金刚石微粉砂轮超精密磨削技术

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1、万方数据摘要论述了金刚石微粉砂轮超精密磨削的特点、存在的技术难题及其发展前景。对金刚石微粉砂轮超精密磨削机理进行了探讨，认为它是以微切削为主的多种作用的融合；研究了金刚石微粉砂轮修整机理及其常用的有效修整方法；提出了树脂一金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的构想，论述其结构的形成、制作过程及其实际磨削效果。最后，探讨了进行金刚石微粉砂轮超精密磨削时的影响因素及环境条件。关键词金刚石微粉砂轮超精密磨削树脂金属复合结合剂微纳米加工O前言金刚石刀具超精密切削在加工铜、铝及其合金等软金属材料中已获得极大成功，但在工程陶瓷、半导体、光学玻璃、石材等各种硬脆材料的精密和超精密加工上，

2、却在很大程度上仍依赖于研磨、抛光等加工方法，虽然这些方法可以达到很高的精度和极低的表面粗糙度，但加工效率较低，对于一些形状复杂如非球面零件等的超精密加工就显得比较困难。金刚石砂轮磨削硬脆材料是一种有效的超硬磨料精密加工方法，它磨削能力强、耐磨性好、使用寿命长，磨削力小、磨削温度低、表面无烧伤、无裂纹和组织变化，加工表面质量好，且磨削效率高，因此近年来得到广泛应用，但在几何形状精度和表面粗糙度上很难满足超精密加工的更高要求，因此提出了金刚石微粉砂轮超精密磨削加工方法。按我国国家标准规定，磨粒直径在50斗m以下称为微粉。金刚石微粉砂轮一般是以粒度为w40一w5的金刚★王

3、先逵，清华大学教授，博士生导师，清华大学精仪系制造工程研究所北京100084。★产品与技术Products&Technolog)，★石微粉为磨料，采用树脂、陶瓷、金属(如铜、纤维铸铁等)为结合剂烧结而成，其特点如下：(1)金刚石微粉砂轮由于其微粉磨料的粒度很细，可以获得极低的表面粗糙度，同时在精密磨床或超精密磨床上磨削可获得很高的磨削精度，是一种比较理想的微纳米超精密加工方法。(2)金刚石微粉砂轮超精密磨削是一种固结磨料的微量去除加工方法，具有一般磨削的特点，可方便地磨削外圆、孑L、平面和成形等表面，加工效率高，加工质量好，极具发展前途。(3)金刚石微粉砂轮由于磨料

4、粒度很细，容屑空间很小，磨屑容易堵塞，因此，除一般修整外，尚要进行在线修整，才能保证磨削的正常进行和加工质量。本来，超硬磨料砂轮的修整就是一个难题，因此，金刚石微粉砂轮的修整是一项关键技术。(4)由于金刚石微粉砂轮的容屑空间很小，因此要严格控制磨削时的磨削深度，磨削加工应在精密磨床或超精密磨床上进行，机床上应有微进给系统。1金刚石微粉砂轮超精密磨削机理传统的用游离磨料进行精密加工和超精密加工方法，如研磨、抛光等，其加工机理主要是磨粒的滚动和挤压作用使被加工表面产生塑性变形和塑性流动，同时有磨粒的微切作用，总的可归结为延展式磨削。金刚石微粉砂轮超精密磨削时，主要是微切

5、削作用，在切削过程中有切屑形成、耕犁(隆起)、滑擦(滑动和摩擦)等现象产生，这是由于磨粒具有很大的负前角和切削刃钝圆半径；又由于是微粉磨粒，因此具有微刃性；同时，又由于砂轮经过精细修整，磨粒在砂轮表面上具很好的等高性，因此其切削机理比较复杂，可分析有以下几种现象：WMEM2期2003年4月83万方数据万方数据(3)电火花修整法如图3所示，电源提供直流电，砂轮接正极，修整器接负极，形成正极性加工。由于砂轮是旋转的，故要通过电刷将电源接到砂轮轴上再传至砂轮。这种修整方法既可整形，又可修锐，同时可用于在线修整，工作液可直接用磨床的磨削液，方法简单方便，应用广泛，但只适用于

6、金属结合剂砂轮。我国清华大学制造工程研究所在这方面做了不少工作，是一个很有前途的金刚石微粉砂轮修整方法。图3电火花修整法(4)砂带磨削法如图4所示，采用刚玉、碳化硅砂带修整金刚石微粉砂轮是利用砂带带基的软质材料的弹性来去除金刚石磨粒周围的接合剂而进行修锐，是一种软弹性修整法，简称弹性修整法。这种方法可用于各种结合剂的金刚石砂轮，修整效果较好，但在整形时效率较低，用于修锐较好。我国清华大学制造工程研究所在这方面也做了不少工作。图4砂带磨削法其他尚有研磨法、喷射法、超声波振动法、激光法、清扫法等，在此不再赘述。★产品与技术Products&Technology★3树脂一

7、金属复合结合剂金刚石微粉砂轮超精密磨削3．1树脂一金属复合结合剂金刚石微粉砂轮对于外圆柱面和复杂的非球面的超精密加工，磨削过程则必须同时满足高形状精度和低表面粗糙度的双重要求。磨粒的支持刚性影响形状精度和表面粗糙度。为了确保高形状精度，砂轮的刚性应尽可能大，但是为了得到低的表面粗糙度，砂轮的刚性低有利。金属结合剂砂轮刚性大，对保证形状精度有利，但修整困难，不易加工出镜面程度的表面粗糙度，同时对磨床精度和刚性的要求十分苛刻，而树脂结合剂砂轮的弹性好，易于磨出低粗糙度的表面。由于在实际的超精密磨削加工要求中，表面粗糙度的要求往往高于形状精度，因此应充分发挥树脂结合剂