工艺与检测 ELID 精密镜面内孔磨削技术的应用 哈尔滨工业大学 关佳亮 袁哲俊 张飞虎 摘要 采用金属基超硬磨料砂轮和在线电解修整(ELID)技术对碳化硅陶瓷、工具钢等材料进行精密镜面内孔磨削,得到了表面粗糙度R a 0.02～0.035 m 的加工表面。 关键词 在线电解修整(ELID ) 镜面磨削 磨削效果 在线电解修整(ELID)精密镜面磨削技术具有效率高、加工精度高、表面质量好、加工装置简单及适应加工材料广等特点。目前,ELID 磨削技术在日本获得了广泛的应用,有几十家大公司将它用于实际生产。加工材料包括各种黑色金属和非金属硬脆材料。应用行业涉及电子、机械、光学、仪表、汽车等许多领域。由于ELID 磨削技术的优点,加之具有广泛的应用前景,使得ELID 磨削技术受到各国的重视。我国以哈尔滨工业大学袁哲俊教授为首的ELID 研究室,致力于ELID 磨削技术的机理研究和应用技术的开发,继成功地在平面磨床和外圆磨床上实现ELID 磨削之后,又成功地开发了用于M G 1420E 万能外圆磨床的内孔ELID 磨削实验系统,实现了ELID 精密镜面内孔磨削。 1 ELID 镜面磨削的基本原理 图1是ELID 精密镜面磨削机理的示意图。它针对金属结合剂金刚石和CBN 砂轮难于修整的特点,利用在线电解修整作用,连续修整砂轮来获得恒定的出刃高度和良好的容屑空间。同时,随着电解过程的进行,在砂轮表面逐浙形成一层钝化膜,阻止电解过程继续进行,使砂轮损耗不致太快,当砂轮表面的磨粒磨损后,钝化膜被工件表面磨屑刮擦去除,电解过程得以继续进行,对砂轮表面进行修整。上述过程循环进行,既避免了砂轮过快消耗, 又自行保持砂轮表面的磨削能 图1 ELID 精密磨削机理示意图 力。 2 内孔磨削的ELID 装置 2.1 MG1420E 万能外圆磨床上的内孔磨削电解装置 如图2所示装置实现了在小直径内孔加工过程中的ELID 磨削。 (a)电解过程 (b)磨削过程 图2 内孔磨削ELID 电解装置结构示意图 电解装置在设计中应注意以下几点: 电极用不锈钢制造; 电极在径向和轴向双向可调,以保证其与砂轮间隙控制在0.1～1.5mm 范围内; 电解磨削液喷嘴位置应使电解磨削液充满整个电极与砂轮之间的间隙,以保证砂轮充分电解; 电极应与机床充分绝缘。 2.2 HDMD —Ⅱ型ELID 镜面磨削高频脉冲电源 根据ELID 磨削机理,参考日本有关资料我们自制了一台ELID 专用电源HDM D —Ⅱ型ELID 镜面磨削高频脉冲电源。该电源具有如下功能和特点: 可通过分别选通三条回路中的一条或多条来改变工作电流。电流变化范围2～9A; 直流、脉冲可以互相变换,其电压变化范围为60V 、80V 、100V; 频率在50Hz ～200kHz 之间可调; 占空比在10%～90%之间任意选择; 体积小、重量轻。 ? 25?1998年第1期
湖南省娄底技师学院 实习教学教案 教师姓名：刘联盟
一、任务引入 机器零件除了圆柱、圆锥表面外，还经常由各种平面图组成。例如V型铁的两侧面，如图1所示： 钳工加工小型工件之前，有时需要用V型块侧面作靠山来划线。该侧面必须要有一定的表面粗 糙度要求和平面度要 求，如果表面粗糙度和 平面度不符合要求，则 会影响工件已加工表 面质量和划线精度。所 以，为了加工出合格的 零件，须理解平面磨削 的形式、特点；通过实践操作要掌握平面磨削的操作步骤、工件的装夹方法、平面精度的检验以及工件的常见缺陷形式。 本次课题的任务是磨削加工矩形工件的二面，如图2 二、任务分析 图2为垫铁工件，材料45钢，经淬火硬度40—45HRC，厚度10mm，需要磨削表面的平面图度为0.015mm,表面粗糙度为Ra0.8um。平面加工的方法比较多，常见的平面图铣削加工。对于淬硬材料用铣削方式加工不合适，是由于刀具材料的硬度比加工材料的硬度低；所以常用磨削的加工方法，而且经磨削
过的工件表面质量比铣削加工质量高。 三、相关知识 1、平面磨削的形式圆周磨和端面磨 1）圆周磨：利用砂轮的圆周面进行磨削。 工件与砂轮的接触 面积小，发热少，排屑与 冷却情况好，因此加工精 度高，但生产率低，在单 件小批生产中应用较广。 2）端面磨：利用砂轮的端面进行磨削。 1）砂轮轴立式安装，刚性好，可采用较大的切削用量，而且砂轮与工件的接触面积大，故生产率高。 2）但精度较周磨差，磨削热较大，切削液进入磨削区较困难，易使工件受热变形，且砂轮磨损不均匀，影响加工精度。
平面磨削常作为刨削或铣削后的精加工，特别是用于磨削淬硬工件，以及具有平行表面的零件（如滚动轴承环、活塞环等）。 经磨削两平面间的尺寸公差等级可达IT6～IT5级，表面粗糙度R a值为 0.8～0.2μm。 2、平面磨床的磨削方法 在平面磨床上磨削平面有圆周磨削(图1—14a，c)和端面磨削(图1—14b，d)两种形式。卧轴矩台或圆台平面磨床的磨削属圆周磨削，砂轮与工件的接触面积小，生产效率低，但磨削区散热、排屑条件好，因此磨削精度高。 卧轴矩台平面磨床磨削平面的主要方法如下： 1）．横向磨削法(图1—16) 每当工作台纵向行程终了时，砂轮主轴作一次横向进给，待工件表面上第一层金属磨去后，砂轮再按预选磨削深度作一次垂直进给，以后按上述过程逐层磨削，直至切除全部磨削余量。 横向磨削法是最常用的磨削方法，适于磨削长而宽的平面，也适于相
超精密平面磨削的技术要求 1.1超精密平面磨削的技术指标 精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，通常，按加工精度划分，可将机械加工分为一般 加工、精密加工、超精密加工三个阶段。由于生产技术的不断发展，划分的界限将逐渐向前推移，过去的 精密加工对今天来说已是普通加工，因此，其划分的界限是相对的，且在具体数值上至今没有固定。精密 加工是指加工精度为1-1μm、表面粗糙度为Ra0.1-0.025μm的加工技术；超精密加工是指加工精度高于 0.1μm、表面粗糙度Ra小于0.025μm的加工技术，因此，超精密加工又称之为亚微米级加工。但是，目前 超精密加工已进入纳米级精度阶段，故出现了纳米加工及其相应的技术，如表1所示。 根据我国目前精密平面磨削的基础，结合国外超精密平面磨削的技术指标，提出以下超精密平面磨削机床 的技术指标，并与已实现的技术指标作了比较。 表1 超高精度平面磨床主要技术参数与目前三个精度级的对比单位mm 1.2超精密平面磨削的技术要求 根据表1所示的超精密平面磨削的技术指标，我们可以提出超精密平面磨削机床的技术要求：机床的砂轮 垂直进给能实现微量进给，机床具有足够的静、动态刚性，尤其是对机床的热变形及振动的控制较常规的 机床要有质的提高。 2实现超精密平面磨削的方法与手段 如上所述，为了实现这些技术要求来达到理想的技术指标，在机床的设计理念与机床的具体结构中，要求 与传统的机床有较大的改进与提高，根据我们的经验及对国外精密加工技术资料收集与分析，结合平面磨 削的机床结构、运动要求，可将整机分解为如下的主要单元技术：（1）机床布局型式；（2）新材料运用；（3）主轴精密回转技术；（4）微量进给技术；（5）运动导轨型式；（6）高精度温度控制技术。 2.1机床布局型式 机床布局型式极为重要，是决定成败的关键，但是超精密磨削技术是由精密磨削发展而来，从国外已实现 超精密平面磨削机床看，其结构型式多种多样，既有“磨头移动式”，也有“立柱移动式”或“十字拖板移动式”，无一例外，均未脱离传统的机床布局结构型式。从我们已掌握的高精度平面磨削技术基础上，认为机床结 构采用“十字拖板移动式”适合于超高精度平面磨削机床的研制。因为该结构型式，具有机床结构布局对称 性好，热稳定性好；主要运动部件重心低，运动平稳等优点。 2.2新材料运用 超精密平面磨削对机床的热变形及振动控制要求较高。在机床基础结构件材料的运用上，应突破传统以灰 铸铁为主的原则，采用一些新型材料，如：非金属材料——树脂混凝土，该材料的振动衰减性、耐热梯度、线胀系数等特性均大大优于金属材料。这在国外已被成熟运用，在国内也有运用的例子，如上海机床厂有 限公司的数控凸轮轴磨的床身采用了人造大理石材料，取得了较好的效果。因而在超精密平面磨削机床的 主要关键基础件，如床身、立柱、拖板等应采用人造大理石材料。 2.3主轴精密回转技术
硬质合金超精密镜面磨削的实验研究 作者：大连理工大学 周曙光 徐中耀 关佳亮 由于硬质合金的硬度高、脆 性大、韧性差，加工性能差，采用传统方法难以满足精密及超精密加工的技术要求，而且工序多、效率低、成本高。运用ELID 精密镜面磨削技术加工各种硬质合金，一次磨削成形，效果良好，表面粗糙度普遍达Ra10～20μm ，且效率高、成本低，对机床精度要求不高，具有极大的推广价值和应用前景。 一、硬质合金超精密镜面磨削实验 1. 实验材料 实验材料见表1。 表1 几种典型硬质合金的物理机械性能 2. 实验条件及参数 在MM7120型卧轴矩台平面磨床上，加装自行设计的ELID 平面磨削装置，对上述牌号硬质合金进行ELID 超精密镜面磨削实验。实验条件及参数见下列： 1) 实验设备
a. 改装的MM7120型平面磨床 b. 自制CIFB砂轮W10，W5，W1.5 c. 自制HDMD-II型ELID磨削专用 d. 高频直流脉冲电源 e. 自制HDMY-201型磨削液 2) 磨削参数 a. 主轴转速1440r/min b. 横向进给速度0.1～3mm/行程 c. 工作台速度0.05～0.08m/s d. 磨削深度0.001～0.005mm 3) 电解参数 a. 电压45～125V b. 电流0.5～6.5A c. 电极间隙0.1～0.75A 3. 实验结果 应用上述设备条件，通过调节电解参数和磨削参数，进行ELID超精密镜面磨削。采用日本KosakaLaboratory Ltd.公司制造的SE-3H型轮廓仪进行表面粗糙度的检测，微观尺寸放大倍数V=20000～50000，走纸方向放大倍数H=10，采样长度Ro0.25～0.3mm，测量长度L=2.5mm。磨后工件达到Ra6～17nm的镜面。检测结果见表2。
五、烤瓷熔附金属全冠 烤瓷熔附金属全冠（Porcelain-fused-to-metal,PFM）：由低熔烤瓷真空条 件下熔附到铸造金属基底冠上的金-瓷复合结构的修复体。 【适应证】 1.美观要求较高者，前、后牙均可采用。 2．变色牙，如死髓牙、四环素牙和氟斑牙等。 3.畸形牙、扭转错位牙，用以改善牙冠形态。 4.根管治疗后经桩核修复的残根、残冠。 5．既可用于单个牙体缺损的修复，也可作为固定义齿的固位体。 6牙周病矫形治疗的固定夹板。 【禁忌证】 1．乳牙以及青少年恒牙牙体缺损，且牙髓为活髓者。 2．患者颌力过大，或因职业关系而易造成前牙牙折者。 3．前牙严重磨耗、咬合关系过紧、对刃颌未矫正者。 4．牙冠缺损严重、过短或过小牙，牙体预备无法获得足够固位形、抗力形者。 5．牙周病术后患者牙龈萎缩，牙根外露或牙颈部缺损严重者。 【金瓷结合机制】 （1）化学结合（Chemical bond)：指在烧烤过程中合金表面所形成的氧化膜中的氧化物与底层瓷中的氧化物发生氧化还原反应，从而使界面发生化学反应而产生牢固的化学结合。因此，合金表面的氧化膜是化学反应的必备条件之一。 （2）机械结合（Mechannical bond)：金-瓷间相互交错状结合而产生的一种结合力。粗化的表面较之光滑面，结合强度大幅度提高。 （3）范德华力：两种极化的原子或分子在一定范围内互相靠近而产生静电吸引。合金表面的润湿效果越好，范德华力越大。 （4）压缩结合(compressive bond)：是由于瓷粉与合金之间存在热膨胀系数差而产生的。一般认为，瓷的热膨胀系数应略小于金属。 【材料要求】 包括生物学匹配，金瓷匹配和色泽匹配三方面： （1）. 应有良好的生物相容性。 （2）. 应有适当的机械强度和硬度，包括良好的铸造性能，收缩变形，并具有良好润湿性。 （3）. 两者的化学成分在表面形成氯化膜，实现化学性结合。 （4）. 两者的热膨胀系数应严格控制。 （5）.金熔点应大于瓷熔点。 （6）.瓷粉颜色可匹配性，色泽长期稳定不变。 （7）.减小烘烤次数。 （8）.金属基底不能太薄。 【修复条件】 牙髓 功能与解剖形态的恢复 牙周组织
精密与超精密磨削技术 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研究，以获得亚微米级尺寸精度。微细磨料磨削，用于超精密镜面磨削树脂结合剂砂轮金刚石磨粒平均直径可小至4μm。日本用激光研磨过人造单晶金刚石上切出大量等高性一致微小切刃，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0.025μm。日本开发了电解线修整(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，可实现硬脆材料高精度、高效率超精密磨削。作平面研磨运动双端面精密磨削技术，其加工精度、切除率都比研磨高得多，且可获得很高平面度,工具模具制造，磨削保证产品精度质量最后一道工序。技术关键除磨床本身外、磨削工艺也起决定性作用。磨削脆性材料时，由于材料本身物理特性，切屑形成多为脆性断裂，磨剂后表面比较粗糙。某些应用场合如光学元件，这样粗糙表面必须进行抛光，它虽能改善工件表面粗糙度，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，80年代末日本欧美众多公司研究机构相继推回了两种新磨削工艺：塑性磨削（Ductile Grinding）镜面磨削（Mirror Grinding）。 1.塑性磨削它主要针对脆性材料而言，其命名来源出自该种工艺切屑形成机理，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）。由此磨削后表面没有微裂级形成，也没有脆必剥落时元规则凹凸不平，表面呈有规则纹理。 塑性磨削机理至今不十分清楚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，它与工件材料特性磨粒几何形状有关。一般来说，临界切削深度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：（1）极高定位精度运动精度。以免因磨粒切削深度超过100μm时，导致转变为脆性磨削。 （2）极高刚性。因为塑性磨削切削力远超过脆性磨削水平，机床刚性太低，会因切削力引起变形而破坏塑性切屑形成条件。 2.镜面磨削顾名思义，它关心不切屑形成机理而磨削后工件表面特性。当磨削后工件表面反射光能力达到一定程度时，该磨削过程被称为镜面磨削。镜面磨削工件材料不局限于脆性材料，它也包括金属材料如钢、铝钼等。为了能实现镜面磨削，日本东京大学理化研究所NakagawaOhmori教授发明了电解线修整磨削法ELID（Electrolytic In-Process Dressing）。 镜面磨削基本出发点：要达到境面，必须使用尽可能小磨粒粒度，比如说粒度2μm乃至0.2μm。ELID发明之前，微粒度砂轮工业上应用很少，原因微粒度砂轮极易堵塞，砂轮必须经常进行修整，修整砂轮辅助时间往往超过了磨削工作时间。ELID首次解决了仅用微
常见的3种磨削方法介绍 磨削过程就是砂轮表面上的磨粒对工件表面的切削、划沟和滑擦的综合作用过程。（一）外圆磨削 外圆磨削可以在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行，也可在无心磨床上进行，通常作为半精车后的精加工。 1、纵磨法 磨削时，工件作圆周进给运动，同时随工作台作纵向进给运动，使砂轮能磨出全部表面。每一纵向行程或往复行程结束后，砂轮作一次横向进给，把磨削余量逐渐磨去。可以磨削很长的表面，磨削质量好。特别在单件、小批生产以及精磨时，一般都采用纵磨法。 2、横磨法（切入磨法） 采用横磨法，工件无纵向进给运动。采用一个比需要磨削的表面还要宽一些（或与磨削表面一样宽）的砂轮以很慢的送给速度向工件横向进给，直到磨掉全部加工余量。横磨法主要用于磨削长度较短的外圆表面以及两边都有台阶的 3、深磨法 特点是全部磨削余量（直径上一般为0.2～0.6mm）在一次纵走刀中磨去。磨削时工件圆周进给速度和纵向送给速度都很慢，砂轮前端修整成阶梯形或锥形。深磨法的生产率约比纵磨法高一倍，能达到IT6级，表面粗糙度的Ra值在0.4～0.8之间。但修整砂轮较复杂，只适于大批、大量生产，磨削允许砂轮越出被加工面两端较大距离的工件。 4、无心外圆磨削法 工件放在磨削砂轮和导轮之间，下方有一托板。磨削砂轮（也称为工作砂轮）旋转起切削作用，导轮是磨粒极细的橡胶结合剂砂轮。工件与导轮之间的摩擦力较大，从而使工件以接近于导轮的线速度回转。无心外圆磨削在无心外圆磨床上进行。无心外圆磨床生产率很高，但调整复杂；不能校正套类零件孔与外圆的同轴度误差；不能磨削具有较长轴向沟槽的零件，以防外圆产生较大的圆度误差。因此，无心外圆磨削多用于细长光轴、轴销和小套等零件的大批、大量生产轴径。 （二）内圆磨削 内圆磨削除了在普通内圆磨床或万能外圆磨床上进行外，对大型薄壁零件，还可采用无心内圆磨削；对重量大、形状不对称的零件，可采用行星式内圆磨削，此时工件外圆应先经过精加工。 内圆磨削由于砂轮轴刚性差，一般都采用纵磨法。只有孔径较大，磨削长度较短的特殊情况下，内圆磨削才采用横磨法。 与磨外圆磨削相比，内圆磨削有以下一些特点： (1)磨内圆时，受工件孔径的限制，只能采用较小直径的砂轮。内圆磨削砂轮需要经常修整和更换，同时也降低了生产率。 (2)砂轮线速度低，工件表面就磨不光，而且限制了进给量，使磨削生产率降低。 (3)内圆磨削时砂轮轴细而长，刚性很差，容易振动。因此只能采用很小的切入量，既降低了生产率，也使磨出孔的质量不高。 (4)内圆磨削砂轮与工件接触面积大，发热多，而切削液又很难直接浇注到磨削区域，故磨削温度高。
三轴数控磨床的镜面陶瓷磨削 摘要:在这篇文章中，利用陶瓷材料如Si3N4和Al2O3-TiC等实现了工件平均表面粗糙度小于10nm的水平。针对这套磨削操作系统，已设计和制造出了三轴数控研磨机床。磨床由空气轴、高阻尼树脂混泥土底座和一个三轴数控控制器带有高分辨交流伺服系统组成。磨床的动态特性，如轴的固有频率和阻尼均已通过实验测量。同时，利用光整加工使得砂轮平直度为1μm的精确度取得了有效的提升。?1997爱思唯尔的科学有限公司 1 简介 随着由硬脆材料组成的超精密零部件已经越来越多的被当今社会所利用，关于结构的制陶技术、电子的制陶术、光学玻璃和热加工钢铁已经逐步成为一项重要的研究领域。然而，研磨那些硬脆材料使用传统的研磨机是非常困难的，况且是超精密研磨。单点切断工件已经有效的应用于切断柔软的材料，但是不能用于硬脆材料。金刚石或CBN材料的研磨轮或许可以应用于这些硬脆材料，只要精度没有要求在亚微型。 近期，通过铸铁纤维结合金刚石砂轮研磨和电解加工（ELID）方法的发展使得超精密研磨那些硬脆材料逐步成为可能。通过这种方法，已经得到了硬脆材料的光滑镜面。这些镜面的表面粗糙度和形状精度已经分别达到了纳米和亚微型水平，为研磨机床提供了合适的静态和动态性能。因此，提高超精密研磨机床的刚度和高精确度以便用于脆硬材料的镜面磨削非常重要。同时，适用于特殊的陶瓷和机床的ELID的机械加工参数的测量也非常重要，因为机床的磨削由复杂的元素组成，比如滚珠丝杠、线性运动导向块等。 在这篇文章中，陶瓷材料的镜面磨削，如Si 3N 4 和 Al 2 3 -TiC材料应经完成 得到。对于磨削操作，原始型的三轴超精密数控研磨机已经设计和制造出。因为机床的底座与整体的动态刚性有很大的牵连，所以设计和制造出树脂凝结剂机床底座来提高它的动态性能。研磨机床的特性评价由研磨机床磨削硬脆材料时的振动测试完成。 2、研磨机床的设计 对于高的旋转精度和平滑进给运动，超精密研磨机床的轴和进给原理机制应当具有较高的刚度和低摩擦阻力。同时，结构材料也必须具备高刚度和高阻尼。由于空气静压主轴具有较高的旋转精度，因此已经广泛应用于超精密机床。在这篇文章中，因空气轴箱内有发动机驱动，具有高速转动和低摩擦功能而被选用。所构建的发动机类型去除了轴的装配以及携带发动机的困难，尽管未来轴的趋势是提高它的抗温性能。这台机床在X轴的行程长400mm,Y轴为250mm，Z轴为300mm。 这台机床的最大功率为1.1KW，主轴的转速在3400r/m到10000r/m之间。轴的转速取决于转换的频率。主轴的径向最大承受力为600N，轴向承受力最大为430N。在铸铁纤维（CIFB）结合金刚石砂轮使用ELID加工，使得剪切力在20N 到50N之间，这样的主轴机床是适合用于镜面磨削加工的。 滚珠丝杠和线性导向块是用于进给装置。三轴的位姿由交流伺服电动机和CNC管理控制，它们是由日本的FANUC公司制造。相对坐标的模型确定是用于伺
精密磨削技术的历史与发展 随着科学技术水平不断的提高，磨削加工已广泛应用于金属及其他材料的粗、精加工，是非常重要的切削加工方式。目前，磨削加工已经成为现代机械制造领域中实现精密与超精密加工最有效、应用最广泛的基本工艺技术，为人们提供高精度、高质量、高度自动化的技术装备的开发和研制。 精密磨削中超硬磨料砂轮 精密磨削技术 磨削是指用磨料或磨具去除材料的加工工艺方法，一般来讲，按照砂轮线速度的高低可将其进行分类，把砂轮速度低于45 m/s的磨削称为普通磨削，把砂轮速度高于45 m/s的磨削称为高速磨削，把砂轮速度高于150m/s的磨削称为超高速磨削。 按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削（高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削、快速短行程磨削和高速重负荷磨削）。 磨削加工能达到的磨削精度在生产发展的不同时期有不同的精度范围，当前，按磨削精度将磨削分为普通磨削（加工精度＞1μm、表面粗糙度R a0.16~1.25μm）、精密磨削（加工精度1~0.5μm、表面粗糙度R a0.04~1.25μm）、超精密磨削（加工精度≤0.01μm、表面粗糙度R a≤0.01μm）。 精密加工是指在一定发展时期中，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺，当前是指被加工零件的加工精度为l～0.1μｍ，表面粗糙度值Ra0.2～0.01μｍ的加工技术。 精密磨削是目前对钢铁等黑色金属和半导体等脆硬材料进行精密加工的主要方法之一，在现代化的机械和电子设备制造技术中占有十分重要的地位。 精密磨削一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮，主要靠对砂轮的精细修整，使用金刚石修整工具以极小而又均匀的微进给（10～15mm /min）。获得众多的等高微刃，加工表面磨削痕迹微细，最后采用无火花光磨。 由于微切削、滑移和摩擦等综合作用，达到低表面粗糙度值和高精度要求。高精密磨削的
浅谈磨削加工对模具寿命的影响 分析了磨削加工工艺对模具寿命的影响，提出减少磨削缺陷的有效措施，从而保证和提高模具使用寿命。 关键词：磨削加工措施模具寿命 模具制造是模具设计的延续，是验证设计正确性的过程。在现代模具生产中采用了先进、高效、高精密机床和自动化生产技术。磨削加工工作量将占模具总的制造工时的25％～45％。我国模具工业发展到今天取得了巨大的进步，但仍然与国外先进水平有较大的差距，在模具寿命上的比较见附表。模具制造的成品质量与模具制造精度密切相关，特别是与模具型腔面的精度和表面粗糙度有着密切关系。 实际生产中，影响模具失效的因素有：①模具结构；②模具材料；③冷热加工的制造工艺（锻造、热处理、切削加工、磨削加工、电加工等）；④模具工作条件。要提高模具寿命，必须对导致模具损伤的原因及各种影响因素进行认真分析，制定克服的办法和措施。 目前，在国际上有两种模具制造工艺路线：一是以提高机械加工与电加工的精度与质量，使手工精加工的工作量降到最低，如高精密机床和高速成型铣床及其加工工艺的发展，为这条工艺路线的发展奠定基础。二是侧重精加工中的抛光和研磨工艺，其
加工工时，与机械加工、电火花加工时间几乎相等。一副模具是由众多的零件组配而成，零件的质量直接影响着模具的质量，而零件的最终质量又是由精加工来保证的。在国内大多数的模具制造企业，精加工阶段采用的方法一般是磨削、电加工及钳工处理。 磨削加工对模具寿命的影响未引起人们的充分重视，由于不正确的磨削工艺，造成工件表面烧伤、磨削裂纹、磨削痕及产生磨削应力，致使后续工序及模具在服役期间的机械疲劳、冷热疲劳产生裂纹的萌生源，严重影响模具的使用寿命。 研究和探讨如何提高磨削加工质量，提高模具使用寿命、延长服役时间，促进采用模具新技术，正是本文的目的。 1 模具的磨削加工 磨削过程的实质是工件被磨削了金属表层，在无数磨粒瞬间的挤压、磨擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。磨削的全过程表现为力和热的作用。 ①在磨削过程中，加工表面在切削热作用下产生热膨胀，此时基体金属温度较低，因此，表面产生热压应力。当磨削结束时，工件表面温度降低，由于表面已产生热态塑性变形并受到基体的限制，故而表面产生残余拉应力，里层产生残余压应力。 ②磨削时，砂轮与工件为弧面接触，砂轮切削时工件产生塑性变形及砂轮与工件间剧烈的摩擦阻力，从而在砂轮与工件间形成大小相等，方向相反的磨削力，同时由于表层材料塑性变形时使工件材料内部金属分子之间产生相对位移，形成内摩擦而发热，砂
平面磨削工件表面波纹产生原因与预防 2012-12-31 来源：作者：海军蚌埠士官学校机械系杨庆文 1 引言 利用平面磨床加工各种零件的平面时，尺寸公差可达IT5 级-IT6 级，两平面平行度误差小于0.01mm，表面粗糙度一般可达Ra0.4~0.2，精密磨削可达Ra0.01~0.1。但是如果在磨削方法、砂轮、磨削用量的选择等方面出现失误，则加工质量将急剧下降，甚至出现废品。其中工件表面波纹的出现将大大影响工件表面粗糙度和美观程度，因此，在对工件进行平面磨削时如何预防和消除表面波纹，显得极为重要。 2 波纹类型及预防 2.1 等距的直线波纹 平面磨削时工件表面如出现图1 所示等距离分布的直线波纹，表明存在着强迫振动，其振源主要来自砂轮或电动机的不平衡。因此，应检查并调整磨头电动机的转子与定子间隙是否均匀。修整砂轮时，金刚石应安装在工作台面上，而不宜装在砂轮架滑枕外端，见图2，由于这种装法砂轮修整时向前移出甚多，磨头因自重而倾斜变形，造成砂轮母线与磨头移动方向不平行，磨削时砂轮与工件接触不良。砂轮振动又会使修整器同时振动，而影响砂轮的修圆效果。因此砂轮修整器应放在工作台面上，且位于磨削工件的位置，这样可通过修整来减小砂轮不平衡量的不良影响。 2.2 单条波纹 平面磨削时，如工件两边出现单条波纹或一边出现单条波纹（见图3），说明工作台换向时产生冲击，而使磨床的立柱摇晃。当工作台换向后，工件再次进入磨削，此时立柱正在晃动，因而工件的两边或一边出现单条波纹的缺陷。故应调整工作台换向撞块的位置，使之适当，调整工作台换向节流阀螺钉，减小工作台换向冲击。
2.3 菱形波纹 磨削平面时如出现菱形波纹，说明砂轮与工件有振动（见图4）。由于砂轮每分钟转数与工作台每分钟行程次数之比，多数情况下不是整数，因此出现菱形波纹比出现等距分布的直形波纹的机会要多。故应提高磨头系统刚度，适当减小垂直进给量。 2.4 表面拉毛
郑州工业安全职业学院 毕业论文 题目：磨削技术及精密、超精密加工 姓名：赵会海 系别：机电工程系 专业：机电一体化 年级：08 机电二班 指导教师： 年月日
毕业论文成绩评定表 学生姓名赵会海学生所在系机电工程系 专业 班级 机电技术二班 毕业论文 课题名称 磨削技术及精密超精密加工 指导教师评语： 成绩： 指导教师签名： 年月日系学术委员会意见： 签名： 年月日
目录 前言 (1) 第一章磨削理论的研究 (2) 第一节磨削机理 (2) 第二节表面完整性 (2) 第二章砂带磨削技术 (5) 第一节沙袋磨削简介 (5) 第二节磨削工艺的进展 (5) 第三节精密及超精密磨削 (6) 第四节砂带磨削趋势 (7) 第三章精密与超精密磨削技术 (9) 第一节塑性磨削 (9) 第二节镜面磨削 (10) 第四章结论及展望 (14) 参考文献 ............................................. 错误！未定义书签。致谢 (16)
内容摘要 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: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. Key word:ELID grinding technology, belt grinding, grinding automation.
先进磨削技术的新发展 摘要：磨削是指用磨料或磨具去除材料的加工工艺方法，磨削与车、铣削在常规加工材料上竞争可能难分高下。尽管硬车削已经替代了很多磨削加工，但由于粘结技术的进步、高级磨料的应用，磨削依然保持强势。作为先进制造技术中的重要领域，磨削加工技术已在机械、国防、航空航天、微加工、芯片制造等众多领域得到广泛应用。磨削加工的发展趋势正朝着采用超硬磨料、磨具，高速、高效、高精度磨削工艺及柔性复合磨削、绿色生态磨削方向发展。如今磨削加工的发展趋势，主要包括高速磨削、超高速磨削、精密和超精密磨削、缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削及绿色磨削技术。我们也需要了解超高速磨削加工的机理及超高速磨削的优越性，把握高速超高速磨削加工技术的发展前景。 关键词：磨削精密磨削高效磨削超高速磨削 正文：磨削加工技术是利用磨料去除材料的加工方法，也是人类最早使用的生产技艺方法。18世纪中期世界上第一台外圆磨床问世，由石英石、石榴石等天然磨料构成，随后又研制出平面磨床。20世纪40年代末，人造金刚石出现；1957年立方氮化硼研制成功；随着磨削技术的发展，特别是超硬磨料人造金刚石砂轮与立方氮化硼党的应用，磨削加工范围日益增大，磨削加工精度和加工效率也不短提高。 磨削技术发展趋势 如今磨削加工技术正朝着高速化，精细化方向发展。因此，我们了解超高速磨削加工的机理及超高速磨削的优越性，把握高速超高速磨削加工技术的发展前景是很有必要的。主要包括高速磨削、超高速磨削、精密和超精密磨削、缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削及绿色磨削技术 首先了解一下精密及超精密磨削机理，精密磨削一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮，主要用金刚石修整刀具以极小而又均匀的微进给（10～15mm/min）对砂轮进行精细修整，以获得众多的等高微刃，加工表面的磨痕较细，加工过程中，由于微切削、滑移、摩擦等综合作用，加工工件达到了小的表面粗糙度值和高的精度要求。超精密磨削则采用较小的修整导程和较小的背吃刀量修整砂轮，靠超细微磨粒等高微刃的磨削作用进行磨削加工。现在我们就对以上提到的磨削技术详细了解一下。 高效磨削技术 高效磨削是一种先进的制造技术，在其不断的发展中达到了一个崭新的水平。所谓高效磨削，是指加大磨削负荷或提高砂轮线速度，增加单位时间金属比切除率和单位时间的金属去除量，以达到和车削、铣削那样高的金属切除率，或者甚至更高。高效磨削主要包括高速磨削、缓进给磨削、高效深磨和砂带磨削，现已成为磨削加工技术发展的总体趋势。高效磨削技术的大力推广可有效地提高磨削效率、加工质量、砂轮耐用度，并降低生产成本。 缓进给磨削 缓进给磨削是继高速磨削之后发展起来的一种高效加工方法，对成型表面的加工有显著的成效。缓进给磨削是强力磨削的一种，又称深切缓进给磨削或蠕动磨削。缓进给磨削与普通磨削的不同在于采用增大磨削深度、降低磨削速度、砂轮与工件有较大的接触面积和高的速度比，达到很高的金属切除率。磨削工件时，只需经过一次或数次行程即可磨到所需的形状和尺寸精度。由于砂轮的磨削深度大，致使砂轮与工件的接触面积加大，有效抑制了磨削时振动的产生，磨
几种精密磨削加工 第一节 精整和光整加工 精整加工是生产中常用的精密加工，它是指在精加工之后从工件上切除很薄的材料层，以提高工件精度和减小表面粗糙度为目的的加工方法，如研磨和沂磨等。光整加工是指不切除或从工件上切除极薄材料层，以减小工件表面粗糙度为目的的加工方法，如超级光磨和抛光等。一.研磨 研磨是在精加工基础上用研具和磨料从工件表面磨去一层极薄金属的一种磨料精密加工方法。尺寸公差等级可达IT5～IT3，Ra值可达0.1～0.008μm 。 1．研磨的种类 ① 湿研 将液状研磨剂涂敷或连续加注于研具表面，使磨料(W14～W5)在工件与研具间不断地滑动与滚动，从而实现对工件的切削。湿研应用较多。 ② 干研 将磨料(W3.5～W0.5)均匀地压嵌在研具表层上，研磨时需在研具表面涂以少量的润滑剂。干研多用于精研。 ③ 半干研 所用研磨剂为糊状的研磨膏，粗、精研均可采用。 2．研磨原理 ① 微细性： 可对工件进行0.01～0.1μm切削。 ② 随机性：工件与研具随机接触,高点相互修整，误差逐步减小，精度同时得到提高。 ③ 针对性：可检测工件，有针对性变动研磨位置和掌握研磨时间，保证尺寸和形状精度。 3．研具材料和研磨剂 1) 研具材料 铸铁：研磨淬硬和不淬硬的钢件及铸铁件。 黄铜：研磨各种软金属。 2) 研磨剂
① 磨料：氧化铝、碳化硅、氧化铁、氧化铈等。 ② 研磨液：机油、煤油、动物油及油酸、硬脂酸 4．研磨方法 1) 研磨外圆 说明：① 研磨外圆一般在精磨或精车基础上进行。手工研磨外圆可在车床上进行，工件和研具之间涂上研磨剂，工件由车床主轴带动旋转，研具用手扶持作轴向往复移动。 研磨示意图 ② 机械研磨外圆在研磨机上进行，一般用于研磨滚珠类零件的外圆。 研磨示意图 研磨示意图 2) 研磨内圆 说明：研磨内圆需在精磨、精铰或精镗之后进行，一般为手工研磨。研具为开口锥套，套在锥
我对精密超精密加工技 术的认识 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
我对精密超精密加工技术的认识目前，精密、超精密技术在我国的应用已不再局限于国防尖端和航空航天等少数部门，它已扩展到了国民经济的许多领域，应用规模也有较大增长。计算机、现代通信、影视传播等行业，现都需要精密、超精密加工设备，作为其迅速发展的支撑条件。计算机磁盘、录像机磁头、激光打印机的多面棱镜、复印机的感光筒等零部件的精密、超精密加工，采用的都是高效的大批量自动化生产方式。 传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达~μ;m，最好可到μ;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤μ;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。抛光是利用机
教师姓名授课形式讲授授课时数1授课日期年月日授课班级 授课项目及任务名称 第九章磨削 第四节平面磨床的磨削方法 教学目标知识目 标 掌握工件的装夹方法。 掌握平面磨削的方法。技能目 标 学会平面磨削方法。 教学重点磨削工件装夹方法、端磨和周磨的方法教学难点端磨和周磨的方法 教学方法教学手段 借助于多媒体课件和相关动画及视频，详细教授磨削工件装夹方法、端磨和周磨的方法基础知识。教师先通过PPT课件进行理论知识讲解，再利用相关动画和视频进行演示，让学生能够将理论知识转化成实践经验。同时学生根据所学内容，完成知识的积累，为以后的实践实训打下基础。 学时安排1.工件装夹约10分钟； 2.平面磨削约35分钟； 教学条件多媒体设备、多媒体课件。 课外作业查阅、收集平面磨削的相关资料。检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。 教学后记
授课主要内容 第四节平面磨床的磨削方法 平面磨削是在铣、刨基础上精加工。经磨削后平面的尺寸精度可达公差等级IT6～IT5，表面粗糙度值达0.8～0.2μm. 一、工件的装夹方法 平面磨床上工件的装夹，需要根据工件的形状、尺寸和材料等因素来决定。 所有的钢、铸铁等磁性材料，且有两个平行平面的工件，一般都用电磁吸盘直接装夹。电磁吸盘体装有线圈，通入直流产生磁力，吸牢工件，对于非磁性材料或形状复杂的工件，应在电磁吸盘上安放一精密虎钳或简易夹具装夹，也可以直接在普通工作台上采用虎钳或简易夹具来安装。二、平面磨削方法 平面磨削可分为端磨和周磨两种。 1.端磨 端磨是在立轴平面磨床上利用砂轮的端面进行磨削。端磨平面时砂轮与零件的接触面积大，磨削力大，磨削热多，散热、冷却和排屑条件差，端磨精度比较差。但磨头悬伸长度短，可采用较大的磨削用量，生产效率较高，常用于大批量生产中代替铣削和刨削进行粗加工。 2.周磨 周磨则是在卧轴平面磨床上利用砂轮的外圆面进行磨削。周磨时砂轮与零件的接触面积小，磨削力小，磨削热少，散热、冷却和排屑条件好，砂轮磨损均匀，所以能获得高的精度和低的表面粗糙度，常用于各种批量生产中对中、小型零件的精加工。 任务小结 回顾本次任务所学知识，强调本节课的重点与难点，本课主要讲解磨削工件装夹方法、端磨和周磨的方法等基础知识。
先进制造技术课程大作业2014年10月 ELID超精密磨削技术综述 蔡智杰 天津大学机械工程学院机械工程系2014级硕士生 摘要：金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(Electrolytic In-process Dressing, 简称ELID)磨削技术作为一种结合传统磨削、研磨、抛光为一体的复合镜面加工技术，开辟了超精密加工的新途径，具有广发的应用价值。本文将从工作原理、磨削机理、工艺特点、影响因素及磨削机床的分类等方面系统地介绍ELID超精密磨削技术，并通过分析国内外研究应用状况，阐述该技术在精密加工制造行业的应用发展前景。 关键词：在线电解修整(ELID)超精密镜面加工金属基超硬磨料砂轮硬脆材料磨削机理 0引言 随着制造行业的飞速发展，硬质合金、工程陶瓷、光学玻璃、玻璃陶瓷、淬火钢及半单晶硅等硬脆难加工材料得到广泛应用，寻求低成本、高效率的超精密加工技术的研究工作正在广泛开展。超精密镜面磨削技术是一种借助高性能的机床、良好的工具(砂轮)、完善的辅助技术和稳定的环境条件，控制加工精度在0.1μm级以下、表面粗糙度Ra<0.04μm甚至Ra<0.01μm的磨削方法[1]。然而，由于传统磨削工艺效率低、磨削力大、磨削温度高，且砂轮极易钝化、堵塞而丧失切削性能，从而造成加工面脆性破坏，加工质量恶化，难以满足高精度、高效率的加工要求。随着砂轮精密修整技术的发展及超微细粒度砂轮的使用，将磨削加工的材料去除工作引入到一个新的领域。ELID磨削技术是应用电化学反应的非传统材料去除技术来解决金属基超硬磨料砂轮的修整问题的超精密镜面加工技术，以其效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及适应性广等特点，已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。 1ELID磨削的基本原理 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使金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化层的连续修整用与钝化膜抑制电解的作用达到动态平衡。从而获得稳定厚度的氧化层，使砂轮磨粒获得恒定的出刃高度和良好的容屑空间，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。 1.1 系统做成 ELID磨削的必备装置主要有磨床、电源、电解装置、电解液和砂轮五个要素。详述如表1所示： 表1 ELID磨削机床的组成 1.2系统工作原理 ELID磨削原理如图1所示。金属结合剂超硬磨料砂轮的转轴与电刷的接触而接通电源正极作为阳极，铜电极（工具电极）与电源负极相接作为阴极。砂轮与负极之间存在100~500μm的间隙（间距可调），利用喷嘴喷出具有电解功能的磨削液使之充满间隙[2]。在高电压（60~120v）和高脉冲频率电源的作用下，使磨削液电解产生阳极溶解效应，将砂轮表层的金属基体电解去除，与此同时，在砂轮表面会产生一层绝缘的钝化膜能有效抑制金属基体的过度电解，以减少砂轮基体的过分电解损耗。因为氧化膜极易磨损，从而容易使新的磨粒露出锋利的棱角以达到修锐效果。整个加工过程中电解作用与钝化膜的抑制作用达到动态平衡，保证了磨粒的恒定的突出量，使砂轮在加工过程中始终保持有磨粒突出的最佳磨削状态。该技术将砂轮的在线修整与磨削过程结合在一起，从而实现对工件的连续超精密