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磨，不僅實現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合劑的韌性，用傳統的機械修整方法，修整工具磨損快、修整時間長，很難滿足修整質量和效率的要求，磨粒突出高度不夠。使磨削中的磨削條件惡化、磨削力滋大、磨削遠溫度升高、砂輪的壽命降低，導致工件表面完整性下降。為了解決傳統的砂輪修整問題，研究人員提出了改進方法，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，針對金屬結合荊開發了電火花修整法和在線電解修整法等。這些方法各有優缺點，存在著修整工具損耗大，設備復雜、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、簡單實用的方法來彌補這些不足。激光修整方法作為一種非接觸修整方法，無機械力作用，利用激光束在砂輪表面快速掃描，在不損傷磨料的情況下，使結合劑直接氣化或者熔化后被吹除，這樣可簡化復雜的修銳工藝，提高生產效率.

國內外對超硬磨料砂輪的激光修銳開展了理論與試驗研究，并在樹脂結合劑砂輪修銳方面取得較大進展。由于樹脂結合劑的分解溫度（350℃左右）與金剛石磨料的熔點（3000℃以上）相差懸殊，可以通過控制激光參數將樹脂結合劑氣化去除來達到修銳目的。而金屬結合劑的氣化退度與金剛石磨料的破壞溫度接近。結合劑的熔化排除困難，因此，激光修銳金屬結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合劑原理不同，金屬結合劑金剛石砂輪激光修整，主要在金屬結合劑的熔化狀態下進行修銳，對熔化狀態結合劑的去除成為激光修銳金屬結合劑金剛石砂輪的關鍵。有報道對金屬結合劑超硬磨料砂輪進行了初步研究，由于在去除過程中排除的金屬結合劑對已修銳表面存在嚴重的熔化重凝賈蓋，金屬結合劑超硬磨料砂輪的激光修銳效果不明顯，國外學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；國內學者采用激光修銳后對磨方法。去除熔化結合荊的重凝覆蓋層，雖有修銳效果，但是，在應用中難以控制。

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

1、基本原理

激光對青銅結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，轉變為熱能使材料溫度升高，導致被照射區域的熔化或氣化，激光修銳砂輪時，光學系統把激光束聚焦成較小的光斑作用于砂輪表面，在較短的時間內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合劑材料的物理性能差異，金剛石的熱導率和熱擴散率高于結合劑材料，在相同的激光作用時間內。金剛石達到熔點所需的激光功率密度比青銅結合劑材料高，且金剛石磨料透光波段為0.225～100微米，對于波長為1.06微米的YAG激光器來說，激光照射在金剛石磨料表面時，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合劑上。

因此，利用脈沖激光進行超硬磨料砂輪修銳時，通過控制激光修銳參數，可以選擇性地去除結合剎材料，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，實現金屬結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，光束以一定的重疊率和掃描速度對砂輪表面進行快速掃描（圖1)。當脈沖激光束照射砂輪表面時，金屬結合劑被熔化。利用激光頭內輔助同軸氣體，吹除熔化與氣化的多種混合物。同軸氣體吹除熔化物時，金屬會向四周噴濺，前一次掃描露出的磨料，會被后一次掃描時產生的熔化金屬覆蓋(圖2（a）），結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。用修銳后砂輪進行磨削加工時，熔化金屬容易轉移到工件表面，影響被磨削工件的表面質量。

激光修銳時，青銅結合劑有以下幾種狀態：氣化排除、熔化噴濺、顆粒飛濺，以及熔化結合劑重凝于砂輪表面。當激光束照射到砂輪表面時，砂輪表面溫度開始上升，當升到青銅結合劑的熔點時，結合劑開始熔化，且隨著熱量的積累有少量結合劑氣化離開砂輪表面。與此同時，等溫面將以一定的速度向材料內部傳播。同軸氣體將給熔化金屬一個向下的壓力，在熔池中形成一個凹坑，同時熔池中的熔化金屬被反射出凹坑。當沿凹坑側壁反射氣體的壓力大于凹坑側面熔化金屬表面張力時，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，這一部分熔化的結合劑不會對砂輪的已修銳表面產生影響。

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物，熔化結合劑的流動重凝覆蓋相鄰已修銳的砂輪表面。即熔化物的流動，靠近凹坑內側的熔化金屬在反射氣體的吹動下，沿著凹槽側壁向外流動，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生缺口，這樣熔化結合劑傾向于向已加工表面流動覆蓋已加工的凹坑。（見圖3）

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