ELID鏡面磨削技術(shù)綜述

ELID(Electrolytic In-Proce Dre ing)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電解抑制作用的動態(tài)平衡，對砂輪進(jìn)行連續(xù)修銳修整，使砂輪磨粒獲得恒定的突出量，從而實現(xiàn)穩(wěn)定、可控、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。ELID磨削技術(shù)以其效率高、精度高、表面質(zhì)量好、加工裝置簡單及加工適應(yīng)性廣等特點，在日本已較廣泛用于電子、機械、光學(xué)、儀表、汽車等領(lǐng)域。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 年開始了對該項技術(shù)的研究工作，現(xiàn)已成功地在平面、內(nèi)圓和外圓磨床上實現(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、過程、特點及國內(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。
1 ELID磨削的基本原理 
    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，在砂輪和電極的間隙中通過電解磨削液，利用電解過程中的陽極溶解效應(yīng)，對砂輪表層的金屬基體進(jìn)行電解去除，從而逐漸露出嶄新鋒利的磨粒，形成對砂輪的修整作用：同時形成一層鈍化膜附著于砂輪表面，抑制砂輪過度電解，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。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)行磨削加工的同時利用電解方法對砂輪進(jìn)行修整，從而實現(xiàn)對硬脆材料的連續(xù)超精密鏡面磨削。
2 ELID磨削過程及精密鏡面形成機理
    ELID鏡面磨削過程可分為準(zhǔn)備階段、電解預(yù)修銳階段、在線電解修整動態(tài)磨削階段和光磨階段。準(zhǔn)備階段主要是對砂輪進(jìn)行動平衡和精密整形，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，并形成一層鈍化膜：動態(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。
    ELID磨削去除材料的機理與其他鏡面加工有所不同。通常的鏡面加工是通過磨削、研磨和拋光來獲得的。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)生相對運動，磨料借助研磨盤的壓力以滾動方式使材料破碎，以滑動和滾動方式去除破碎后的材料。
    而在ELID磨削中，一方面由于磨粒固著在結(jié)合劑中，對于單顆粒的固著磨粒而言，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，所以造成的破碎區(qū)要小得多：另一方面，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。精磨時，由于進(jìn)給量很小，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，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。當(dāng)電解作用完全抑制時，鈍化膜對工件進(jìn)行光磨。所以ELID磨削實際上是一種將磨、研、拋合為一體的復(fù)合式精密鏡面加工技術(shù)，其中磨粒主要是以滑動方式去除工件材料的。
3 ELID磨削技術(shù)的工藝特點
    ELID磨削技術(shù)是對金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪在線修整、修銳的復(fù)合磨削技術(shù)，它有別于電解磨削、電火花磨削，在精密加工領(lǐng)域獨樹一幟，具有自身的一些顯著特點。
磨削過程具有良好的穩(wěn)定性和可控性，易于實現(xiàn)磨削過程的最優(yōu)化：
·加工精度高，表面裂紋少，表面質(zhì)量好：
·適應(yīng)性廣泛，磨削效率高：
·裝置簡單，成本低，推廣性強等。
4 ELID磨削的必備裝置
    ELID磨削的必備裝置主要有砂輪、電源、電解裝置、電解液和磨床等五個要素。
    ELID磨削對磨床的要求主要是要有較高的主軸回轉(zhuǎn)精度。
    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。目前常用的砂輪有鑄鐵纖維結(jié)合劑(CIFB)、鑄鐵結(jié)合劑(CIB)和鐵粉結(jié)合劑(IB)的金剛石砂輪。
    ELID磨削的電源可以采用直流電源、交流電源、脈沖電源等。
    電解裝置的主要部分是工具電極。磨床結(jié)構(gòu)不同，工具電極的位置和形狀也不同，如圖2所示。電極宜用不銹鋼制造，與砂輪的間隙控制在0. 5～1. 5mm范圍內(nèi)，而且應(yīng)與機床充分絕緣。工具電極固定在絕緣板上，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，電解磨削液采用中心送液法，依靠重力和離心力充滿電極間隙。
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