[发明专利]一种高切向磨削力与低法向磨削力的磨削方法

摘要

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。

主权项

1.一种高切向磨削力与低法向磨削力的磨削方法，其特征在于，所述方法通过以下步骤实现：(1) 将特制磨削工具安装在高强度精密磨床主轴上，利用固定在磨床夹持工作台上的修整工具对磨具进行初始修整，所述特制磨削工具的磨料层的组织成分由磨料（1.1）、气孔（1.2）、填充物（1.3）、分散介质（1.4）、分散相（1.5）、粘结剂（1.6）、高性能纤维织物（1.7）组成；填充物（1.3）由氧化剂、活化剂、PH调节剂组成；磨料（1.1）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（1.3）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调节剂选用碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢钠；分散介质（1.4）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（1.5）选用碳酸钙、二氧化硅、聚苯乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），粒径小于1 μm；粘结剂（1.6）选用陶瓷、金属、树脂或者橡胶；高性能纤维织物（1.7）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（PI）或蜘蛛丝纤维；(2) 修整完成后，将修整工具取下，然后将工件固定在工作台上；控制磨具速度为35 m/s以上，控制磨削进给速度为500‑10000 mm/min，采用水基或者油基冷却液，控制冷却液的流量为1‑100 L/min，使修整后的特制磨削工具在高速旋转下与工件表面接触，开始磨削；(3) 工件表面微凸峰处与磨具产生接触、摩擦、碰撞，对磨具接触区域产生冲击载荷，在高性能纤维织物（1.7）中分散介质（1.4）与分散相（1.5）的作用下，使受冲击区域的磨料（1.1）瞬间产生“集群效应”，瞬时微加工区域形成“子弹冲击防弹衣”式超高摩擦系数接触，从而使切向磨削力瞬间变大而法向磨削力瞬间减小；(4) 同时，由于磨具的磨损和自锐，磨具中的填充物（1.3）不断地向冷却液中溶解并扩散，在工件表面产生具有氧化性和非中性的工作液环境，活化工件表面；通过磨料（1.1）与工件之间接触、碰撞、摩擦和热作用激发或强化工件表面与工作液的固液化学反应，以及磨料（1.1）与工件表面的固相化学反应，使工件表面不断产生软化的化学反应膜（2.1）；(5) 在进一步的磨削过程中，“集群效应”的磨料（1.1）以高切向磨削力和低法向磨削力的方式快速去除化学反应膜（2.1），使工件表面原始材料重新暴露，继续进行固液化学反应或者固相化学反应并生成新的化学反应膜（2.1），而脱落的磨料（1.1）和去除的材料随工作液一起排走，反复进行以上过程，实现磨削加工。