[发明专利]一种采用金刚石纤维微切削进行砂轮形貌重构的方法

说明书

技术领域

本发明属于磨削加工技术领域，尤其涉及一种采用金刚石纤维微切削进行砂轮形貌重构的方法。

背景技术

磨削加工是一种应用广泛的零件精加工方法，既适合于金属材料如淬硬钢、模具钢等难加工金属材料的加工，也适合于硬质合金、陶瓷、光学玻璃等硬脆材料的加工。然而，由于磨削加工的磨削比能高、冷却液无法进入磨削区域，容易导致磨削区域温度高，造成工件不同程度的磨削热损伤(表面氧化、烧伤、残余应力、和裂纹)，这必然会影响零件的抗磨损性能与抗疲劳性能，从而影响零件的使用寿命和工作可靠性。如何降低磨削温度、降低磨削热损伤一直是人们研究的热点。

有学者提出了径向开槽砂轮，这种砂轮可以进行断续磨削，能够使磨削液有效进入磨削去改善散热条件。一种内冷式砂轮在磨削加工时冷却效果较好，避免了工件损伤，提高加工质量，但其砂轮结构及供液装置都比较复杂；有学者采用单点金刚石在砂轮表面加工出微沟槽，发现砂轮表面微沟槽有助于冷却液进入磨削区，从而降低磨削温度。但是，采用单点金刚石划痕的加工方法加工效率低，该方法无法在实际生产中得到广泛的推广应用。近年来也出现了利用超短脉冲激光烧蚀的方法在砂轮圆周表面加工微织构，但是激光设备昂贵，并且加工的织构较浅，对磨削区的冷却效果改善有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用金刚石纤维微切削进行砂轮形貌重构的方法，旨在解决现有技术提供的砂轮形貌重构的方法，不能有效地降低磨削区温度及磨削热损伤，较易造成工件不同程度的磨削热损伤、影响工件的抗磨损性能与抗疲劳性能、加工成本较高的问题。

本发明是这样实现的，一种采用金刚石纤维微切削进行砂轮形貌重构的方法，该采用金刚石纤维微切削进行砂轮形貌重构的方法包括以下步骤：

步骤1，采用激光切割PDC片或CVD金刚石片制备金刚石纤维，将金刚石纤维均匀排布并用热固性树脂固定，制成矩形的切削单元；

步骤2，采用热固性树脂将切削单元固定在径向开槽的圆盘形夹具的通槽内，并使各切削单元的金刚石纤维在圆盘形夹具中的径向突出高度保持一致，径向高度误差控制在10μm以内；

步骤3，将装有金刚石纤维的圆盘形夹具装在旋转轴上，旋转轴由可精确控制旋转轴转速的伺服电机驱动，制备砂轮微织构形貌重构切削装置；

步骤4，将砂轮微织构形貌重构切削装置固定在磨床工作台上，将砂轮通过法兰装在磨床主轴上，通过综合控制磨床进给量、磨床主轴与砂轮微织构形貌重构切削装置主轴转速比，在砂轮圆周表面加工不同微织构。

在本发明实施例中还可以采用以下技术方案：

在步骤1中，采用激光切割PDC片或CVD金刚石片制备金刚石纤维时，金刚石纤维的宽度为0.05-1mm，厚度为0.5-2mm；

将金刚石纤维均匀排布并用热固性树脂固定，制成矩形的切削单元时，每个切削单元的金刚石纤维数量为1-100个，金刚石纤维的间距为0.05-2mm。

在步骤2中，采用热固性树脂将切削单元固定在径向开槽的圆盘形夹具的通槽内，并使各切削单元的金刚石纤维在圆盘形夹具中的径向突出高度保持一致，径向高度误差控制在10μm以内，金刚石纤维周向均布的数量为1-100个，相邻切削单元内的金刚石纤维沿轴向错开0-0.8mm。

在步骤4中，通过综合控制磨床进给量、磨床主轴与砂轮微织构形貌重构切削装置主轴转速比，在砂轮圆周表面加工不同微织构时，需通过精确控制砂轮与砂轮微织构形貌重构切削装置主轴的转速比，转速比为5-100，使得砂轮旋转中金刚石纤维加工的微织构位置能重合；通过控制磨床垂直进给量改变加工微织构的深度，微织构深度为0.05-0.2mm，控制磨床主轴的轴向进给改变微织构沿砂轮轴向的排布，控制磨床主轴与砂轮微织构形貌重构切削装置的转速比改变微织构沿砂轮周向的排布。

设砂轮的半径为R，圆盘形夹具的半径为r，金刚石纤维片径向伸出圆盘形夹具的通槽的高度为h，金刚石纤维微刃点切削刀具的切削深度为a，由此得切削刃与砂轮的接触角为：

当砂轮与砂轮微织构形貌重构切削装置相对运动时，设砂轮微织构形貌重构切削装置的主轴转速为n_t，则角速度ω_t＝2πn_t；砂轮转速为n_s，则角速度ω_s＝2πn_s；砂轮相对于砂轮微织构形貌重构切削装置的角速度ω_相为：