电火花修整树脂结合剂金刚石砂轮的机理分析与实验研究

【摘要】： 超硬磨料金刚石砂轮广泛应用于难加工材料的精密和超精密磨削加工当中,但是由于金刚石砂轮在使用过程中存在因使用变形引起激振力或者由于其自锐性较差而堵塞砂轮表面容屑空间等现象,会降低磨削加工效率,影响磨削过程的稳定性和磨削工件的表面质量。于是对超硬磨料金刚石砂轮修整技术的研究成为必要。本文针对电火花加工技术和树脂结合剂金刚石砂轮的特点,采用砂轮表面涂覆导电材料建立起放电条件的方法,使电火花修锐非导电金刚石砂轮成为可能。 本文首先从放电通道形成、能量转换分布和传递、电蚀产物的抛出与极间介质消电离几个方面阐述砂轮表面材料的电火花融蚀机理。通过金刚石磨粒与树脂结合剂两种材料热电物理性能的差异对比,从材料学、传热学等方面,描述了应用电火花加工方法去除砂轮表面结合剂材料的基本原理,论证了电火花修整树脂结合剂金刚石砂轮方法的可行性。 然后应用ANSYS有限元软件对电火花放电修整树脂结合剂金刚石砂轮的表面放电温度场进行数值仿真,得到了修整过程中树脂结合剂材料和金刚石磨粒上温度场的分布和变化规律。仿真结果表明:适合修整树脂结合剂金刚石砂轮的放电峰值电流为1A～5A,砂轮表面温度和材料受热影响区随电流的升高而增加;放电脉冲宽度的改变对砂轮表面温度场的变化影响很小,仅仅影响材料受热影响区域的大小。 最后,在电火花修整金刚石砂轮有限元仿真的基础上,进行了几组金刚石砂轮的修整实验。根据砂轮修整实验中的实验现象和修整后的砂轮表面形貌,对放电材料、极间电介质、涂覆导电材料的选取以及放电参数对砂轮修整形貌进行了评判和分析。实验结果表明:树脂结合剂金刚石砂轮表面经涂覆导电材料后可以进行放电修整;紫铜电极相比石墨电极能有效避免拉弧现象,产生稳定的电火花放电;涂覆砂轮表面的导电材料以固体导电碳块为主,选取合适的极间电介质能够避免拉弧现象,导电溶液由于热导率小,不利于结合剂材料的蚀除;放电峰值电流是影响砂轮表面形貌的主要因素,实验中修整树脂结合剂金刚石砂轮的峰值电流为1A～4A;脉冲宽度相比峰值电流,对修整后砂轮表面形貌的影响作用较小;开路电压对砂轮表面修整形貌没有明显影响,但是过低的开路电压容易造成电极之间的拉弧和擦碰现象。