回 引言 效的整形和修锐就是这一领域的一个研究重 半导体及陶瓷材料是典型的脆性材料,点。世界各国的众多学者都在进行这一方面它们的脆性使加工时易出现破碎及开裂,同 的研究,因此也产生了很多种金刚石砂轮的时半导体及陶瓷零件的性能对表面粗糙度、
修整方法。从修整机理角度出发,现有常用的破损度、平整度等参数十分敏感,所以到目前 修整金刚石砂轮的方法。了分三大类,即固结为止精密半导体及陶瓷零件的精加_二方法仍 磨具修整法,游离磨料修整法及特种加工法。为研磨和抛光方法。这种加工方法的致命弱 评价一种修整方法优劣的指标有两个方面,点是生产效率低、生产成本高。近年各国学者 一是整形效率及精度,-二是修锐质量。现有的的研究表明,如果采用金刚石微粉砂轮在很 金刚石砂轮修整方法,无论是常规的机械方小的磨削深度下对半导体及陶瓷材料进行超 法还是特种加工方法,都存在着这样和那样精密磨削,则可进入脆性材料的塑性区内进 的不足,表1指出了现有各种修整方法的优行切削,使磨削裂纹无法出现,从而获得无破 缺点。掼的工件表面。因此研究金 麦 1 现有全刚石砂轮修鳖方法的评价刚石微粉砂轮精密磨削半导一一7弱子丁一一T7雨丕石丁下环石百下丁石丽而一F下面雨厂体及陶瓷材料,将有助于取【._._._。。。、。1 树脂、陶瓷1 一般I 一般1 一般消占加工总量比例较大的研。。;。L一一一一上一鱼巳一上一上上一二一一世一J一二兰L一磨、抛光工序,提高生产率,D 一””“”一 卜u””“一1—I——】一降低生产成本。一下忑b品六二二十一二才一十一二二z寸三矗十一一卜一太二一 金刚石微粉砂轮超精密一一忑豆面函二一下一石百一可一一下忑石户而厂一一厂一石7一磨削的关键是砂轮的修整技 电火花修整法>金属0 高D 较好D 一般术。从金刚石砂轮问世以来,如何对其进行有 目前国内常用的金刚石砂轮有树脂结合 剂、陶瓷结合剂及金属(主要指青铜)结合剂 三种,其中青铜结合剂金刚石砂轮是最难修·8·《金刚石与磨料磨具L程》整的,尤其是很难采用磨削修整法等机械修 并出现振动、烧伤。整法进行修整,而巨修整难度随着金刚石砂②当修整用油石或砂轮粒度较粗时,普轮磨粒尺寸的减小而提高,因此在本文及以 通磨料磨粒在磨具上的结合力较大,微小的后的文章中我们选用青铜结合剂金刚石微粉 金刚石磨粒无法使其脱落,普通磨具表面的砂轮作为研究对象进行讨论。磨粒很快磨损成平面,虽然这时修整用工具 通过对现有的修整方法进行仔细的研 不容易发生堵塞但修整效率仍然极低。究,我们提出了一种新的金刚石砂轮修整方 因此,如想使青铜结合剂金刚石微粉砂法——软弹性修整法。本文将讨论软弹性修 轮的修整能顺利地进行下去,则必须使修整整法的概念及机理。‘工具的磨粒能在磨钝后脱落,这就要选用磨2 软弹性修鳖法的提出 料粒度同微粉砂轮相近的修整砂轮或油石, (1)现有磨削修整方法的整形及修锐机 同时该砂轮或油石的硬度要很软,但即使满理 足了以上两条,采用普通固结磨具磨削修整 目前广泛使用的金刚石砂轮的修整方法 法仍然不能很好地对金刚石微粉砂轮进行整仍为磨削法。由表1可以看出磨削修整法是 形,因此此时修整用磨具的磨削能力很差,整一种可以应用于各种结合剂金刚石砂轮的修 形效率将很低。整方法,而且既可用于砂轮的整形又可用于 尽管金刚石是目前世界上最硬的材料,砂轮的修锐。虽然磨削修整法修整金属结合 在使用普通磨具对其进行修锐时,由于是刚剂金刚石砂轮的整形及修锐效率都很低,而 性接触,同时普通磨料的硬度及强度也很高,且修整质量也不太理想,但磨削法相对于其 因此修锐后的金刚石砂轮表面磨粒的锋利度它几种修整方法的最大特点是使用方便。将受到影响,锋利的切削刃将被磨平,这就使 由于普通磨具砂轮无论从结合剂还是磨 金刚石砂轮在使用时磨削力增加,使用寿命粒本身的硬度及强度都远低于金刚石砂轮,降低。所以当采用普通固结磨具修整金刚石砂轮 总结以上实验及分析,可以说用常规的时,修整效率极低,即相当于用金刚石砂轮磨 固结磨具,无论怎样选择该磨具的粒度、组削普通磨具,尤其在使用普通磨料磨具修整 织、硬度,都无法完全满足青铜结合剂金刚石金属结合剂金刚石砂轮时,这一缺点显得更 微粉砂轮的整形和修锐的需要,而且随着青加突出。铜结合剂金刚石微粉砂轮磨粒尺寸减小,这 当金刚石磨粒尺寸很小时,青铜结合剂 一现象越来越明显。采用普通固结磨具可以金刚石砂轮在宏观上具有铜的塑性,而徽观 完成对粗磨粒金刚石砂轮的修整,这是由于上具有金刚石的硬度,这样又坚硬、又具有有 此时金刚石砂轮对修整它的磨具也具有修整色金属的粘性的材料当然很难采用磨削法加 的作用,可以保证修整用工具不堵塞,并容易工了,因此当采用磨削法修整时会有如下现 形成切削区的游离磨粒,但此时仍不能摆脱象:修整效率极低的弱点。 ①当修整用油石或砂轮硬度中等、粒度(2)软弹性修整法的提出较细但其磨粒尺寸仍远大于金刚石磨粒的尺 在前一节中我们得出的结论是现有常规寸时,由于金刚石磨粒尺寸很小,无法使修整 的磨削法之所以无法对金属结合剂金刚石微用磨具表面已磨损的磨粒脱落,同时被切下 粉砂轮进行有效地修整,其原因有两点:①修的金刚石砂轮的青铜结合剂又很快堵满修整 整工具表面磨粒很快磨损而且不能顺利脱工具表面的容屑空间使修整无法进行下去,落;②修整工具的容屑空间被青铜堵塞。于是1995.6(90)·9· 我们设想:是否有这样的一种磨具,修整金刚 固结磨具的最大特点是基体很软,但有一定 石砂轮时,总是以新的锋利磨粒同砂轮接触,弹性,所以很难使人相信这种“软”的工具能 从而不发生堵塞。答案是肯定的,那就是砂 用于金刚石砂轮的修整,尤其是用于砂轮的 带。
整形,但无论从理论上还是从实践上我们都
砂带磨削,笼统上可分为两类,即按砂带 证明砂带用于金刚石砂轮的整形和修锐是可 的卷绕方式可分为闭式砂带磨削与开式砂带 行的。 磨削,如图1所示。图1b)为闭式砂带磨削, 这时砂带是封闭的,砂带由接触轮及张紧轮A三二\ .._。。、._.._,__,_.__、__。___.。_。全回百砂轮 兀1 \\W\\W (惰轮)撑紧,加工时砂带高速回转,而工件则p 帜0》; 相对慢慢转动,这是目前采用最广泛的砂带_厂夏二__一一77下工一 磨削方式。图1仆)为开式砂带磨削的原理MMKC。Illb 图,砂带卷在砂带轮上,加工时工件以较高的\____《 卜尸 速度旋转而卷带轮则缓慢地转动,带动砂带(a 仁》 缓慢移动,所以在工作时不断有新的砂带进___ :二丁二 二_。_。、;._、,___图2 软弹性修整金刚石砂轮原理图 入磨削区,切削能力强,切削效果好。—”一”—’”—一’””—”’“””’”—一 图2b)为软弹性修整金刚石砂轮的原 理图。图 2G)中的砂带可以简化为图 2(卜)所 厂、广入__二二\丫广、_示的质量一弹簧一阻尼系统。而图2O)中的 上一。l-呕‘丁gNf h-J—”’—”——”’-’”—””一 人IWIj.;2u、IY-l krt t_砂轮可以假设为一偏心圆,这样的图20)中 叫人【义D人D。伴人Mh 相当于加在质量一弹簧一阻尼系统上的一个 Q—Q。c。s。t(工) 图 1 砂带卷绕方式 式中:Q。一砂轮的圆度误差 通过以上介绍,可见闭式砂带磨削方式。——砂轮的角速度,。一2。nb为砂轮 同普通砂轮磨削比较接近,如果用其修整金 的转数) 刚石砂轮仍然存在磨粒磨损及堵塞的问题。根据振动理论,可以写出图2伪)所示的 而开式砂带磨削则正好能满足上一节提到的 弹簧一质量一阻尼系统在简谐激振Q作用 金刚石微粉砂轮对修整磨具的要求:下的强迫振动运动方程式: ①从宏观上讲,由于卷带轮不断转动,保mi—一kx—hi+Q。cosnd(2) 证同砂轮接触的都是锋利的磨粒,不存在磨 式中:m——砂带质量的1/3 粒磨钝、磨平的问题。k——砂带的弹性系数 ②新的磨粒间有足够的容屑空间。b——砂带的阻尼系数 不仅如此,由于砂带具有弹性,如果参数 式(2)的通解为: 选择适当,可以形成类似于游离磨粒的修锐x—e～。
一7一_ 【D卫一】二吞 侄l 三二二/V/戳—— L L-\plj」0o0//’I 式中:P’一协mP为砂带固有频率I不 ～I*斗h。卜型二H。叫 c—b/ZPm c为砂带阻尼比 AIH 式(3)中前一项为暂态解,后一项为稳态解, 可见在偏心的金刚石砂轮的作用下,砂带将’J适用于平面磨床 具有同砂轮同样的振动角频率。,其振帼为: Q。、_丝口1坠鳖 三巴工 A一_(4)I主铀驱动L_ 在/01一\I 十DZc二I 侣卜LW 顶_邀二V 一卜动矾W_二三二二 令印k为Xs,命名为激振力产生的最大静位5匹翌佳/-义\叼仟亟伙柏卜交讯叫 变,于是振动放大系数表示为: 。。。1./,\山适用于外圆磨床 p=A/x。=--=(q)‘“’“’”“”””” //。’\2/。\’图3 软弹性修婪装互示意图 足/【1一二1+02c二I——”“”’—”—””——””‘—一 中的绝对值取决于。巾的值,同时还与阻尼 比的数值有关。根据砂带的特点,其固有频。’“”‘””’‘\1“
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