[发明专利]一种高切向磨削力与低法向磨削力的磨削工具

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工具，属于难加工材料高效精密磨削技术领域。针对传统磨削加工中，高法向磨削力与低切向磨削力导致材料磨除率低、磨具与工件损伤变形、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，发明了一种“类防弹衣原理”‑磨粒在冲击载荷下产生“集群效应”使切向磨削力瞬间增大而法向磨削力瞬间减小的新型磨削工具。新型磨具由配合环、基体环和具有“磨粒集群效应”的磨料层三部分组成。通过热固结方法将磨料层固结于基体环，并装配到配合环，从而制成高精度、高自锐性的新型磨具。本发明可实现硬脆材料或航空航天复合材料等难加工材料的高切向磨削力与低法向磨削力的高效、高精度、高表面完整性的磨削加工。

技术领域

本发明涉及一种新型磨削工具，尤其是一种针对难加工材料的高切向力与低法向力的磨削工具，属于难加工材料高效精密磨削技术领域。

背景技术

传统磨削技术采用表面具有许多细小且极硬磨料的磨具对工件表面进行加工。由于磨具较大的负前角和刃口圆弧半径，切削深度非常小，工件表面材料产生弹性变形，随着挤入深度的增大，磨粒与工件表面的压力逐渐变大，工件表面材料开始产生塑性变形，继续加大切入深度，工件表面部分材料开始沿剪切面滑移并形成磨屑。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，由于磨粒几何形状和工作角度的随机性，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。

本发明针对当前难加工材料磨削加工过程中磨具易阻塞、磨削工件表面完整性差、磨削烧伤频繁等问题，通过改变传统砂轮磨削过程中切向磨削力与法向磨削力的特性，发明一种“类防弹衣”式的高切向力与低法向力的新型磨削工具，并给出了磨具的组织结构与成份及其制造工艺。新型磨具的磨削过程原理如下：工件表面微凸峰与磨具高速下发生摩擦、碰撞、挤压，对磨具产生“冲击载荷”，使受冲击区域中磨粒瞬间产生“集群效应”，从而瞬间增大磨具的切向磨削力并降低法向磨削力（类似于子弹冲击防弹衣的原理）；磨削过程中，磨具中的添加物会不断地向磨削液中溶解并扩散，在工件表面产生具有氧化性和碱性（或酸性）的工作液环境，形成活化性工件表面和磨料表面；然后，通过磨粒与工件之间的接触、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“集群效应”的磨粒与工件表面的固相化学反应，形成工件表面的“软化层”，在进一步的磨削过程中，“集群效应”的磨粒在高切向磨削力与低法向磨削力的方式下，快速去除“软化层”，而不会在工件表面产生严重机械损伤；此后，工件表面又会暴露在工作液环境中，继续产生固液化学反应生成“软化层”，而脱落的磨粒以及去除的材料会一同随工作液排走，反复进行以上过程，实现难加工材料的高效、精密、高表面完整性磨削加工。

本发明的新型磨削工具具有高材料去除率、良好的磨削自锐性、高磨削工件表面完整性等特点。

发明内容

发明的一种高切向磨削力与低法向磨削力的磨削工具，其组织结构与成分及其制造工艺为：

(1)磨削工具由配合环-Ⅰ、基体环-Ⅱ、磨料层-Ⅲ组成；配合环和基体环的材料为铝合金、低碳钢或者不锈钢；磨料层由磨料、填充物、粘结剂、分散相、分散介质、高性能纤维织物、气孔组成；填充物由氧化剂、活化剂、PH调节剂组成。