精密磨削技术研究

精密磨削技术研究

【摘要】：磨削在现代制造业中占有重要地位，技术发展迅速,国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究，以获得亚微米级的尺寸精度。当前磨削除向超精密、高效率和超硬磨料方向发展外，自动化也是磨削技术发展的重要方向之一。本文就精密和超精密磨削，砂带磨削,磨削自动化进行了研究与论述.

【关键词】：ELID磨削技术砂带磨削磨削自动化

【Abstract】：The grinding holds the important status in the modern manufacturing industry, the technological development is rapid, domestic

and foreign all uses the ultra microfinishing, the precise conditioning, the tiny grinding compound grinding tool carries on the submicron level to undercut the deep grinding the research, obtains the submicron level the size precision.Outside the current grinding except to ultra precise, the high efficiency and the ultra hard grinding compound direction develops, the automation also is one of grinding technological development important directions.This article on precise and the ultra microfinishing, the belt grinding, the grinding automation has conducted the research and the elaboration。

【Keywords】：ELID grinding technology, belt grinding, grinding automation

目录

一精密与超精密磨削技术 (4)

1塑性磨削 (4)

2镜面磨削 (4)

二砂带磨削技术 (6)

三磨削自动化 (7)

四结论及展望 (8)

一精密与超精密磨削技术

国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究，以获得亚微米级的尺寸精度。微细磨料磨削，用于超精密镜面磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均直径可小至4 μm。日本用激光在研磨过的人造单晶金刚石上切出大量等高性一致的微小切刃，对硬脆材料进行精密磨削加工，效果很好。超硬材料微粉砂轮超精密磨削主要用于磨削难加工材料，精度可达0.025 μm。日本开发了电解在线修整(ELID)超精密镜面磨削技术，使得用超细微(或超微粉)超硬磨料制造砂轮成为可能，可实现硬脆材料的高精度、高效率的超精密磨削。作平面研磨运动的双端面精密磨削技术，其加工精度、切除率都比研磨高得多，且可获得很高的平面度, 在工具和模具制造中，磨削是保证产品的精度和质量的最后一道工序。技术关键除磨床本身外、磨削工艺也起决定性的作用。在磨削脆性材料时，由于材料本身的物理特性，切屑形成多为脆性断裂，磨剂后的表面比较粗糙。在某些应用场合如光学元件，这样的粗糙表面必须进行抛光，它虽能改善工件的表面粗糙度，但由于很难控制形状精度，抛光后经常会降低。为了解决这一矛盾，在80年代末日本和欧美的众多公司和研究机构相继推回了两种新的磨削工艺：塑性磨削（Ductile Grinding）和镜面磨削（Mirror Grinding）。

1塑性磨削

它主要是针对脆性材料而言，其命名来源出自该种工艺的切屑形成机理，即磨削脆性材料时，切屑形成与塑性材料相似，切屑通过剪切的形式被磨粒从基体上切除下来。所以这种磨削方式有时也被称为剪切磨削（Shere Mode Grindins）。由此磨削后的表面没有微裂级形成，也没有脆必剥落时的元规则的凹凸不平，表面呈有规则的纹理。

塑性磨削的机理至今不十分清楚在切屑形成由脆断向逆性剪切转变为塑断，这一切削深度被称为临界切削深度，它与工件材料特性和磨粒的几何形状有关。一般来说，临界切削深度在100μm以下，因而这种磨削方法也被称为纳米磨削（Nanogrinding）。根据这一理论，有些人提出了一种观点，即塑性磨削要靠特殊磨床来实现。这种特殊磨床必须满足如下要求：

l）极高的定位精度和运动精度。以免因磨粒的切削深度超过100μm时，导致转变为脆性磨削。

2）极高的刚性。因为塑性磨削的切削力远超过脆性磨削的水平，机床刚性太低，会因切削力引起的变形而破坏塑性切屑形成的条件。

对形成塑性磨削的另一种观点认为切削深度不是唯一的因素，只有磨削温度才是切屑由脆性向塑性转变的关键。从理论上讲，当磨粒与工件的接触点的温度高到一定程度时，工件材料的局部物理特性会发生变化，导致了切屑形成机理的变化。作者从实践中找到了支持这种观点的许多证据：比如在一台已经服役20多年的精度和刚度不高的平面磨床上磨削SiC陶瓷，用40O0#的金刚石砂轮。工件表面粗糙度小于Rq5μm，表面上看不到脆断的痕迹。另外德国亚琛工业大学的Konig教授作了如下试验，在普通的车床上，用激光局部加热一个SiN陶瓷试件，即能顺利地进行车削。这些实验均间接地说明温度对切屑形成机理有决定性的影响。

2镜面磨削

顾名思义，它关心的不是切屑形成的机理而是磨削后的工件表面的特性。当

磨削后的工件表面反射光的能力达到一定程度时，该磨削过程被称为镜面磨削。镜面磨削的工件材料不局限于脆性材料，它也包括金属材料如钢、铝和钼等。为了能实现镜面磨削，日本东京大学理化研究所的Nakagawa和Ohmori教授发明了电解在线修整磨削法ELID（Electrolytic In-Process Dressing）。

镜面磨削的基本出发点是：要达到境面，必须使用尽可能小的磨粒粒度，比如说粒度2μm乃至0.2μm。在ELID发明之前，微粒度砂轮在工业上应用很少，原因是微粒度砂轮极易堵塞，砂轮必须经常进行修整，修整砂轮的辅助时间往往超过了磨削的工作时间。ELID首次解决了仅用微粒度砂轮时，修整与磨削在时间上的矛盾，从而为微粒度砂轮的工业应用创造条件。

ELID(Electrolytic In-Process Dressing)磨削是在磨削过程中，利用非线性电解修整作用和金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化物绝缘层对电解抑制作用的动态平衡，对砂轮进行连续修锐修整，使砂轮磨粒获得恒定的突出量，从而实现稳定、可控、最佳的磨削过程，它适用于硬脆材料进行超精密镜面磨削。ELID磨削技术以其效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及加工适应性广等特点，在日本已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。

ELID磨削原理是金属结合剂超硬磨料砂轮与电源正极相接做阳极，工具电极做阴极，在砂轮和电极的间隙中通过电解磨削液，利用电解过程中的阳极溶解效应，对砂轮表层的金属基体进行电解去除，从而逐渐露出崭新锋利的磨粒，形成对砂轮的修整作用：同时形成一层钝化膜附着于砂轮表面，抑制砂轮过度电解，从而使砂轮始终以最佳磨削状态连续进行磨削加工。所以该技术将砂轮修整与磨削过程结合在一起，利用金属基砂轮进行磨削加工的同时利用电解方法对砂轮进行修整，从而实现对硬脆材料的连续超精密镜面磨削。

ELID镜面磨削过程可分为准备阶段、电解预修锐阶段、在线电解修整动态磨削阶段和光磨阶段。准备阶段主要是对砂轮进行动平衡和精密整形，减小砂轮的圆度和圆柱度误差：预修锐阶段使砂轮获得适当的出刃高度和合理的容屑空间，并形成一层钝化膜：动态磨削阶段形成加工表面：光磨阶段则进一步提高表面质量。ELID磨削去除材料的机理与其他镜面加工有所不同。通常的镜面加工是通过磨削、研磨和抛光来获得的。研磨和抛光是以柔性的研磨盘把磨料压在材料表面并产生相对运动，磨料借助研磨盘的压力以滚动方式使材料破碎，以滑动和滚动方式去除破碎后的材料。

而在ELID磨削中，一方面由于磨粒固着在结合剂中，对于单颗粒的固着磨粒而言，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，所以造成的破碎区要小得多：另一方面，砂轮表面形成具有一定厚度和弹性且容纳有脱落磨料的钝化膜，成为一种具有良好柔性的研磨膜。精磨时，由于进给量很小，钝化膜的厚度远大于磨料的出刃高度，使砂轮基体表层磨料在磨削中不可能直接与工件接触，砂轮上覆盖的这层钝化膜将代替金属基砂轮参与真正的磨削过程。当电解作用完全抑制时，钝化膜对工件进行光磨。所以ELID磨削实际上是一种将磨、研、抛合为一体的复合式精密镜面加工技术。

ELID磨削技术是对金属结合剂超硬磨料砂轮在线修整、修锐的复合磨削技术，它有别于电解磨削、电火花磨削，在精密加工领域独树一帜，具有自身的一些显著特点。

磨削过程具有良好的稳定性和可控性，易于实现磨削过程的最优化：加工精度高，表面裂纹少，表面质量好：适应性广泛，磨削效率高：装置简单，成本低，推广性强等。