ELID鏡面磨削技術綜述

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平衡，對砂輪進行連續修銳修整，使砂輪磨粒獲得恒定的突出量，從而實現穩定、可控、最佳的磨削過程，它適用于硬脆材料進行超精密鏡面磨削。ELID磨削技術以其效率高、精度高、表面質量好、加工裝置簡單及加工適應性廣等特點，在日本已較廣泛用于電子、機械、光學、儀表、汽車等領域。我國以哈爾濱工業大學袁哲俊教授為首的ELID課題組于1993 年開始了對該項技術的研究工作，現已成功地在平面、內圓和外圓磨床上實現了多種難加工材料的精密鏡面磨削。本文將介紹ELID磨削技術的原理、過程、特點及國內外的研究應用狀況，闡述該技術在我國精密加工制造行業的廣闊應用前景。
1 ELID磨削的基本原理 
    金屬結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，對砂輪表層的金屬基體進行電解去除，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連續進行磨削加工。所以該技術將砂輪修整與磨削過程結合在一起，利用金屬基砂輪進行磨削加工的同時利用電解方法對砂輪進行修整，從而實現對硬脆材料的連續超精密鏡面磨削。
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備階段、電解預修銳階段、在線電解修整動態磨削階段和光磨階段。準備階段主要是對砂輪進行動平衡和精密整形，減小砂輪的圓度和圓柱度誤差：預修銳階段使砂輪獲得適當的出刃高度和合理的容屑空間，并形成一層鈍化膜：動態磨削階段形成加工表面：光磨階段則進一步提高表面質量。
    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，由于進給量很小，鈍化膜的厚度遠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。當電解作用完全抑制時，鈍化膜對工件進行光磨。所以ELID磨削實際上是一種將磨、研、拋合為一體的復合式精密鏡面加工技術，其中磨粒主要是以滑動方式去除工件材料的。
3 ELID磨削技術的工藝特點
    ELID磨削技術是對金屬結合劑超硬磨料砂輪在線修整、修銳的復合磨削技術，它有別于電解磨削、電火花磨削，在精密加工領域獨樹一幟，具有自身的一些顯著特點。
磨削過程具有良好的穩定性和可控性，易于實現磨削過程的最優化：
·加工精度高，表面裂紋少，表面質量好：
·適應性廣泛，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精度。
    ELID磨削用砂輪的結合劑應具有良好的導電性和電解性能，而結合劑元素的氧化物或氫氧化物不導電。目前常用的砂輪有鑄鐵纖維結合劑(CIFB)、鑄鐵結合劑(CIB)和鐵粉結合劑(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。磨床結構不同，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，而且應與機床充分絕緣。工具電極固定在絕緣板上，再用調節栓將絕緣板固定在砂輪防護罩上。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