[发明专利]一种高切向磨削力与低法向磨削力的磨削方法

说明书

本发明公开一种高切向磨削力与低法向磨削力的磨削方法，属于难加工材料高效精密磨削技术领域。为解决磨削难加工材料过程中材料磨除率低、磨削工件表面完整性差、砂轮阻塞、磨削烧伤频繁等问题，采用“类防弹衣原理”‑磨粒在冲击载荷下产生“集群效应”的新型磨削工具，作用于工件表面微凸峰处，使磨粒产生“集群效应”，使切向磨削力瞬间增大而法向磨削力瞬间减小，同时利用磨具中填充物向磨削液溶解扩散，产生具有氧化性和非中性的工作液环境，形成活性化工件表面和磨料表面，在多能量场的耦合下，以高切向磨削力与低法向磨削力的磨削方式去除工件表面材料。本发明可用于高能束流快速增材制造新型航空航天复合材料的高效精密高表面完整性磨削，也可用于难加工硬脆材料的低/无损伤磨削加工。

技术领域

本发明涉及一种高切向磨削力与低法向磨削力的新型磨削方法，属于难加工材料高效精密磨削技术领域。

背景技术

磨削技术广泛的应用于航空航天、机械工业、汽车、船舶、模具工业、半导体制造、光伏产业等行业中，是重要的高效精密加工技术。在德国、日本、美国等发达国家中，磨料、磨具与磨削装备占据机械制造领域的总生产成本的30%以上。在高精密仪器仪表、机械工具以及汽车模具生产企业中，磨削技术与设备投资成本甚至占到总投资的50%以上，成为最重要的加工手段。

磨削采用表面具有许多细小且极硬磨料的磨具高速去除工件材料。由于磨具较大的负前角和刃口圆弧半径，在磨削过程中，与其它切削加工相比，产生的总磨削力非常大，总磨削力又可分解为切向磨削力、法向磨削力和轴向磨削力，三向分力中，法向磨削力总是最大，通常情况下，法向磨削力大约是切向磨削力三倍左右。然而，从材料磨削去除机理角度分析，高的法向磨削力和低的切向磨削力是导致材料磨除率低、磨具与工件损坏变形、磨削震动、砂轮阻塞、工件表面完整性差以及磨削烧伤频繁等问题的主要成因。特别对于硬脆材料或者航空航天新型复合材料的磨削加工，法向磨削力比普通材料高数倍乃至百倍，难以提高磨削效率和磨削质量。在磨削加工过程中，降低法向磨削力以及提高切向磨削力，甚至，能够实现高切向磨削力与低法向磨削力加工，将是解决高效率高表面完整性磨削的重要突破口。

本发明针对传统磨削过程中高法向磨削力与低切向磨削力的特性，提出一种“类防弹衣原理”-高切向磨削力与低法向磨削力的磨削方法。利用“类防弹衣”式的特制磨具，使高速运动磨具磨粒与工件表面微凸峰发生接触、碰撞、挤压，形成类似高速飞行子弹冲击防弹衣的作用原理，使受冲击区域的磨粒瞬时产生“集群效应”，形成反向冲击载荷的阻抗力，使切向磨削力瞬时增大而法向磨削力瞬时减小，同时利用磨具中填充物向磨削液溶解扩散，产生具有氧化性和非中性的工作液环境，形成活性化工件表面和磨料表面，在多能量场的耦合下，以高切向磨削力与低法向磨削力的磨削方式去除工件表面材料。

发明内容

本发明针对当前磨削难加工材料加工过程中材料去除率低、砂轮易阻塞、磨削工件表面完整性差、磨削烧伤频繁等问题，提出一种利用“类防弹衣原理”-磨粒在冲击载荷下产生“集群效应”的特制磨削工具进行高切向磨削力与低法向磨削力的磨削方法，实现难加工材料的高效、精密、高表面完整性磨削加工。

发明的一种高切向磨削力与低法向磨削力磨削方法，所使用的特制磨削工具其磨料层的组织成分由磨料、气孔、填充物、分散介质、分散相、粘结剂、高性能纤维织物组成；填充物由氧化剂、活化剂、PH调节剂组成。磨料选用金属氧化物磨料、碳化硅、石榴石或金刚石，粒度为1-200 μm。填充物中的氧化剂和活化剂选用过氧化钠、次氯酸钠、高锰酸钾或者过氧化钙。PH调节剂选用强酸弱碱盐或强碱弱酸盐，如碳酸钠、碳酸钾或者碳酸氢钠。分散介质选用乙二醇（EG）、丙二醇（PG）、丁二醇（BG）、聚乙二醇（PEG）或者矿物油。分散相选用碳酸钙、二氧化硅、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），粒径小于1 μm。粘结剂选用陶瓷、金属、树脂或者橡胶。高性能纤维织物选用芳纶纤维（Kevlar）、超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）、尼龙（Nylon）、聚对苯撑苯并双口恶唑纤维（PBO）、聚酰亚胺纤维（PI）或蜘蛛丝纤维。

一种高切向磨削力与低法向磨削力的磨削方法，具体磨削过程如下：