珩磨加工中珩磨油石对珩磨效率的影响及其微观机理研究

近年来,珩磨加工已发展成为一种材料去除量大、切削效率高的内孔精加工工艺。国外先进的珩磨工艺使其珩磨效率比国内企业的珩磨效率普遍高出三到四倍,如何在国内现有的技术条件下进一步提高珩磨加工效率已成为许多企业需要解决的课题。 珩磨加工工艺比较复杂且影响的因素众多。作为珩磨工艺中重要组成部分的珩磨油石直接承担着珩磨加工任务,对加工效率有至关重要的影响。本课题在较全面和系统地对比了国内外常用珩磨油石磨粒如刚玉、碳化硅、金刚石、立方氮化硼（CBN）的磨削性能、微观结构和磨损机理的基础上,选择了国产Al2O3油石和进口Al2O3油石进行了珩磨加工实验。通过实验比较了国产和进口氧化铝珩磨油石在粗珩阶段的珩磨加工效率。结果表明,在相同的加工条件下,进口Al2O3油石比国产Al2O3油石能够将珩磨效率提高两至三倍。 对于这种差别的微观机理,本文也进行了深入地研究和探讨。首先,利用扫描电子显微镜观察了国产和进口氧化铝油石在加工前后的表面微观形貌,指出了进口油石的磨粒数多于国产油石的磨粒数是两种油石最明显的区别。然后,基于弹塑性变形理论和摩擦学原理建立了表征珩磨加工过程中材料去除机理的数学物理模型,导出的材料去除率方程表明材料去除率与珩磨油石中的有效磨粒数成正比关系。最后,利用在化学机械抛光过程中抛光液磨粒浓度影响抛光速率的实验结果间接验证了这一关系。 实验结果及其微观机理研究揭示了进口油石中参与磨削的有效磨料数远多于国产油石中的有效磨料数是进口油石使珩磨加工效率提高的最重要的原因。本研究成果对于指导国内珩磨油石的加工制造具有重要意义,同时为如何通过对珩磨油石的选用来提高珩磨加工效率提供了可靠的依据。