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0引言

     金剛石等超硬磨料砂輪的深切磨削、超高速磨削和快速點(diǎn)磨，不僅實(shí)現(xiàn)了高效率和高表面完整性加工，而且還能得到高精確度尺寸。然而，由于超硬磨料的硬度和金屬結(jié)合劑的韌性，用傳統(tǒng)的機(jī)械修整方法，修整工具磨損快、修整時(shí)間長，很難滿足修整質(zhì)量和效率的要求，磨粒突出高度不夠。使磨削中的磨削條件惡化、磨削力滋大、磨削遠(yuǎn)溫度升高、砂輪的壽命降低，導(dǎo)致工件表面完整性下降。為了解決傳統(tǒng)的砂輪修整問題，研究人員提出了改進(jìn)方法，例如，GC杯型砂輪修整方法、軟彈性修整方法、游離磨料修銳法等，針對(duì)金屬結(jié)合荊開發(fā)了電火花修整法和在線電解修整法等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，存在著修整工具損耗大，設(shè)備復(fù)雜、修整效果不理想和修整的綜合成木較高等問題。因此，需要一種效率高、消耗少、簡單實(shí)用的方法來彌補(bǔ)這些不足。激光修整方法作為一種非接觸修整方法，無機(jī)械力作用，利用激光束在砂輪表面快速掃描，在不損傷磨料的情況下，使結(jié)合劑直接氣化或者熔化后被吹除，這樣可簡化復(fù)雜的修銳工藝，提高生產(chǎn)效率.

國內(nèi)外對(duì)超硬磨料砂輪的激光修銳開展了理論與試驗(yàn)研究，并在樹脂結(jié)合劑砂輪修銳方面取得較大進(jìn)展。由于樹脂結(jié)合劑的分解溫度（350℃左右）與金剛石磨料的熔點(diǎn)（3000℃以上）相差懸殊，可以通過控制激光參數(shù)將樹脂結(jié)合劑氣化去除來達(dá)到修銳目的。而金屬結(jié)合劑的氣化退度與金剛石磨料的破壞溫度接近。結(jié)合劑的熔化排除困難，因此，激光修銳金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪難度較大。與樹脂磨料砂輪的激光氣化去除結(jié)合劑原理不同，金屬結(jié)合劑金剛石砂輪激光修整，主要在金屬結(jié)合劑的熔化狀態(tài)下進(jìn)行修銳，對(duì)熔化狀態(tài)結(jié)合劑的去除成為激光修銳金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的關(guān)鍵。有報(bào)道對(duì)金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪進(jìn)行了初步研究，由于在去除過程中排除的金屬結(jié)合劑對(duì)已修銳表面存在嚴(yán)重的熔化重凝賈蓋，金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪的激光修銳效果不明顯，國外學(xué)者采用激光輔助金剛石筆修整砂輪的方法，提高了激光輔助修銳的效果；國內(nèi)學(xué)者采用激光修銳后對(duì)磨方法。去除熔化結(jié)合荊的重凝覆蓋層，雖有修銳效果，但是，在應(yīng)用中難以控制。

本文采用輔助交叉吹氣法，改善金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪的激光修銳T藝，同時(shí)，對(duì)青銅結(jié)合荊金剛石砂輪樣件進(jìn)行修銳后的磨削力在線淵量，以得到穩(wěn)定，明顯的激光修銳效果。

1、基本原理

激光對(duì)青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的修銳作用與一般激光加工原理相同：被照射材料吸收激光光能，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁共牧蠝囟壬撸瑢?dǎo)致被照射區(qū)域的熔化或氣化，激光修銳砂輪時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)把激光束聚焦成較小的光斑作用于砂輪表面，在較短的時(shí)間內(nèi)使砂輪局部表面的材料熔化或氣化。

由于金剛石磨料和青銅結(jié)合劑材料的物理性能差異，金剛石的熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率高于結(jié)合劑材料，在相同的激光作用時(shí)間內(nèi)。金剛石達(dá)到熔點(diǎn)所需的激光功率密度比青銅結(jié)合劑材料高，且金剛石磨料透光波段為0.225～100微米，對(duì)于波長為1.06微米的YAG激光器來說，激光照射在金剛石磨料表面時(shí)，除少量激光能量反射外，大部分能量將透過金剛石磨料作用在結(jié)合劑上。

因此，利用脈沖激光進(jìn)行超硬磨料砂輪修銳時(shí)，通過控制激光修銳參數(shù)，可以選擇性地去除結(jié)合剎材料，在不損傷超硬磨粒的前提下，使磨粒暴露出來，在砂輪表面形成一定的容屑空間，提高磨料的磨削性能，實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪的激光修銳。

2、輔助交叉吹氣方法

通常情況下，脈沖激光修銳砂輪時(shí)，光束以一定的重疊率和掃描速度對(duì)砂輪表面進(jìn)行快速掃描（圖1)。當(dāng)脈沖激光束照射砂輪表面時(shí)，金屬結(jié)合劑被熔化。利用激光頭內(nèi)輔助同軸氣體，吹除熔化與氣化的多種混合物。同軸氣體吹除熔化物時(shí)，金屬會(huì)向四周噴濺，前一次掃描露出的磨料，會(huì)被后一次掃描時(shí)產(chǎn)生的熔化金屬覆蓋(圖2（a）），結(jié)果只有砂輪表面邊緣有磨粒暴露出來(圖2（b）)。這種條件下修銳的砂輪，表面存在二次熔化金屬覆蓋，修銳效果差。用修銳后砂輪進(jìn)行磨削加工時(shí)，熔化金屬容易轉(zhuǎn)移到工件表面，影響被磨削工件的表面質(zhì)量。

激光修銳時(shí)，青銅結(jié)合劑有以下幾種狀態(tài)：氣化排除、熔化噴濺、顆粒飛濺，以及熔化結(jié)合劑重凝于砂輪表面。當(dāng)激光束照射到砂輪表面時(shí)，砂輪表面溫度開始上升，當(dāng)升到青銅結(jié)合劑的熔點(diǎn)時(shí)，結(jié)合劑開始熔化，且隨著熱量的積累有少量結(jié)合劑氣化離開砂輪表面。與此同時(shí)，等溫面將以一定的速度向材料內(nèi)部傳播。同軸氣體將給熔化金屬一個(gè)向下的壓力，在熔池中形成一個(gè)凹坑，同時(shí)熔池中的熔化金屬被反射出凹坑。當(dāng)沿凹坑側(cè)壁反射氣體的壓力大于凹坑側(cè)面熔化金屬表面張力時(shí)，將有一部分熔化金屬以較高的速度向四周飛濺而出，飛離砂輪表面，這一部分熔化的結(jié)合劑不會(huì)對(duì)砂輪的已修銳表面產(chǎn)生影響。

隨凹坑體積增大，一部分熔化物附著在凹坑壁上。這些結(jié)合劑處于激光照射的能量密度的邊緣，附著在未熔化固體上，表面張力較大，同軸氣體不能排凈所有熔化產(chǎn)物，熔化結(jié)合劑的流動(dòng)重凝覆蓋相鄰已修銳的砂輪表面。即熔化物的流動(dòng)，靠近凹坑內(nèi)側(cè)的熔化金屬在反射氣體的吹動(dòng)下，沿著凹槽側(cè)壁向外流動(dòng)，附著在所形成的凹坑邊緣的四周，覆蓋已加工表面和未加工表面。由于重疊掃描，在凹坑與凹坑之間產(chǎn)生缺口，這樣熔化結(jié)合劑傾向于向已加工表面流動(dòng)覆蓋已加工的凹坑。（見圖3）

在同軸吹氣基礎(chǔ)上，采用輔助側(cè)向吹氣方法，改變?nèi)刍Y(jié)合劑的流動(dòng)和飛濺的方向，使其不影響已修整表面，與同軸氣體共同作用，加大氣流對(duì)熔化結(jié)合劑的排除作用。使反射氣體的壓力大于熔化結(jié)合劑的表面張力，使砂輪表面的熔化物被更有效地排除（見圖4)。