对金刚石砂轮产生的电火花成形磨削试验与观察

用电火花加工对磨轮的修整有如下优点 可获得较高的整形精度与极其锋利的切削刃 只要磨轮的胎体导电即可进行修整 与胎体性能无关 对磨轮无力的作用因而可对小或薄片状磨轮进行修整 可获得复杂的修整形面 可在一定程度上认为整形与修锐是同步完成的 修整效率较高 操作简便 可通过电参数方便稳定地控制加工过程 修整成本与磨轮的批量没有关系 符合成型磨轮批量少而规格多的特点 目前对磨轮的电火花加工有接触和非接触二类 本文研究磨轮与电极间非接触式电火花加工.

1   电火花外圆成形磨削
该工艺的特点是工具电极与磨轮间有相对的旋转运动及径向和轴向的进给运动 试验用磨床的机构见示意图 1 工具电极为高纯石墨轮 通过成形刀可在线对石墨电极精车孔型 随后电极对磨轮进行切入式电火花加工 把电极孔型复制到磨轮上从而完成对磨轮的电火花成形磨削 工作液为煤油.
1.1  成形磨削试验
采用的试验参数如下 
磨轮尺寸 100 80 5      磨轮转速 0 10 r/min 
高纯石墨轮尺寸 300 40     高纯石墨轮转速 15(r/min) 
电源电压 90V 120V
磨轮试样采用粉末冶金热压工艺制造 为了获得成形磨削效率 用单位时间磨轮试样被加工掉的体积来衡量 也叫生产率或修整效率 对不同金刚石粒度 浓度的试样在不同加工条件下进行了电火花磨削试验研究 分三组试验条件进行。
第一组 磨轮的金刚石粒度为 120/140 浓度分别为 0 25 50 75 100 125 150 金刚石浓度 100 定义为每立方厘米磨轮体积中含有 0.88g 金刚石磨粒其它浓度数值按此比例计算 粗加工条件 加工电压为 60V 80V 加工电流为 10A 12A 
第二组 磨轮的金刚石浓度为 100 粒度分别为 40/45 60/70 80/100 100/120 120/140 140/170加工条件同第一组 
第三组 磨轮的金刚石浓度为 100 粒度分别为 100/120 120/140 140/170 加工条件分别为粗加工条件 同第一组 中加工条件 1 加工电压为 50V 70V 加工电流为 5A 10A 中加工条件。加工电压为 45V 65V 加工电流为 5A 8A 精加工条件 加工电压为 40V 60V 加工电流为5A 三组的试验结果见图 2 图 3 图 4 所示。
由图 2 看出 对粒度 120/140 的试样来说 对更细粒度的试样更应该如此 参考图 3 的结果当浓度小于 25 时 磨削效率不受金刚石浓度的影响 从浓度 50 开始磨削效率随浓度的增加而缓慢减少 磨削效率大约在 25mm3/min 左右.
由图 3 看出 对金刚石浓度 100 的试样来说粒度粗于 80/100 则磨削效率大大下降 从 80/100 的24.5mm3/min 下降到 40/45的 11.2mm3/min 粒度细于 120/140 后磨削效率开始增加较快 140/170 达到 30.7mm3/min 而 80/140 之间磨削效率变化不大 
由图 4 看出 对磨削效率影响最大的当属加工条件 粗加工与精加工可相差十几倍以上 最敏感的因素为加工电压 粗加工与中加工 1 选择电源电压为 120V 磨削效率都达到二位数以上从15mm3/min 到 30mm3/min 不等 中加工 2 与精加工选择电源电压为 90V 磨削效率很低 从 1mm3/min到 8mm3/min  从上面的结果可以看出 磨削效率与影响因素间具有单调性 即磨削效率随着粒度 浓度的增加而下降 随加工电压的增加而增大 这使得我们可以根据已有的数据或经验对待加工磨轮的磨削效率作出合理的估计.

2  磨削表面的扫描电镜观察
利用扫描电镜及 X-ray 能谱仪对试样的磨削表面进行了观察 见照片 1 2 3 粗加工导致胎体熔化明显 有许多 20 m  30 m 的小孔 应是某些相汽化的产物 金刚石出刃高度高 大部分大于金刚石尺寸的一半以上 中加工的表面状况与粗加工相当 但小孔很少 精加工表面几乎找不到小孔 金刚石出刃高度也有大于金刚石尺寸一半以上 但数量比前二者要少的多 这些结果表明可以通过加工条件来控制金刚石的出刃高度 这是很有意义的 可以推断精加工的磨轮在加工工件时效率会比粗加工的差 但寿命一定比后者长 
电火花加工磨轮的原理[7,8]一般认为是火花放电时的高温将胎体熔化 汽化蚀除掉而导致金刚石磨粒脱落 详细的过程目前并不清楚 由于不导电的金刚石尺寸 如 80/100 为 0.15mm 大于放电间隙的尺寸 经过实测本试验的放电间隙约为 0.1mm 0.15mm 这意味着随着第一层胎体被加工完成后进一步放电加工存在困难 事实上由于煤油在高温下裂解出的碳及放电时胎体熔化 汽化的金属会附着在金刚石的表面 使得放电加工能转移到金刚石上而继续进行 见照片 4 5 6 可以明显看出无论是胎体中的金刚石还是脱落于工作液中的金刚石其表面与未经电火花加工的金刚石相比有一层附着物 用 X-ray 能谱仪对附着物及胎体的分析表明它们是一样的合金 见图 5 6 7 仔细观察表明 附着物的厚度还与加工条件有关 见照片 7 8 对粒度 120/140 浓度 100 的试样来说 粗加工导致金石表面附着物层厚度约 10 m 左右 而精加工金刚石表面附着物层厚度不大于 5 m