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金剛石砂輪的激光修整技術

人氣王：144發表時間：2019-12-20【大 中 小】
 
   金剛石砂輪因具有優異的磨削性能、抗磨損能力強等特點，在工程陶瓷、光學玻璃、硬質合金等難加工材料的磨削加工中得到了廣泛應用。但它具有極高的硬度，修整非常困難，在一定程度上限制了金剛石砂輪的應用。采用普通砂輪磨削法、游離磨料研磨法等機械方法修整金剛石砂輪時，存在修整效率低、成本高、操作環境惡劣，且昂貴的金剛石磨料損耗嚴重等明顯缺點。因而，各國學者競相開展金剛石砂輪修銳技術的研究，得出激光修整新技術應用于金剛石砂輪的修銳是可行的。
    學者利用CO2連續激光器進行了激光修銳樹脂結合劑和黃銅結合劑金剛石砂輪，并在三維數字顯微鏡觀察激光作用前后金剛石砂輪表面的微觀形貌，對激光作用下砂輪表面不同結合劑材料的去除機理進行了分析。實驗證明激光對不同結合劑砂輪進行修銳時存在一個合適的修銳參數范圍，在這個范圍內，激光修銳可以獲得較好的效果。
    用激光修整金剛石砂輪時，如果激光功率密度足夠高，可以同時去除砂輪表面的金剛石磨粒和結合劑材料，達到整形砂輪的目的。另一方面，金剛石磨料與結合劑材料的光學和熱物理性能相差較大，利用激光可控制性好的特點，通過合理調整激光加工參數，可以選擇性地去除砂輪表面的結合劑材料，使金剛石磨粒具有一定的突出高度，達到修銳砂輪的目的。由于金剛石對激光的吸收率一般在 0.1～0.3，黃銅和鑄鐵等金屬結合劑對激光的實際吸收率可達0.7以上，樹脂結合劑激光吸收率可達0.9以上。所以，激光照射在砂輪表面時，砂輪結合劑要比金剛石磨粒吸收更多的激光能量。此外，金剛石和結合劑材料在熱物理性能方面的差別很大。因此，可以通過控制激光參數選擇性地去除砂輪表面的結合劑材料，而不損傷金剛石磨粒，使砂輪表面具有一定的磨粒突出高度和容屑空間。
    學者通過在激光加工機上分別對黃銅和樹脂結合劑金剛石砂輪進行激光修整試驗。利用三維數字顯微鏡觀察激光作用前后金剛石砂輪表面的微觀形貌。發現在激光作用下，對于黃銅結合劑而言，當材料表面溫度升到稍低于其蒸發溫度時，固態金屬首先熔化，繼而出現氣相，金屬蒸氣攜液相一起噴出。激光作用停止后，部分濺出的液相金屬形成再結晶的球狀物附著在砂輪表面，熔化而未濺出的液相金屬在凹坑周圍形成再結晶層。樹脂結合劑為高分子材料，無固定熔點，受熱后軟化或熔融，一般溫度超過350°C就會發生碳化分解，樹脂結合劑表面的局部溫度遠遠超過其分解溫度，樹脂材料以氣化形式被去除。激光修銳后的砂輪表面單顆金剛石磨粒形狀完整，未產生損傷，且具有較大的磨粒突出高度和容屑空間。激光修整技術為非接觸加工，無修整工具的磨損，熱作用區域小。實驗證明，通過合理選擇激光修銳參數范圍可以獲得較好的激光修銳效果。
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