ELID镜面磨削技术综述

ELID(Electrolytic In-Proce Dre ing)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。我国以哈尔滨工业大学袁哲俊教授为首的ELID课题组于1993 年开始了对该项技术的研究工作，现已成功地在平面、内圆和外圆磨床上实现了多种难加工材料的精密镜面磨削。本文将介绍ELID磨削技术的原理、过程、特点及国内外的研究应用状况，阐述该技术在我国精密加工制造行业的广阔应用前景。
1 ELID磨削的基本原理 
    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。
2 ELID磨削过程及精密镜面形成机理
    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，其中磨粒主要是以滑动方式去除工件材料的。
3 ELID磨削技术的工艺特点
    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。
4 ELID磨削的必备装置
    ELID磨削的必备装置主要有砂轮、电源、电解装置、电解液和磨床等五个要素。
    ELID磨削对磨床的要求主要是要有较高的主轴回转精度。
    ELID磨削用砂轮的结合剂应具有良好的导电性和电解性能，而结合剂元素的氧化物或氢氧化物不导电。目前常用的砂轮有铸铁纤维结合剂(CIFB)、铸铁结合剂(CIB)和铁粉结合剂(IB)的金刚石砂轮。
    ELID磨削的电源可以采用直流电源、交流电源、脉冲电源等。
    电解装置的主要部分是工具电极。磨床结构不同，工具电极的位置和形状也不同，如图2所示。电极宜用不锈钢制造，与砂轮的间隙控制在0. 5～1. 5mm范围内，而且应与机床充分绝缘。工具电极固定在绝缘板上，再用调节栓将绝缘板固定在砂轮防护罩上。电极上开有蓄水槽，电解磨削液采用中心送液法，依靠重力和离心力充满电极间隙。
1. 喷嘴 2. 防护罩 3. 绝缘板 4. 阴极块 5、8. 砂轮 6. 电极 7. 电刷 9. 工件 10. 卡盘