一種短脈沖電熔排屑冷卻的智能磨削裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及超硬金剛石砂輪的精密磨削加工領(lǐng)域，具體涉及一種模具鋼、工程陶瓷、硬質(zhì)合金等硬脆性材料的精密放電磨削加工技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]模具鋼、工程陶瓷、硬質(zhì)合金等高性能導(dǎo)電硬脆材料具有廣泛的應(yīng)用，其硬度較高，斷裂韌性低，難以加工且不易獲得高質(zhì)量的表面。傳統(tǒng)的機(jī)械切削加工不僅對刀具的綜合性能要求很高，還存在著切削力大、切削溫度高、加工表面質(zhì)量差等問題。針對這些導(dǎo)電硬脆性材料，近年來出現(xiàn)了許多新的加工方法，如電火花放電加工、激光加工、電化學(xué)腐蝕加工整等方法，但這些加工方法的表面加工質(zhì)量低，生產(chǎn)成本高，而且有難處理的腐蝕液和冷卻液。
[0003]因此，采用一種短脈沖放電的磨削方法，利用砂輪的金屬結(jié)合劑與切肩之間產(chǎn)生的脈沖電火花放電將切肩熔斷，使得熔斷的切肩隨高速旋轉(zhuǎn)的砂輪排出，減小切肩在磨粒切削區(qū)域的堆積和滑擦，從而減小磨削加工過程中的磨削力和磨削溫度，從而提高材料表面的加工質(zhì)量，開發(fā)一種環(huán)保無污染的磨削加工方法。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服傳統(tǒng)的磨削加工過程中磨削溫度高、磨削力大、磨削冷卻液污染環(huán)境，表面加工質(zhì)量較差等缺點(diǎn)，提出一種短脈沖電熔排肩冷卻的智能磨削裝置，可以用來對模具鋼、工程陶瓷、硬質(zhì)合金等高性能導(dǎo)電硬脆材料進(jìn)行精密干放電磨削加工。該智能磨削裝置不需要磨削液，是一種綠色環(huán)保的磨削加工裝置，同時也提供了一種放電波形、磨削溫度和磨削力在線采集系統(tǒng)。該裝置能夠通過采集的放電參數(shù)自適應(yīng)反饋調(diào)節(jié)脈沖電源的輸出電壓、電流等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能的放電磨削加工。
[0005]本實(shí)用新型可通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種短脈沖電熔排肩冷卻的智能磨削裝置，包括固定在數(shù)控磨床的砂輪軸上金剛石砂輪、脈沖電源、固定在數(shù)控磨床的水平工作臺上的測力儀傳感器、設(shè)置于工件的小孔內(nèi)用于測量加工溫度的熱電偶、電壓傳感器、電流傳感器、溫度采集卡、電荷放大器、測力儀、數(shù)字示波器、放電參數(shù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述金剛石砂輪為金屬結(jié)合劑金剛石砂輪，所述脈沖電源正極接砂輪，負(fù)極接工件，形成放電回路，所述電壓傳感器和電流傳感器分別將采集的放電回路的放電電壓、電流波形經(jīng)數(shù)字示波器儲存于顯示終端，所述熱電偶通過溫度采集卡連接顯示終端，所述測力儀傳感器通過電路依次連接電荷放大器、測力儀和顯示終端，所述放電參數(shù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于根據(jù)顯示終端將所采集的電壓、電流波形特征轉(zhuǎn)化而成的峰值電流、脈沖持續(xù)時間等脈沖放電參數(shù)來自適應(yīng)地調(diào)節(jié)脈沖電源的電壓及電流值，從而實(shí)現(xiàn)智能的放電磨削加工。
[0007]進(jìn)一步地，所述脈沖電源的開路電壓為20V-25V，占空比為40%_50%，頻率為4000Hz -5000Hz，脈沖火花放電的放電間隙為0~150微米，脈寬為10~100微秒，電流為0~10安。
[0008]進(jìn)一步地，所述金剛石砂輪的轉(zhuǎn)速為20~50米/秒，進(jìn)給深度為1~10微米，進(jìn)給速度為100~500毫米/分。
[0009]進(jìn)一步地，所述的工件的材料為模具鋼、硬質(zhì)合金、鈦合金或鋁基碳化硅陶瓷。
[0010]進(jìn)一步地，所述金剛石砂輪的金屬結(jié)合劑為青銅結(jié)合劑，金剛石磨粒和青銅結(jié)合劑組成金剛石砂輪。
[0011]本實(shí)用新型將金剛石砂輪固定在數(shù)控磨床的砂輪軸上，導(dǎo)電硬脆材料工件放置在測力儀傳感器上并一起固定在數(shù)控磨床的水平工作臺上，將熱電偶放置在工件的小孔內(nèi)，金剛石砂輪、工件和脈沖電源形成放電回路，脈沖電源正極接砂輪，脈沖電源負(fù)極接工件；金剛石砂輪在導(dǎo)電材料表面作直線往復(fù)運(yùn)動，當(dāng)金剛石磨粒切削工件時，卷起的切肩會與砂輪的金屬結(jié)合劑之間產(chǎn)生脈沖電火花放電，電火花放電會瞬間熔斷切肩(如圖3所示)，熔斷的切肩會隨高速旋轉(zhuǎn)的砂輪排出，從而減少切肩在磨粒切削區(qū)域的堆積和滑擦，導(dǎo)致磨削加工過程中磨削力和磨削溫度的下降，達(dá)到排肩冷卻的目的，提高材料表面的加工質(zhì)量；在放電磨削過程中，通過電流傳感器、電壓傳感器和數(shù)字示波器可以在線采集電流和電壓波形，通過熱電偶、溫度采集卡和顯示終端可以實(shí)時采集磨削溫度，通過力傳感器、電荷放大器、測力儀和顯示終端可以實(shí)時采集磨削力。
[0012]金剛石砂輪在導(dǎo)電硬脆材料表面作直線往復(fù)運(yùn)動，與導(dǎo)電硬脆材料進(jìn)行接觸放電磨削；金剛石砂輪速度為20~50米/秒，進(jìn)給深度為1~10微米，進(jìn)給速度為100~500毫米/分，脈沖電源的開路電壓為20 V -25V，占空比為40~50%，頻率為4000~5000Hz。
[0013]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)在20~25V開路電壓下，金剛石砂輪與導(dǎo)電硬脆材料之間能夠產(chǎn)生均勻持續(xù)的脈沖電火花放電，使得切肩迅速熔斷隨高速旋轉(zhuǎn)的砂輪排出，與傳統(tǒng)的機(jī)械磨削方法相比，可以減小磨削力和磨削溫度。
[0015](2)與傳統(tǒng)的機(jī)械磨削方法相比，不需要外加冷卻液，是一種成本較低且綠色環(huán)保的磨削方法。
[0016](3)與傳統(tǒng)的機(jī)械磨削方法相比，能夠通過放電參數(shù)反饋系統(tǒng)智能調(diào)節(jié)脈沖電源參數(shù)，從而獲得更高質(zhì)量的表面。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為機(jī)械磨削中切肩形成示意圖。
[0019]圖3為放電磨削中切肩形成示意圖。
[0020]圖中所示為:1_金剛石砂輪；2-工件；3_熱電偶；4_測力儀傳感器；5_水平工作臺；6_溫度米集卡；7_電荷放大器；8_測力儀；9-顯不終端；10_脈沖電源；11_電流傳感器；12_電壓傳感器；13_數(shù)字示波器；14_放電參數(shù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)；15_金剛石磨粒；16_金屬結(jié)合劑；17_切肩；18-脈沖電火花放電；19-熔斷的切肩。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為更好理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明，但是本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
[0022]如圖1所示，一種短脈沖電熔排肩冷卻的磨削裝置，包括固定在數(shù)控磨床的砂輪軸上金剛石砂輪1、脈沖電源10、固定在數(shù)控磨床的水平工作臺5上的測力儀傳感器4、設(shè)置于工件2的小孔內(nèi)用于測量加工溫度的熱電偶3、電壓傳感器12、電流傳感器11、溫度采集卡6、電荷放大器7、測力儀8、數(shù)字示波器13，所述金剛石砂輪I為金屬結(jié)合劑金剛石砂輪，所述脈沖電源10正極接砂輪1，負(fù)極接工件2，形成放電回路，所述電壓傳感器12電流傳感器11分別將采集的放電回路的電壓、電流波形經(jīng)數(shù)字示波器13輸送并儲存在顯示終端9，所述熱電偶3通過溫度采集卡6連接顯示終端9，所述測力儀傳感器4通過電路依次連接電荷放大器7、測力儀8和顯示終端9，所述放電參數(shù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)14用于根據(jù)顯示終端9將所采集的電壓、電流波形特征轉(zhuǎn)化成的峰值電流、脈沖持續(xù)時間等脈沖放電參數(shù)來自適應(yīng)地調(diào)節(jié)脈沖電源10的電壓及電流值，從而實(shí)現(xiàn)智能的放電磨削加工。
[0023]操作過程中，將金剛石砂輪I固定在數(shù)控磨床的砂輪軸上，導(dǎo)電硬脆材料工件2放置在測力儀傳感器4上并一起固定在數(shù)控磨床的水平工作臺5上，將熱電偶3放置在工件2的小孔內(nèi)(貼近工件表面)，金剛石砂輪1、工件2和脈沖電源10形成放電回路，脈沖電源正極接砂輪I，脈沖電源負(fù)極接工件2 ;金剛石砂輪I在導(dǎo)電材料2表面作直線往復(fù)運(yùn)動，金剛石砂輪I的金屬結(jié)合劑16與工件2間的微米尺度空間為5-200微米，所述金屬結(jié)合劑16與工件切肩間微米尺度的放電間隙為2-150微米。
[0024]當(dāng)金剛石磨粒15切削工件2時(如圖2所示)，卷起的切肩17會與金剛石砂輪I的金屬結(jié)合劑16之間產(chǎn)生脈沖電火花放電18，電火花放電會瞬間熔斷切肩17(如圖3所示)，熔斷的切肩19會隨高速旋轉(zhuǎn)的砂輪I排出，從而減少切肩17在磨粒切削區(qū)域的堆積和滑擦，導(dǎo)致磨削加工過程中磨削力和磨削溫度的下降，達(dá)到排肩冷卻的目的，提高材料表面