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随着工程陶瓷、光学玻璃和硬质合金等难加工材料器件已广泛应用于各类关键设备,各种复杂型面零件的磨削加工逐渐增多。虽已出现了各种新的特种方法,利用超硬磨料成形砂轮进行硬脆材料成形磨削,仍然是最实用的方法。青铜金刚石成形砂轮虽然磨削性能良好,但是其中凹形面砂轮制作困难且传统机械法难以修整等问题日益突出。随着激光技术的快速发展,能达到“冷加工”的试验效果的皮秒激光器开始在工业上推广。鉴于此,本文搭建了一套采用纳秒脉冲激光整形青铜金刚石砂轮V形凹面轮廓,且采用皮秒激光修锐的复合修整试验平台。 (1)利用纳秒脉冲激光切向整形法,修整青铜金刚石砂轮V形凹面轮廓。分析了不同激光工艺参数对V形凹面修整效率的影响规律,及不同重叠率对青铜金刚石砂轮V形凹面的几何特征参数的影响规律。结果表明,激光平均功率与激光光斑重叠率对修整效率影响较大,近似呈正比例关系;合适的重叠率有利于减小形状误差PV值(最小形状误差PV值为36μm);相对于扫描轨迹线重叠率,光斑重叠率对修整后成形角度和V形凹面尖角半径值影响较大,光斑重叠率越大,成形角度与V形凹面尖角半径值越大;修整后砂轮形状误差均可控制在5%以内。 (2)开展了皮秒激光脉冲烧蚀阈值试验,测量出青铜结合剂与金刚石磨粒烧蚀阈值。试验表明,青铜结合剂强/弱烧蚀阶段,青铜结合剂单脉冲烧蚀阈值分别为0.89J/cm2和0.24J/cm2。金刚石磨粒强/弱烧蚀阶段,多脉冲烧蚀阈值分别为1.69J/cm2和0.49J/cm2。弱烧蚀阶段,金刚石磨粒未见明显的热损伤。 (3)采用皮秒激光对V形凹面砂轮进行修锐,分析了不同皮秒激光修锐工艺参数对青铜结合剂与金刚石磨粒的影响规律。结果表明,激光束扫描速度对结合剂表面粗糙度影响较大,较快的扫描速度有利于得到平整性较好的结合剂表面。过大的激光单脉冲能量、较小的激光扫描轨迹线间距、较慢的扫描速度,都易使金刚石磨粒产生不利于砂轮磨削性能的热损伤。利用优化后的激光工艺参数组合修锐V形凹面砂轮,修锐后V形凹面形状保持较好,且砂轮结合剂表面较为平整,未见黑色变质层产生。V形凹面磨粒突出高度为13.97μm,突出高度合适,保证了良好磨削性能。