本发明专利技术公开了一种硬脆难加工材料的在线电解修锐高速深磨磨削方法，首先对砂轮进行整形，然后进行电解预修锐，由于形成绝缘氧化膜，电解电流逐渐减小直至一常数；再进行机械修锐，去除氧化膜，恢复电解电流；这两个过程循环进行，直至砂轮磨粒的突出高度达到最佳值为止。然后，利用本发明专利技术所建立的数学模型来设置电解参数，以取代氧化膜来调节砂轮的电解去除结合剂材料与砂轮磨粒摩擦磨损的动态平衡，并对工件进行在线电解修锐高速深磨磨削，直至电解电流稳定，这表明进入了稳定磨削阶段。该磨削方法磨削过程中的比磨削力较低，工件表面粗糙度较好、工件微观表面质量良好，并可实现在线电解修锐进程的自适应调节，砂轮能始终处于最佳切削状态。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在线电解修锐高速深磨磨削方法，具体为一种硬脆难加工材料的在线电解修锐高速深磨磨削方法。
技术介绍
工程陶瓷等硬脆材料具有许多优异的物理与机械性能，如高强度、高硬度、高耐热性、高耐磨性、高耐腐蚀性等，在电子、光学、仪器仪表、航空航天和民用等行业得到日益广泛的应用。然而，它们的高硬度、高脆性特性给加工带来很大困难，加工成本非常高。有研究表明磨削是工程陶瓷加工的主要方法，磨削成本占陶瓷零件总加工成本的75%以上；而对于金属零件来说，相应的成本却仅占5-15% 。提高磨削的加工效率，可大大地降低它们的加工成本。因此，工程陶瓷等硬脆材料的高效磨削加工技术的发展作为一新课题已提到议事日程，成为普遍关注的新焦点之一。 高速超高速磨削能大大地减小单颗磨粒未变形切屑厚度，减小磨削力，从而不仅可以改善工件加工表面质量，还可以提高加工效率。对于高速超高速磨削所带来的技术优势和经济效益，人们给予了充分的注意和重视德国著名磨削专家Tawakoli. T博士将其誉为"现代磨削技术的最高峰"；日本先端技术研究学会把超高速加工列为五大现代制造技术之一 ；国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。高速深磨(HighSpeed De印Grinding，简写为HSDG)是高速超高速磨削的典型应用形式之一，由德国居林公司在20世纪80年代初期研制开发成功。它是基于深切缓进给磨削方法，集高的砂轮线速度(80-200m/s)、快的工件进给速度(0. 5-10m/min)和大切深(0. l-30mm)于一体，既能达到高的金属切除率，又能达到加工表面高质量的一种加工技术。它打破了传统的磨削观念，使磨削不再局限于精密加工范畴，给传统的磨削领域带来了一场革命。 一些工业发达国家，如德国、美国、英国等，对发展这一技术予以了高度重视，并已初步进入实用化阶段。然而，工程陶瓷的硬脆难加工特性给高速深磨技术带来了新的挑战大的磨削力及高的磨削温度使加工条件急剧恶化，砂轮的磨损大大加剧，极易产生钝化、堵塞现象而丧失切削性能，从而造成加工面的脆性破坏及应力集中，加工质量恶化，难以满足高精度、高效率的加工要求。为解决上述问题，不仅需要频繁地对砂轮进行修锐，使其保持锋利的磨刃。 对硬脆难加工材料进行高速深磨时，超硬磨料砂轮是最常用的砂轮，其坚硬的磨粒给修锐带来了许多困难。日本学者大森整教授提出的砂轮在线电解修锐(ElectrolyticIn-process Dressing,简称ELID)技术，除了具有修整效率高、方法装置简单、修整质量好等特点以外，它还能对砂轮进行在线连续非线性修锐，使砂轮磨粒获得恒定的突出量，实现稳定、可控、最佳的磨削过程，这大大减少了辅助工作时间，提高加工效率。因此，将在线电解修锐技术应用于高速深磨方法中就可以实现砂轮的在线修锐，使磨粒始终保持锋利状态。在线电解修锐技术在精密超精密镜面加工领域已得到比较成熟的发展，但在高效加工尤其是高速深磨领域的研究却基本上是空白。美国著名学者Zhang B.等的研究表明在线电解修锐技术的连续和高效性仅能在普通磨削中实现，当应用在高速深磨时，还存在以下3几个问题 1)当砂轮线速度超过20m/s时，修锐效率及修锐效果就会急剧下降，这是由于高速旋转的砂轮周围存在高压气流屏障，阻碍电解液进入修锐区而引起电解液供应不足造成的。 2)砂轮线速度与材料磨除率的大幅提高使砂轮与工件之间的摩擦作用更加频繁、剧烈，这将使砂轮表面的电解产物被实时去除，砂轮表面上难以形成致密、连续的氧化膜，电解修锐进程难以实现自适应调控，磨削过程也就无法持续稳定地进行。 3)砂轮的磨削性能主要由修锐效果所左右，这可用磨粒突出于结合剂基面的高度来评价。研究表明，磨粒突出高度存在一最佳值，一般来说，金属结合剂金刚石砂轮修锐，以磨粒有d/3-d/2(dg为磨粒平均直径)的突出高度为宜。在传统ELID磨削所用砂轮的磨粒非常小(亚微米级)，相应的最佳磨粒突出高度就更小，仅需较短的时间(30分钟左右)即可完成电解预修锐；而在高速深磨ELID中，所用砂轮的磨粒较大(lOOym以上)，相应的最佳磨粒突出高度可达几十微米左右。在ELID预修锐过程中，随着磨粒突出高度的增加，砂轮表面的氧化膜也相应增厚，氧化膜的电阻亦增加，电解电流随之急剧减小，电解预修锐效率急剧下降，预修锐时间更进一步增加，甚至使电解无法持续进行。
技术实现思路
为了克服现有的硬脆难加工材料的高速深磨时超硬磨料砂轮修整困难的不足，本专利技术提供，该方法能实现金属结合剂超硬磨料砂轮的在线电解修锐，并可实现修锐进程的自适应调节，使砂轮始终保持最佳的切削状态，进而使磨削力减小，并可改善工件的表面质量。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是，采用的磨削装置中，砂轮中心位置设有与之旋转接触的电刷，该电刷与电源正极相连，砂轮周向工作面上端装有封闭式电解电极，该电极与该电源负极相连，所述砂轮与电极之间设有间隙，其特征在于，磨削时电解液通过封闭式电解电极注入此间隙；具体方法步骤为 a、将砂轮安装完毕后，对砂轮进行整形，直至其圆度误差不超过10iim为止； b、开启电源，并向砂轮与电极之间的间隙部位喷浇电解液，进行电解预修锐，砂轮线速度为30m/s 160m/s，直到电解预修锐电流降至一常数，氧化膜形成，再关闭电源，停止供给电解液，电解参数如下 电解频率为lOKHz 500KHz ;电解电压为60V 120V ;占空比为10% 90% ; c、对砂轮进行机械修锐，去除氧化膜，直至砂轮磨粒的突出高度达到磨粒平均直径的l/3 l/2，否则转步骤b; d、再开启电源，根据下列数学模型来设置电解参数，并向砂轮与电极之间的间隙部位喷浇电解液，保持电解参数不变，对工件进行在线电解修锐高速深磨磨削，直至电解电流稳定，即磨削过程稳定；<formula>formula see original document page 4</formula> 其中，；为电解电流(A)， R。为占空比，n为金属离子化学价，P为金属结合剂材 料密度(g/mm3) ，F为法拉第常数，、为磨粒磨耗磨损在磨粒总磨损中占有的份额，Vw为单位 时间工件材料磨除体积(mm3/s) ， Vg为磨料含量(g/mm3) ， A s为相邻磨粒平均间距(mm) ， G 为磨削比，&为体积修正因子，《磨粒球体的外接正方体的边长mm，M为摩尔质量(g/mol); n为电流效率，Pd为人造金刚石密度。 所述硬脆难加工材料的工件硬度为HV1000 3000，所用砂轮为金属结合剂砂轮。 所述砂轮3与电极1之间的间隙为0. 5mm lmm。 其中步骤a中所述对砂轮进行整形采用的是电火花-机械复合整形法。 步骤c中所述对砂轮进行机械修锐的材料为金刚石或200#氧化铝油石。 与非在线电解修锐高速深磨磨削相比，本专利技术的有益效果是1、将在线电解修锐 磨削与高速深磨磨削复合起来，实现硬脆难加工材料的高速高效加工，使得磨削方法磨削 过程中比磨削力较低，为非在线电解修锐磨削方法的3/4，工件表面粗糙度较好、工件微观 表面质量良好； 2、在预修锐阶段增加了机械修锐，以及时去除电解氧化膜，提高修锐效率； 3、利用所建的数学模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硬脆难加工材料的在线电解修锐高速深磨磨削方法，采用的磨削装置中，砂轮（３）中心位置设有与之旋转接触的电刷（２），该电刷（２）与电源（１）正极相连，砂轮（３）周向工作面上端装有封闭式电解电极（１），该电极（１）与该电源（５）负极相连，所述砂轮（３）与电极（１）之间设有间隙，其特征在于，磨削时电解液通过封闭式电解电极（１）注入此间隙；具体方法步骤为：ａ、将砂轮（３）安装完毕后，对砂轮（３）进行整形，直至其圆度误差不超过１０μｍ为止；ｂ、开启电源（５），并向砂轮（３）与电极（１）之间的间隙部位喷浇电解液，进行电解预修锐，砂轮（３）线速度为３０ｍ／ｓ～１６０ｍ／ｓ，直到电解预修锐电流降至一常数，氧化膜形成，再关闭电源（５），停止供给电解液，电解参数如下：电解频率为１０ＫＨｚ～５００ＫＨｚ；电解电压为６０Ｖ～１２０Ｖ；占空比为１０％～９０％；ｃ、对砂轮（３）进行机械修锐，去除氧化膜，直至砂轮（３）磨粒的突出高度达到磨粒平均直径的１／３～１／２，否则转步骤ｂ；ｄ、再开启电源（５），根据下列数学模型来设置电解参数，并向砂轮（３）与电极（１）之间的间隙部位喷浇电解液，保持电解参数不变，对工件（４）进行在线电解修锐高速深磨磨削，直至电解电流稳定，即磨削过程稳定；Ｉ↓［ｐ］Ｒ↓［ｃ］＝ｎρＦｋ↓［ｗ］Ｖ↓［ｗ］Ｖ↓［ｇ］（λ↓［ｓ］↑［２］－ｄ↓［ｇ］↑［２］）／ηρ↓［ｄ］Ｇｆ↓［１］ｄ↓［ｇ］↑［２］Ｍ其中，Ｉ↓［ｐ］为电解电流（Ａ），Ｒ↓［ｃ］为占空比，ｎ为金属离子化学价，ρ为金属结合剂材料密度（ｇ／ｍｍ↑［３］），Ｆ为法拉第常数，ｋ↓［ｗ］为磨粒磨耗磨损在磨粒总磨损中占有的份额，Ｖ↓［ｗ］为单位时间工件材料磨除体积（ｍｍ↑［３］／ｓ），Ｖ↓［ｇ］为磨料含量（ｇ／ｍｍ↑［３］），λ↓［ｓ］为相邻磨粒平均间距（ｍｍ），Ｇ为磨削比，ｆ↓［ｌ］为体积修正因子，ｄ↓［ｇ］磨粒球体的外接正方体的边长（ｍｍ），Ｍ为摩尔质量（ｇ／ｍｏｌ），η为电流效率，ρ↓［ｄ］为人造金刚石密度；所述硬脆难加工材料的工件硬度为ＨＶ１０００～３０００，所用砂轮为金属结合剂砂轮。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：尚振涛，盛晓敏，谢桂芝，宓海青，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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