精密与超精密磨削技术 国内外都采用超精密磨削.doc

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ELIDElectrolytic 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。 ELIDElectrolytic 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