于枫叶红的磨削温度,但略高于G603的磨削温度;微粉砂轮磨削这三种材料时,沙安娜的温度最高,枫叶红的次之,G603的温度最低,且它们的温度差值随着磨削深度的增加而增大。
③磨削G603时,孔隙率为38%的砂轮Ⅱ比孔隙率为24%的砂轮Ⅰ具有较大的力比;磨削枫叶红时,则是砂轮Ⅰ比砂轮Ⅱ具有较大的力比,但是这种差距随着切深的增大而逐渐变小;磨削氧化铝陶瓷时,当切深小于3μm时,砂轮Ⅱ的力比大于砂轮Ⅰ;而当切深大于4μm时,则是砂轮Ⅰ的力比大于砂轮Ⅱ。
④磨削G603时,24%孔隙率的砂轮Ⅰ的磨削比能比38%孔隙率的砂轮Ⅱ大,而当材料为枫叶红或氧化铝陶瓷时,砂轮Ⅰ的磨削比能反而比砂轮Ⅱ小。同一砂轮磨削不同工件材料时,磨削G603的磨削比能最小,磨削枫叶红的次之,磨削氧化铝陶瓷的最大。磨削G603和枫叶红时,磨削比能随磨削时间的延长增加很少,而磨削陶瓷时,磨削比能随磨削时间的延长有比较大幅度的增大。
⑤磨削G603、枫叶红和沙安娜时,细粒度多孔砂轮的磨削温度随着孔隙率的增加而降低;微粉多孔砂轮在孔隙率小于38%之前磨削温度也是随着孔隙率的增加而降低,而当孔隙率大于38%后,磨削温度反而随着孔隙率的增加而升高;同样孔隙率的砂轮,细粒度砂轮的磨削温度要低于微粉砂轮的磨削温度。
⑥用不同孔隙率的微粉砂轮进行磨削试验,磨削后工件的表面粗糙度值均较大。相对于G603和枫叶红,磨削氧化铝陶瓷后工件表面的粗糙度值较小,可以达到0.21μm,但还达不到精密加工的要求。
SEM观察结果显示,磨削后的G603表面由连成一片的凹坑构成,而枫叶红和氧化铝陶瓷的表面相对比较平整。