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宝石、玻璃及瓷质砖、花岗石、大理石、工程陶瓷等硬脆材料具有高强度、高硬脆等特点,广泛应用于装饰品、建筑、建材及精密加工等行业,但在机械加工过程中,由于其低塑性、易硬脆破坏和产生微裂纹等特点,加工工艺性差、加工成本较高。越来越多的专家选择砂带磨削实现对硬脆材料的加工,传统的砂带如碳化硅,氧化铝甚至氧化锆砂带可以实现对一般硬脆材料的加工,但损耗大,污染严重,在宝石加工中大量的粉尘对工人健康造成很大危害,极易导致“砂肺病”的发生。
本论文在国家科技部科研院所技术开发专项(项目名称:金刚石柔性磨轮的研制,项目编号:NCSTE—2007-JKZX—060)资金资助下,围绕新产品开发项目“金刚石柔性磨轮的研制”开展了影响金刚石柔性磨轮加工性能的因素研究。本研究以宝石和玻璃为加工对象,主要分两部分研究:一部分研究影响金刚石柔性磨轮加工时材料切除率Zw及工件材料表面粗糙度Ra的因素;另一部分研究各种因素对金刚石柔性磨轮磨损的影响。前一部分影响工件材料Zw及Ra的因素主要有:1、工件材料与磨轮接触法向力Fn;2、金刚石柔性磨轮线速度Vs;3、金刚石柔性磨轮表面砂带层植砂密度;4、金刚石柔性磨轮表面层砂带粒度;5、加工方式:干磨及湿磨。这部分的研究对曰后产品开发后期指导客户使用及为客户量身定做适合的产品有很大帮助,同时也为产品开发后期制定产品使用指南提供依据。
提高工件材料Zw的方法有:提高工件材料与金刚石柔性磨轮接触法向力Fn、提高磨轮线速度、增大磨轮表面层砂带植砂密度及采用粗粒度金刚石磨粒等,加工方式采用湿磨,这些措施可以提高Zw,但影响Zw的提高的因素中有些因素对工件材料Ra及磨轮使用寿命不利;降低工件材料Ra的方法有:采用较低的Fn、适度提高磨轮线速度、设计合理的磨轮表面层砂带植砂密度及采用细粒度金刚石磨粒等,加工方式同样选用湿磨。影响金刚石柔性磨轮寿命的因素中主要考虑的是工艺因素,提高磨轮寿命可以采用较小Fn,设计合适的磨轮表面层植砂密度,磨轮表面层砂带所选用金刚石粒度主要依据加工需要选择,不宜一味强调高寿命而牺牲Ra。
影响工件材料去除率Zw、工件材料加工表面质量Ra及砂带磨损破坏的五个因素中某一个因素对这三个考察量的影响不一定都是有利的,有些因素在提高Zw的同时也增大了工件材料的Ra甚至加速了砂带的磨损破坏,如何根据不同的加工需求在保证磨轮寿命的同时完成不同的加工任务,论文最后综合各因素对不同的加工目的提出了各自最优化的设计方法及工艺条件。