編者按：在線電解修整砂輪(ELID)精密鏡面磨削是近10 來年發(fā)展起來的一項(xiàng)磨削新技術(shù)，在日本等國已經(jīng)較廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)中始藕。我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)袁哲俊教授的ELID課題組從1993 年起就開始了這方面的研究绽榛，現(xiàn)已成熟。本刊從這期起連續(xù)刊登5 篇ELID鏡面磨削技術(shù)文章胳徽，希望有助于這項(xiàng)技術(shù)在生產(chǎn)中推廣使用积锅。
ID(Electrolytic In-Process Dressing)磨削是在磨削過程中，利用非線性電解修整作用和金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪表層氧化物絕緣層對(duì)電解抑制作用的動(dòng)態(tài)平衡养盗，對(duì)砂輪進(jìn)行連續(xù)修銳修整缚陷，使砂輪磨粒獲得恒定的突出量，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定必痢、可控拱矫、最佳的磨削過程，它適用于硬脆材料進(jìn)行超精密鏡面磨削涤朴。ELID磨削技術(shù)以其效率高牌聋、精度高、表面質(zhì)量好茁升、加工裝置簡單及加工適應(yīng)性廣等特點(diǎn)嫂前，在日本已較廣泛用于電子、機(jī)械冻款、光學(xué)咕隶、儀表、汽車等領(lǐng)域筝赶。我國以哈爾濱工業(yè)大學(xué)袁哲俊教授為首的ELID課題組于1993 年開始了對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究工作倚辟，現(xiàn)已成功地在平面、內(nèi)圓和外圓磨床上實(shí)現(xiàn)了多種難加工材料的精密鏡面磨削。本文將介紹ELID磨削技術(shù)的原理早假、過程蠢挡、特點(diǎn)及國內(nèi)外的研究應(yīng)用狀況，闡述該技術(shù)在我國精密加工制造行業(yè)的廣闊應(yīng)用前景凳忙。
1 ELID磨削的基本原理
ELID磨削原理如圖1所示业踏。金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪與電源正極相接做陽極，工具電極做陰極涧卵，在砂輪和電極的間隙中通過電解磨削液勤家，利用電解過程中的陽極溶解效應(yīng)，對(duì)砂輪表層的金屬基體進(jìn)行電解去除柳恐，從而逐漸露出嶄新鋒利的磨粒伐脖，形成對(duì)砂輪的修整作用：同時(shí)形成一層鈍化膜附著于砂輪表面，抑制砂輪過度電解乐设，從而使砂輪始終以最佳磨削狀態(tài)連續(xù)進(jìn)行磨削加工讼庇。所以該技術(shù)將砂輪修整與磨削過程結(jié)合在一起，利用金屬基砂輪進(jìn)行磨削加工的同時(shí)利用電解方法對(duì)砂輪進(jìn)行修整近尚，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬脆材料的連續(xù)超精密鏡面磨削蠕啄。
2 ELID磨削過程及精密鏡面形成機(jī)理
ELID鏡面磨削過程可分為準(zhǔn)備階段、電解預(yù)修銳階段戈锻、在線電解修整動(dòng)態(tài)磨削階段和光磨階段艺踪。準(zhǔn)備階段主要是對(duì)砂輪進(jìn)行動(dòng)平衡和精密整形，減小砂輪的圓度和圓柱度誤差：預(yù)修銳階段使砂輪獲得適當(dāng)?shù)某鋈懈叨群秃侠淼娜菪伎臻g彬膘，并形成一層鈍化膜：動(dòng)態(tài)磨削階段形成加工表面：光磨階段則進(jìn)一步提高表面質(zhì)量哩讶。
ELID磨削去除材料的機(jī)理與其他鏡面加工有所不同。通常的鏡面加工是通過磨削劈产、研磨和拋光來獲得的誊配。研磨和拋光是以柔性的研磨盤把磨料壓在材料表面并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨料借助研磨盤的壓力以滾動(dòng)方式使材料破碎卡涮，以滑動(dòng)和滾動(dòng)方式去除破碎后的材料请状。
而在ELID磨削中，一方面由于磨粒固著在結(jié)合劑中皱耗，對(duì)于單顆粒的固著磨粒而言铝儒，其有效磨削尺寸只有磨粒尺寸的1/3，磨粒主要以微切削的方式去除材料极棵，所以造成的破碎區(qū)要小得多：另一方面抬邑，砂輪表面形成具有一定厚度和彈性且容納有脫落磨料的鈍化膜，成為一種具有良好柔性的研磨膜嗤详。精磨時(shí)个扰，由于進(jìn)給量很小瓷炮，鈍化膜的厚度遠(yuǎn)大于磨料的出刃高度，使砂輪基體表層磨料在磨削中不可能直接與工件接觸递宅，砂輪上覆蓋的這層鈍化膜將代替金屬基砂輪參與真正的磨削過程娘香。當(dāng)電解作用完全抑制時(shí)，鈍化膜對(duì)工件進(jìn)行光磨办龄。所以ELID磨削實(shí)際上是一種將磨烘绽、研、拋合為一體的復(fù)合式精密鏡面加工技術(shù)俐填，其中磨粒主要是以滑動(dòng)方式去除工件材料的安接，如圖2所示。
3 ELID磨削技術(shù)的工藝特點(diǎn)
ELID磨削技術(shù)是對(duì)金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪在線修整英融、修銳的復(fù)合磨削技術(shù)赫段，它有別于電解磨削、電火花磨削矢赁，在精密加工領(lǐng)域獨(dú)樹一幟，具有自身的一些顯著特點(diǎn)贬丛。
- 磨削過程具有良好的穩(wěn)定性和可控性蹈瑟，易于實(shí)現(xiàn)磨削過程的最優(yōu)化：
- 加工精度高，表面裂紋少坊秉，表面質(zhì)量好：
- 適應(yīng)性廣泛相誓，磨削效率高：
- 裝置簡單，成本低前忿，推廣性強(qiáng)等贡按。
圖3 ELID磨削用CIFB砂輪(粒度：W5) |
1. 噴嘴 2. 防護(hù)罩 3. 絕緣板 4. 陰極塊 5、8. 砂輪 6. 電極 7. 電刷 9. 工件 10. 卡盤
圖4 電解裝置圖 |
4 ELID磨削的必備裝置
ELID磨削的必備裝置主要有砂輪扁奢、電源惫吝、電解裝置、電解液和磨床等五個(gè)要素逻袭。
ELID磨削對(duì)磨床的要求主要是要有較高的主軸回轉(zhuǎn)精度每镀。
ELID磨削用砂輪的結(jié)合劑應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和電解性能，而結(jié)合劑元素的氧化物或氫氧化物不導(dǎo)電肢俄。目前常用的砂輪有鑄鐵纖維結(jié)合劑(CIFB)克矿、鑄鐵結(jié)合劑(CIB)和鐵粉結(jié)合劑(IB)的金剛石砂輪，如圖3所示憎兽。
ELID磨削的電源可以采用直流電源冷离、交流電源、脈沖電源等纯命。
電解裝置的主要部分是工具電極西剥。磨床結(jié)構(gòu)不同痹栖，工具電極的位置和形狀也不同，如圖4所示蔫耽。電極宜用不銹鋼制造结耀，與砂輪的間隙控制在0. 5～1. 5mm范圍內(nèi)，而且應(yīng)與機(jī)床充分絕緣匙铡。工具電極固定在絕緣板上图甜，再用調(diào)節(jié)栓將絕緣板固定在砂輪防護(hù)罩上。電極上開有蓄水槽鳖眼，電解磨削液采用中心送液法黑毅，依靠重力和離心力充滿電極間隙。
ELID磨削液兼做電解液钦讳，一般采用弱堿性電解質(zhì)水溶液矿瘦。但結(jié)合劑和磨粒粒度不同，磨削液的主要成分也不同栖挣。磨削液對(duì)電解過程中形成的鈍化膜的厚度学蛤、性質(zhì)乃至最終的磨削效果都有重要影響。
5 ELID磨削技術(shù)的研究和應(yīng)用
ELID磨削技術(shù)在世界范圍內(nèi)備受重視夫次，許多國家和地區(qū)都展開研究夭菲，并取得一些成果。
ELID磨削技術(shù)在日本有“ELID磨削研究會(huì)”及相應(yīng)的學(xué)術(shù)期刊《ELID研削研究會(huì)報(bào)》搔冈。日本有許多公司采用該技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)或從事與該技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)開發(fā)與技術(shù)支持摇轨，如富士公司、Fuji 模具株式會(huì)社肩菲、新東工業(yè)株式會(huì)社等翠坟。此外，日本KURODA 公司犹佣、不二越株式會(huì)社還推出了系列ELID專用磨床醒狭。日本當(dāng)前研究的重點(diǎn)是，在完善ELID磨削技術(shù)的同時(shí)皱辞，努力將現(xiàn)有技術(shù)盡快轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力肺灭。這方面工作主要由日本的一些大學(xué)、研究所和企業(yè)共同開展筏餐。富士公司采用ELID磨削技術(shù)加工鏡頭开泽，鍍膜后直接用在望遠(yuǎn)鏡、幻燈產(chǎn)品上魁瞪，真正實(shí)現(xiàn)了光學(xué)鏡頭加工的以磨代研穆律、代拋的工藝革命。日本東京物理化學(xué)研究所將ELID磨削技術(shù)應(yīng)用于超精密數(shù)控加工导俘，成功加工出光學(xué)玻璃和碳化硅陶瓷等材料的高精度非球曲面峦耘。
美國從該技術(shù)誕生之初就極為重視剔蹋，不僅投巨資進(jìn)行該技術(shù)的開發(fā)，還與日本進(jìn)行該技術(shù)的交流與合作辅髓。據(jù)資料表明泣崩，美國在應(yīng)用ELID磨削技術(shù)加工電子計(jì)算機(jī)半導(dǎo)體微處理器方面已取得突破性進(jìn)展，在國防洛口、航空航天及核工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用研究也在進(jìn)行矫付。德國是最早研究ELID磨削技術(shù)的幾個(gè)國家之一，在1991 年就有德國的機(jī)床廠家進(jìn)行系列ELID專用機(jī)床的設(shè)計(jì)第焰。此外洞歼，英、法等國對(duì)ELID磨削技術(shù)研究也達(dá)到相當(dāng)?shù)母叨取?
在亞洲产贤，韓國很早就同日本開展卓有成效的技術(shù)交流與合作宣验。此外，我國臺(tái)灣等地區(qū)目前也在進(jìn)行ELID磨削技術(shù)的研究工作鹦房。
6 ELID磨削技術(shù)在我國的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景
ELID磨削技術(shù)在我國尚處于研究階段娇晦，主要集中在高校，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)悲社、大連理工大學(xué)镀匈、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)涯锅、西北工業(yè)大學(xué)等。哈爾濱工業(yè)大學(xué)經(jīng)過幾年的努力忆键，研制成功了ELID磨削專用的脈沖電源漱南、磨削液和砂輪，在國產(chǎn)機(jī)床上開發(fā)出平面憋庙、外圓和內(nèi)圓ELID磨削裝置笔喉，并對(duì)多種硬脆材料進(jìn)行了ELID鏡面磨削的實(shí)驗(yàn)研究。目前正積極推廣普及該技術(shù)硝皂，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化常挚。國內(nèi)已有十幾家單位應(yīng)用該技術(shù)，如230廠用于加工動(dòng)壓馬達(dá)零件稽物，23所用于相陣?yán)走_(dá)互易移相單元陶瓷奄毡、微晶玻璃、鐵氧體等航天材料零件加工贝或，8358廠用于光學(xué)玻璃非球曲面加工吼过，205所用于光學(xué)玻璃加工，華僑大學(xué)用于加工大理石咪奖，福建南安宏偉陶瓷廠用于加工陶瓷等盗忱。
盡管ELID磨削技術(shù)在我國的發(fā)展落后于一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家酱床，但是ELID磨削技術(shù)在國內(nèi)的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)已經(jīng)具備。特別是該技術(shù)顯著的特點(diǎn)趟佃，尤其適合我國國情扇谣。隨著該技術(shù)的進(jìn)一步普及推廣，相信有越來越多的專家和學(xué)者認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)的重要性和它潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值闲昭，越來越多的企業(yè)重視并采用該技術(shù)冕咒，從而促進(jìn)我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和高新技術(shù)的發(fā)展。ELID磨削技術(shù)作為一種新型的鏡面加工方法阐赖，具有廣闊的應(yīng)用前景和很大的實(shí)用價(jià)值闲耿。
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