夏树铭
佛山市光大磨具材料有限公司
摘要：随着航空精密制造业的发展，越来越多的难加工材料投入生产，如：钛合金、高速钢、铁磁性材料、硬质合金等，而这些难加工材料磨削时普通的砂轮材料无法保证加工质量，需用超硬磨料砂轮--立方氮化硼砂轮和人造金刚石砂轮来加工这些特殊材料。但当CBN、RVD砂轮表面出现钝化、表面堵塞、外形失真等现象时，必须及时修整。针对此问题，本文对CBN砂轮和RVD砂轮的修整及特性进行了探索研究。
关键词：超硬磨料砂轮；修整技术；综述；展望
引言
超硬磨料磨具以其优异的磨削性能获得机械加工领域普遍认可，但制约其进一步拓展应用的主要原因之一是超硬砂轮修整极其困难。目前，超硬材料如工程陶瓷、单晶硅等以其高硬度、高弹性、高强度、耐磨性、耐腐蚀以及重量轻等优良性能在工业上得到了广泛应用。对于超硬材料而言，具有难加工和加工精度要求较高的特点，使得如金刚石砂轮、CBN砂轮等对超硬材料进行磨削加工的应用日益增加，而欲保证硬脆材料的加工质量，超硬砂轮的修整技术是关键。
1分析制约国内超硬磨具应用的原因
1.1超硬磨具
对磨削装备的要求高（更高的刚性、速度、精度、稳定性，更快捷可靠的砂轮修整、在线检测、在线平衡功能，更充分的冷却等）。国产机床在稳定性、可靠性、加工效率等方面差距明显。高端机床主要依靠进口，致使超硬磨具应用一次性投资大，一般企业难以承受。
1.2国内超硬磨具硬度至今无行业标准
硬度是指导磨具制造与应用的关键指标，没有硬度标准给磨具制造厂带来巨大的技术风险，给磨削应用带来不确定性，给产业的发展形成瓶颈。
1.3超硬砂轮修整极其困难
与普通磨料砂轮相比，超硬砂轮修整力大、修整工具磨损快、修整时间长、效率低、精度低、质量差，修整装备复杂、成本高，使超硬砂轮的优异性能得不到充分发挥。
2超硬磨料砂轮特性分析
借鉴CBN砂轮的修整经验，运用同样的方法和参数在修整RVD砂轮的时候达到了事半功倍的效果。并在此次砂轮修整和零件的试加工中分析出CBN和RVD砂轮的特性。如表1。
3先进修整技术
3.1激光修整
激光修整最早由学者Babu等开展。激光修整技术的实质是基于脉冲激光烧蚀机理，将聚焦高能激光束辐照于超硬砂轮表面，使结合剂分解、熔化、气化，而超硬磨料良好的透光性使其几乎不受影响。与磨削修整相比，激光修整为非接触修整，避开"硬碰硬"及振动问题；脉冲宽度小，照射区域小，热影响小；修整工具无损耗，稳定性好；灵活可控、重复性好；效率高、寿命超长等优势。是一种适应性广、极具发展潜力的绿色修整技术。目前，激光修整仍存在诸多技术难题，如不同结合剂砂轮的修整机理、激光的快速聚焦与定位、激光功率密度的选择、不同砂轮修整参数的调整，修整系统成本高等。激光修整离工程应用仍有一定距离。
3.2电火花修整
对于金属结合剂超硬砂轮，由于其结合强度高，采用机械磨削法修整，效率极低。若砂轮表面为复杂型面，则采用传统修整方法根本无法实现。电火花修整是学者Suzuki等最早开创的，在高压电源下利用砂轮和电极间脉冲放电时产生的高温电蚀作用熔化、气化或软化导电材料，达到超硬砂轮修整的目的。电火花修整关键参数是放电电压、脉冲电流、占空比等，随放电能量的增加，材料去除效率增加。电火花修整不受力，只需要超硬砂轮导电，主要用于金属结合剂超硬砂轮。电极可固定，也可旋转、移动。修整效率高，目前广泛用于金属结合剂超硬砂轮A区及B区。
3.3点轮修整
点轮修整主要特征是修整工具宽度多在（0.2~2.0）mm，金刚石修整轮与超硬砂轮接触面小，呈点接触状态。在砂轮修整过程中，金刚石轮既作旋转运动，也相对超硬砂轮沿轴向、径向作进给运动。点轮修整不仅具有单点金刚石修整便利、低价之特点，在其修整点还有多个金刚石或PCD参与，同时修整点面积基本恒定，重叠率不变。可见，点轮修整是集单点车削修整、金刚石滚轮修整两种方法之优点的新型复合修整技术，修整过程相对稳定。可纵向往复式修整圆柱面、锥面、端面等简单直线修整，也可通过多轴联动用于外圆复杂曲线精密修整，具有高精度、长寿命、灵活、实用等特征。特别适合于陶瓷结合剂超硬砂轮修整，目前正逐渐达到用户认可。点轮修整工具有多种，有外环形，也有内环形，以及杯、碗、蝶形等，其主要修整参数是修整深度、重叠率、速比，具体工程应用依据磨削零件要求、机床结构、砂轮特性及磨削工艺定。
3.4超声修整
超声修整是一种振动修整，最早出现于上世纪80年代。超声修整原理。由超声波发生器产生超声频信号，进而利用换能器转换成超声频的机械振动，然后通过放大装置使修整工具周期撞击超硬砂轮表面，使超硬砂轮表面产生裂纹、磨料破碎、结合剂去除、磨粒脱落、排屑等，实现超硬砂轮表面的快速修整。修整工具可选用固定式单点、多点金刚石笔，旋转式修整轮。其修整参数除基本修整参数外，还有超声振动频率、振幅。超声修整可大幅度减小修整力，成倍减轻修整工具的消耗，提高修整工具寿命。并且，在砂轮表面易形成轴密、周疏的理想砂轮结构，有利于精密磨削。但是，超声波修整装置结构复杂，维护困难，成本相对较高。
3.5动压研磨修整
动压研磨修整是基于楔形流体动压原理，在流体中混入一定比例的硬质磨料，借助超硬砂轮的旋转运动，在流体摩擦力作用下将磨料带入修整板与砂轮形成的楔形收敛间隙，通过磨粒的移动、挤压、研磨作用，使超硬砂轮表面结合剂被去除、磨粒变得锋利，达到修整之目的。修整效率高、成本低。为实现超硬砂轮稳定修整，其核心技术是修整板的弧度与砂轮的直径相适配，二者间隙应与修整液磨料的粒度相适应。
4总结与展望
尽管超硬砂轮修整极其困难，目前已有多种修整方法在工程中获得实用或认可。
1）金属结合剂结合强度高，但导电性使其砂轮大余量去除、复杂型面修整基本锁定为电火花放电修整，小余量修整主要以普通磨具磨削法为主；在线电解修整开启金属结合剂细粒度超硬砂轮新的应用领域。陶瓷结合剂具有适度的脆性，其简单直线修整、小坡度曲线修整逐渐被点轮修整取代，而高陡度成型砂轮修整仍是金刚石滚轮。树脂结合剂结合强度相对最弱，其超硬砂轮应用面最广，但结合剂的致密性使其在工程应用中问题最多，多种修整方法各有特点但又不甚明显，树脂超硬砂轮实用修整技术仍是进一步研发、拓展的主要方向。
2）激光修整不仅具有非接触、高效、便利、易控、超长寿命等优点，还可重构砂轮表面，具有更加广阔的发展前景。随科学技术的发展，激光修整将逐渐进入更加经济、实用、普及的发展阶段。集机、电、声、热（光）、化等多种方法于一体的复合修整方法也是行业工作人员研发的热点，如激光辅助修整、电化学放电修整、电火花辅助修整等，工程上期待具有更加科学、合理、低价、实用的修整技术获得重大突破与应用。
结束语
通过对超硬磨料砂轮CBN和RVD砂轮的修整，总结出了在公司现有设备条件下对CBN砂轮和RVD砂轮的最佳修整技术方案，选用了公司普通外圆磨床MA1420A及普通碳化硅砂轮，研究出修整CBN、RVD砂轮修整的相关技术参数，并对其特性进行了分析。修整简单易操作，解决了公司技术瓶颈，缩短了产品生产周期、节约了大量成本，提高了生产效率。
参考文献
[1]邱言龙,郑毅,余小燕.磨工技师手册[M].北京：机械工业出版社，2002
[2]赵捷，高国富.超硬磨料砂轮超声振动修整新进展［J］.金刚石与磨料磨具工程，2010，176（2）：79-83.
论文作者:夏树铭
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：砂轮论文; 磨料论文; 磨削论文; 磨具论文; 激光论文; 技术论文; 材料论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;