金刚石砂轮的激光修整技术

人气：144发表时间：2018-12-20【大中小】

   金刚石砂轮因具有优异的磨削性能、抗磨损能力强等特点，在工程陶瓷、光学玻璃、硬质合金等难加工材料的磨削加工中得到了广泛应用。但它具有极高的硬度，修整非常困难，在一定程度上限制了金刚石砂轮的应用。采用普通砂轮磨削法、游离磨料研磨法等机械方法修整金刚石砂轮时，存在修整效率低、成本高、操作环境恶劣，且昂贵的金刚石磨料损耗严重等明显缺点。因而，各国学者竞相开展金刚石砂轮修锐技术的研究，得出激光修整新技术应用于金刚石砂轮的修锐是可行的。
    学者利用CO₂连续激光器进行了激光修锐树脂结合剂和黄铜结合剂金刚石砂轮，并在三维数字显微镜观察激光作用前后金刚石砂轮表面的微观形貌，对激光作用下砂轮表面不同结合剂材料的去除机理进行了分析。实验证明激光对不同结合剂砂轮进行修锐时存在一个合适的修锐参数范围，在这个范围内，激光修锐可以获得较好的效果。
    用激光修整金刚石砂轮时，如果激光功率密度足够高，可以同时去除砂轮表面的金刚石磨粒和结合剂材料，达到整形砂轮的目的。另一方面，金刚石磨料与结合剂材料的光学和热物理性能相差较大，利用激光可控制性好的特点，通过合理调整激光加工参数，可以选择性地去除砂轮表面的结合剂材料，使金刚石磨粒具有一定的突出高度，达到修锐砂轮的目的。由于金刚石对激光的吸收率一般在 0.1～0.3，黄铜和铸铁等金属结合剂对激光的实际吸收率可达0.7以上，树脂结合剂激光吸收率可达0.9以上。所以，激光照射在砂轮表面时，砂轮结合剂要比金刚石磨粒吸收更多的激光能量。此外，金刚石和结合剂材料在热物理性能方面的差别很大。因此，可以通过控制激光参数选择性地去除砂轮表面的结合剂材料，而不损伤金刚石磨粒，使砂轮表面具有一定的磨粒突出高度和容屑空间。
    学者通过在激光加工机上分别对黄铜和树脂结合剂金刚石砂轮进行激光修整试验。利用三维数字显微镜观察激光作用前后金刚石砂轮表面的微观形貌。发现在激光作用下，对于黄铜结合剂而言，当材料表面温度升到稍低于其蒸发温度时，固态金属首先熔化，继而出现气相，金属蒸气携液相一起喷出。激光作用停止后，部分溅出的液相金属形成再结晶的球状物附着在砂轮表面，熔化而未溅出的液相金属在凹坑周围形成再结晶层。树脂结合剂为高分子材料，无固定熔点，受热后软化或熔融，一般温度超过350°C就会发生碳化分解，树脂结合剂表面的局部温度远远超过其分解温度，树脂材料以气化形式被去除。激光修锐后的砂轮表面单颗金刚石磨粒形状完整，未产生损伤，且具有较大的磨粒突出高度和容屑空间。激光修整技术为非接触加工，无修整工具的磨损，热作用区域小。实验证明，通过合理选择激光修锐参数范围可以获得较好的激光修锐效果。

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