磨粒排布优化凸出精确可控自由型面截面砂轮制造新工艺基础研究

摘要

超硬磨料砂轮制造主要采用电镀、高温钎焊等方法，其实质是用物理或化学方法将磨粒固结在砂轮基体上。用电镀方法制造砂轮，把持力不强、磨粒出露高度不高、而且容易造成环境污染。高温钎焊等方法制造的砂轮节省磨料，磨粒排布和凸出高度可控，但生产工艺复杂，需先制成砂轮基体然后将磨粒钎焊在基体表面，成本高，目前只能生产单层金属结合剂金刚石砂轮。
　　本文借鉴快速成型原理，提出了一种制造磨粒排布优化凸出精确可控自由型面截面砂轮的新方法。该方法首先按照加工要求和磨削用量条件优化设计砂轮地貌，完成CAD实体造型，接着对三维模型进行分层切片，得到轮廓信息和切片的实体信息，通过数控装置控制不同的激光装置，在当前工作层上扫描出切片的截面形状，通过工作台进给实现逐层堆积从而完成砂轮的快速成型制造。由于组成砂轮的各部分材料添加是在计算机的控制之下进行的，因此能得到任意形状的砂轮截面形状和磨粒的有序排布及磨粒理想凸出高度。
　　本文针对新型砂轮分层制造方法展开研究，主要研究内容如下：
　　1、详细阐述了常用的激光固化和粉末分层制造的方法与原理。重点介绍了金属材料在粉末分层制造的应用及其各种金属原型件的特性。
　　2、研究新型砂轮分层制造的工艺，总结了磨粒结合剂的选择原则；重点介绍了金属结合剂和CBN磨粒的性质；阐述了新型砂轮制造装置的工作原理及其研究意义。
　　3、研究单颗磨粒磨削。分析单颗磨粒运动特性，初步总结了磨粒间距与砂轮磨削特性的关系。建立了单颗磨粒磨削的有限元模型。
　　4、分析磨粒排布方式对砂轮性能的影响，总结了设计磨粒优化排布砂轮的步骤与方法。实验研究砂轮磨削性能，测量磨削力、磨削温度与加工后表面粗糙度，并将实验结果与仿真结果进行了对比分析，证明了理论分析的正确性。