基于激光热辅助的硬脆材料磨削工艺研究

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作为两种典型的硬脆材料,陶瓷和玻璃在工程中的应用日趋广泛。但是其自身的性质决定了其被加工的难度。传统的加工方式很容易在被加工工件上产生崩裂与微裂纹,限制了硬脆材料的广泛使用。本课题分别研究了石英玻璃与高温氧化铝陶瓷在激光热辅助的前提下其磨削性能的变化。石英玻璃在光学仪器上的应用不可或缺,为了提高石英玻璃的加工效率和加工质量,提出了石英玻璃的激光热辅助塑性磨削方法。利用树脂结合剂CBN砂轮对石英玻璃进行激光热辅助磨削,利用激光的加热作用使得石英玻璃的硬度降低、延展性提高,实现石英玻璃的塑性磨削。通过激光热辅助磨削实验研究了激光功率P、进给速度Vw、磨削深度ap以及砂轮线速度Vs对石英玻璃表面粗糙度、亚表面损伤深度以及残余应力的影响。实验结果表明,激光功率在200W左右时,激光热辅助磨削石英玻璃的效果最好,表面粗糙度最小,且有效降低了石英玻璃的微裂纹深度;进给速度增大,磨削速度降低时,表面粗糙度降低;当激光功率达到300W附近及以上时会破坏石英玻璃被加工表面完整性,产生崩裂及裂纹。高温氧化铝陶瓷具有硬度大、耐磨性极好、密度低的特点。在工程应用中所占的比例也逐渐增大。通过激光热辅助磨削氧化铝陶瓷发现,利用激光热辅助磨削氧化铝陶瓷时激光功率(P)与进给速度(本实验用电主轴频率HZ)的比值应小于0.3,激光热辅助磨削的激光功率(本实验室激光器)应小于100W,否则被加热氧化铝陶瓷部分会产生融化、氧化、破裂等现象。激光热辅助磨削后表面粗糙度相比非激光热辅助磨削有显著的降低,且在相同加工条件下,激光热辅助区的磨削去除率明显高于非激光热辅助磨削区。
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