[发明专利]一种基于热力控制的金属光滑磨削方法

说明书

本发明公开了一种基于热力控制的金属光滑磨削方法，包括步骤：利用铁电极对砂轮环面上的金刚石进行机械热化学修平，使金刚石修平面积s_c大于金刚石截面积的1/4；金刚石砂轮以径向进给方式移动，控制机床运动参数使金刚石的实际切除深度h_r大于磨粒耕犁‑切削临界转换深度h_cr，利用金刚石对金属工件表层材料进行碾压切削；当完成一次径向进给时，金刚石砂轮沿垂直砂轮切削方向移动并依次循环完成磨削加工。本发明无需反复修锐金刚石砂轮，只需通过控制机床运动参数，利用砂轮环面上修平的金刚石进行碾压切削即可获取良好的工件表面完整性，而且修平的金刚石不易脱落和石墨化，可满足难切削金属工件的高效、高表面质量磨削要求。

技术领域

本发明涉及金刚石砂轮磨削技术领域，具体涉及一种基于热力控制的金属光滑磨削方法。

背景技术

难切削金属材料如钛合金、模具钢广泛应用于航空航天、精密装备制造、汽车和医疗等领域，其加工技术往往代表或制约着一个国家机械工业和其他相关产业的发展水平。在难切削金属材料的精密磨削中，磨粒出刃特征参数是影响工件表面加工质量、砂轮磨损、材料去除的关键因素，所以通常采用粒度小于50μm的硬度仅次于金刚石但对铁族金属及其合金具有化学惰性的CBN砂轮以满足表面质量、加工精度要求，但因砂轮易磨损，难以实现高效率加工，而且过程中须采用切削液以防止工件表面产生的热损伤。

为解决该问题，“一种粗金刚石砂轮的镜面磨削方法”，【专利号：CN201810088140.7，申请日期：2018.01.30】专利中公开了利用修平的粗金刚石砂轮镜面磨削金属材料的方法，其原理是：利用修平后的粗金刚石砂轮以轴向、小切深缓进给方式对金属工件表面进行干磨削，以获取良好的工件表面加工质量。然而，该技术存在以下不足：

1.尚未考虑磨削难切削金属工件时由瞬时高温和磨削力引起的金刚石石墨化磨损问题，磨粒磨损会直接影响工件表面完整性；

2.轴向进给方式下工件表层材料与修平金刚石间的持续接触时间长，而且小切深缓进给易使修平金刚石与工件表面形成滑擦、耕犁，这些因素将导致工件表层热损伤，尤其在干磨削中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于热力控制的金属光滑磨削方法，该方法无需采用切削液，只需通过控制机床运动参数使金刚石的实际切除深度大于磨粒耕犁-切削临界转换深度，利用砂轮环面上修平的金刚石以径向进给方式进行碾压切削即可获取良好的工件表面完整性，而且通过控制金刚石的修平面积，可使金刚石在磨削过程中不易发生脱落和石墨化。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种基于热力控制的金属光滑磨削方法，包括以下步骤：

砂轮修整阶段，利用铁电极对砂轮环面上的金刚石进行机械热化学修平，使金刚石修平面积s_c大于金刚石截面积的1/4；

光滑磨削阶段，金刚石砂轮以径向进给方式移动，控制机床运动参数使金刚石的实际切除深度h_r大于磨粒耕犁-切削临界转换深度h_cr，利用金刚石对金属工件表层材料进行碾压切削；

当完成一次径向进给时，金刚石砂轮沿垂直砂轮切削方向移动距离10～100μm后再次进行加工，依次循环最终使金属工件表面逐渐形成光滑、平整的宏观镜面。

本方案将金刚石修平面积s_c控制在大于金刚石截面积1/4是因为金刚石表层温升速率、工件表层温升值均与金刚石修平面积相关，利用修平金刚石良好的导热性能可有效避免磨削中金刚石表层出现石墨化磨损，而且磨削区大部分热量由金刚石修平面导出，可防止工件表层热损伤。