一种PCD微槽脉冲放电辅助磨削角度精度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种PCD微槽脉冲放电辅助磨削角度精度控制方法。所述方法包括以下步骤：根据所需加工的微槽阵列的角度α，利用放电成型精度补偿模型获取砂轮所需尖端角度α0并对砂轮进行修整；将修整后尖端角度为α0的砂轮和电极分别固定在机床的砂轮轴和工作台上，并以正极性方式构成放电回路，设置开路电压V和限制电流I；进行脉冲放电辅助磨削，以循环进给的方式在PCD工件表面加工微槽阵列。本发明专利技术实现了对PCD微槽阵列的脉冲放电辅助磨削加工，降低生产成本，提高了加工质量和效率。提高了加工质量和效率。提高了加工质量和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种PCD微槽脉冲放电辅助磨削角度精度控制方法


[0001]本专利技术涉及PCD脉冲放电辅助磨削加工、微结构成型
，具体涉及一种PCD微脉冲放电辅助磨削角度精度控制方法。

技术介绍

[0002]微结构表面以其独特的功能特性如超疏水、减阻、耐摩等给材料带来更高的附加值，而PCD以其优异的材料特性常被应用于抛光磨料和镀膜材料，因此，带有功能结构表面的PCD可以应用于模压成型和精密加工刀具镀层等多领域，具有很大的实际应用价值。但是，常规的机械加工主要是磨削加工，可以通过修整砂轮角度实现微槽阵列加工，但是砂轮磨损严重，需要频繁修整，加工精度不足、加工效率低和加工成本高。此外，PCD的电火花加工和激光加工技术可以实现高效率加工。但是激光加工技术在尺寸精度和重复精度等方面存在不足，而电火花磨削加工以整个电极为刀具，在进行微结构加工时，电极损耗严重，极大影响了加工精度。
[0003]为解决上述问题，现有技术中公开了一种PCD复合片的铁粉辅助电火花磨平加工装置及方法。然而，该专利所述电极为空心紫铜棒电极，在加工微沟槽等三维结构时，需要对电极进行修整，加工过程中损耗严重，精度无法保证，此外，需要加工液混入500
‑
700目铁粉以40g/L增加导电率，增加了成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服PCD表面微结构加工难度大、电极磨损严重和加工需求高的缺点，首先采用弹性石墨刷+砂轮的干放电磨削方式避免了电极磨损严重和加工液的使用，并采用补偿的思维，提出一种放电成型精度补偿模型，计算出脉冲放电辅助磨削微结构的实际成型角度，对砂轮角度进行对应修整，实现PCD表面微结构的加工，从而较大幅度的降低生产成本和设备需求，提高加工质量和效率。
[0005]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0006]一种PCD微槽脉冲放电辅助磨削角度精度控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1、根据所需加工的微槽阵列的角度α，利用放电成型精度补偿模型获取砂轮所需尖端角度α0并对砂轮进行修整；
[0008]S2、将修整后尖端角度为α0的砂轮和电极分别固定在机床的砂轮轴和工作台上，并以正极性方式构成放电回路，设置开路电压V和限制电流I；
[0009]S3、进行脉冲放电辅助磨削，以循环进给的方式在PCD工件表面加工微槽阵列。
[0010]进一步地，脉冲放电辅助磨削过程中，砂轮尖端会随累计磨削深度的增加而出现磨损发生钝化，尖端圆弧半径增大，而微槽侧面材料的放电去除量相应增加，导致复刻在PCD工件上的微槽角度出现偏差，因此需要对砂轮角度进行补偿计算来实现所需要尺寸的微槽加工。步骤S1中，放电成型精度角度补偿模型具体如下：
[0011]α0＝α
‑
0.351
×
V
1.4942
×
I
0.1767
×
α
‑
0.6504
×
c
f
×
k
f
[0012]式中，α为PCD工件表面上需要加工的微槽阵列的角度；V和I分别是PCD工件负极与砂轮正极间的开路电压和电源模式恒压模式转化为恒流模式的限制电流阈值；α0为修整后的砂轮的尖端角度；c
f
为砂轮的目数的补偿系数；k
f
为当前实际加工条件与求得放电成型精度补偿模型的实验条件不符时的修正系数。
[0013]进一步地，步骤S2中，所设定的开路电压V和限制电流I生成的放电能量需要击穿放电间隙并产生电火花，原因在于使PCD表面金刚石颗粒发生石墨化，加速其与金属材料的砂轮机械去除。
[0014]实验发现低于60V的电压不足以击穿放电间隙产生火花，进行脉冲放电辅助加工。高于80V的电压会导致砂轮结合剂的快速去除并破坏微槽的成型，在此加工条件下，微槽表面同样被严重破坏。以正极性方式构成放电回路，具体如下：
[0015]从电源正极开始，依次接入电压传感器正极、电流传感器正极、石墨刷和砂轮；电源负极依次接入电压传感器负极、电流传感器负极和PCD工件，PCD工件与工作台作绝缘处理后构成放电回路；同时将电压传感器、电流传感器接入示波器；
[0016]设置开路电压V和限制电流I并分别稳定在60V
‑
80V和0.01A
‑
0.1A范围内。
[0017]进一步地，步骤S3中，以循环进给的方式在PCD工件表面加工微槽阵列，具体如下：
[0018]微槽阵列包括多条微槽，以第一条微槽的加工起点为原点，以微槽长度方向为X轴正方向，以微槽深度方向为Y轴负方向，以微槽加工间隔方向为Z轴正方向，在PCD工件表面建立坐标轴。
[0019]对于第一条微槽，将砂轮置于加工当前微槽的起点，以逆磨方式沿X轴作正方向进给，当完成本次进给后，砂轮返回加工当前微槽的起点，沿Y轴作负方向进给，进行下一次进给加工，直至完成当前微槽的深度h的加工后，返回加工当前微槽的起点并沿Z轴正向移动加工间隔w后继续加工下一条微槽，依次循环完成PCD工件表面上的微槽阵列中全部微槽的加工，最终在PCD工件表面获得微槽阵列。
[0020]砂轮反转原因在于降低砂轮尖端磨损并减少刀具振动，并设计单向径向进给运动，保证磨削深度由小变大，并使产生的电火花和切屑远离已加工表面，避免影响加工质量。
[0021]进一步地，微槽的加工间隔w具体如下：
[0022]w＝2htan(α/2)
[0023]其中，h为PCD工件表面上的微槽阵列中的微槽的深度，h的取值为30
‑
300μm，α的取值为60
‑
150
°
。
[0024]进一步地，砂轮为金属基金刚石砂轮，当砂轮的目数为140#～600#，砂轮转速n为1000～5000rpm，进给速度v
f
为100
‑
800μm/s，进给量f为0.001mm～0.01mm；
[0025]当砂轮的目数为140#～269#时，c
f
＝0.9；
[0026]当砂轮的目数为270#～324#时，c
f
＝1；
[0027]当砂轮的目数为325#～600#时，c
f
＝1.05。
[0028]进一步地，步骤S1中，修整后砂轮尖端的圆弧半径为1.5
‑
2.5μm。
[0029]进一步地，进行磨削加工时，当PCD工件的材料理论去除量达到0.02
‑
0.03mm3时，需要重新对砂轮的尖端进行修整至尖端角度为α0。
[0030]进一步地，PCD工件的材料为粒度范围为10
‑
50μm的混合粒度PCD。
[0031]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0032]选用金刚石砂轮作为加工工具，石墨作为损耗电极，相比采用工具电极需要进行修型和加工间隙填本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PCD微槽脉冲放电辅助磨削角度精度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据所需加工的微槽阵列(3)的角度α，利用放电成型精度补偿模型获取砂轮(1)所需尖端角度α0并对砂轮(1)进行修整；S2、将修整后尖端角度为α0的砂轮(1)和电极分别固定在机床的砂轮轴和工作台上，并以正极性方式构成放电回路，设置开路电压V和限制电流I；S3、进行脉冲放电辅助磨削，以循环进给的方式在PCD工件(4)表面加工微槽阵列。2.根据权利要求1所述的一种PCD微槽脉冲放电辅助磨削角度精度控制方法，其特征在于，步骤S1中，放电成型精度角度补偿模型具体如下：α0＝α
‑
0.351
×
V
1.4942
×
I
0.1767
×
α
‑
0.6504
×
c
f
×
k
f
式中，α为PCD工件(4)表面上需要加工的微槽阵列(3)的角度；V和I分别是PCD工件(4)负极与砂轮(1)正极间的开路电压和电源模式恒压模式转化为恒流模式的限制电流阈值；α0为修整后的砂轮(1)的尖端角度；c
f
为砂轮(1)的目数的补偿系数；k
f
为当前实际加工条件与求得放电成型精度补偿模型的实验条件不符时的修正系数。3.根据权利要求1所述的一种PCD微槽脉冲放电辅助磨削角度精度控制方法，其特征在于，步骤S2中，以正极性方式构成放电回路，具体如下：从电源(5)正极开始，依次接入电压传感器(6)正极、电流传感器(8)正极、石墨刷(2)和砂轮(1)；电源(5)负极依次接入电压传感器(6)负极、电流传感器(8)负极和PCD工件(4)，PCD工件(4)与工作台作绝缘处理后构成放电回路；同时将电压传感器(6)、电流传感器(8)接入示波器(7)；设置开路电压V和限制电流I并分别稳定在60V
‑
80V和0.01A
‑
0.1A范围内。4.根据权利要求1所述的一种PCD微槽脉冲放电辅助磨削角度精度控制方法，其特征在于，步骤S3中，微槽阵列(3)包括多条微槽，以第一条微槽的加工起点为原点，以微槽长度方向为X轴正方向，以微槽深度方向为Y轴负方向，以微槽加工间隔方向为Z轴正方向，在PCD工件(4)表面建立坐标轴。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晋，葛冬生，何铨鹏，陈钊杰，黄家骏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：