皮秒激光修整平形电镀CBN砂轮试验研究

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立方氮化硼(CBN)砂轮因其高硬度、高韧性、耐高温、热稳定性好及优良的磨削性能已广泛应用于硬脆材料的磨削中。由于磨削过程中的机械效应、化学效应和热效应的作用,导致CBN砂轮在使用一段时间后会发生一定程度的磨损。电镀CBN砂轮因为只有一层镀层,所以修整困难,限制了其进一步拓展与应用。针对电镀CBN砂轮修整困难等问题,本文设计搭建了一套皮秒激光烧蚀试验平台和平形电镀CBN砂轮皮秒激光修整试验平台。并对皮秒激光修整平形电镀CBN砂轮进行了一系列的试验研究,具体工作如下:(1)详细介绍了修整试验中所用的试验材料、主要设备和主要检测仪器。(2)具体分析了CBN砂轮在磨削过程中的磨损机理和常见的失效模式,介绍了平形电镀CBN砂轮的激光修整机理。确定了平形电镀CBN砂轮皮秒激光修整试验方案和工艺参数。(3)进行了结合剂皮秒烧蚀试验与平形电镀CBN砂轮端面扫描烧蚀试验,研究了脉冲激光平均输出功率、激光单脉冲能量、重复扫描次数等试验参数对激光修整的影响规律。试验结果表明激光平均输出功率小于50W时材料表面主要发生弱烧蚀,激光平均输出功率大于50W时材料表面以强烧蚀为主;激光扫描次数增多会导致材料去除量增大,但过高的扫描次数(例如激光平均功率为60W重复扫描12次以上)会使组织改变、相变反应更加强烈,平形电镀CBN砂轮烧蚀区域形成更明显的变质层,砂轮表面生成大颗粒的熔融状液滴,影响砂轮的磨削性能。因此选用激光平均功率Pavg=40W、50W作为激光切向整形功率,选用激光平均功率Pavg=30W作为激光径向修锐功率。(4)利用优化后的工艺参数对平形电镀CBN砂轮进行了切向整形试验与径向修锐试验,当脉冲激光平均输出功率Pavg=50W(对应激光单脉冲能量I=125μJ),重复扫描砂轮表面20分钟时,可以得到平形电镀CBN砂轮的最佳整形效果,CBN磨粒的突出高度较为均匀,砂轮的表面轮廓跳动从修整前的225.35μm降至47.81μm,砂轮的轮廓精度得到有效提高。当脉冲激光平均功率Pavg=30W(对应激光单脉冲能量I=75μJ),离焦量Δ=2mm,重复扫描修锐砂轮8分钟后,砂轮表面CBN磨粒突出均匀,突出高度约为30μm,并且在磨粒尖端形成明显的切削刃,修整效果良好。(5)砂轮的磨削试验表明,修整后的平形电镀CBN砂轮磨削的工件表面划痕间隔规律,粗糙度小。表明了修整后的平形电镀CBN砂轮形成了规则的明显的磨削刃,磨削性能提高。
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