在线电解修整（ＥＬＩＤ）超精密镜面磨削的影响因素初探哈尔滨工业大学张春河，袁哲俊，张飞虎 ，王平日本理化学研究所大森整摘要在线电解修整（ＥＬＩＤ）超精密镜面磨削有效地实现了许多 难加工材料的超精密加工和高效加工。本文分析了ＥＬＩＤ磨削的机理和在线电解作用对磨削过程 的影响途径，并深入探讨了各影响因素的作用机理。主题词在线电解修整（ＥＬＩＤ），超精密镜 面磨削，影响因素Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｕｌｔｒａｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｉｒｒｏｒｇｒｉ ｎｄｉｎｇｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｉｎ－ｐｒｏｃｅｓｓｄｒｅｓｓｉｎｇ（ＥＬＩ Ｄ）ｍｅｔｈｏｄｈａｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｕｌｔｒａｐｒｅｃｉ ｓｉｏｎａｎｄｅｆｆｃｉｅｎｔｍａｃｈｉｎｉｎｇｏｆｍａｎｙｋｉｎｄｓｏｆｄｉｆｆｉｃ ｕｌｔ－ｔｏ－ｇｒｉｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎ ｉｓｍｏｆＥＬＩＤｇｒｉｎｄｉｎｇａｎｄｔｈｅａｃｔｉｏｎｗａｙｓｂｙｗｈｉｃｈｔｈｅ ｉｎ－ｐｒｏｃｅｓｓｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｐｌａｙｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｎｇｒｉｎ ｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｈａｖｅｂｅｅｎａｎａｌｙｓｅｄ，ａｎｄａｔｈｏｒｏｕｇｈｄ ｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｌｌｔｈｅｂａｓｉｃｆａｃｔ ｏｒｓｗｈｉｃｈａｆｆｅｃｔｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｈａｓｂｅｅｎｇｉ ｖｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｉｎ－ｐｒｏｃｅｓｓｄｒｅｓｓｉｎｇ ｕｌｔｒａｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｉｒｒｏｒｇｒｉｎｄｉｎｇｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒ ｓ１引言作为实现纳米级超光滑表面的关键技术进行追踪。我国起步也较早。９３年初，哈工大以 袁哲俊教授为首的ＥＬＩＤ课题组着手进行ＥＬＩＤ超精密镜面磨削机理和实用化关键技术的研究 和开发工作，已取得一些阶段性成果。２ＥＬＩＤ磨削机理和在线电解作用对摩削过程的影响途径 ２·ｉｆｆｅＤ超精密镜面磨削机理图１是ＥＬＩＤ超精密镜面磨削机理的示意图。ＥＬＩＤ磨削 系统包括三个重要组成部分；铸铁结合剂超细粒度超硬磨料（金刚石／立方氨化硼）砂轮，水基磨 削液，直流脉冲电解电源。如图ｌ所示，电源的正极与砂轮相接，负极与安装在机床上的电解修整 装置相接。在磨削过程中，在线电解修整作用始终维持砂轮表面具有良好的切削性能。２．２在线 电解修整作用的影响途径ＥＬＩＤ磨削中，在线电解修整作用不仅们助阳极溶解作用而达成结合剂 元素的去除，而且还会由于阳极钝化效应在砂轮表面形成一层钝化膜，因此，在线电解修整作用对 磨削效果可能具有两种影响途径。门）结合剂的合理去除，依据电化学过程的Ｉ４１没溶解原理， 适当控制电解条件，可以实现结合剂的合理去除，从而使砂轮具有良好的切削性能，即适当的出刃 高度和良好的容屑空间。这个过程，对部分粘附的切屑同样发生溶解去除作用，因而避免了砂轮堵 塞。（２）砂轮表面钝化膜的生成与动态稳定，对磨削过程产生有利的影响。由于阳极钝化效应， 砂轮表面形成一层钝化膜，这层钝化膜不仅可以增加极化电压，降低电解作用，避免过度的修整， 而且，它隔绝了结合剂元素与工件表面的直接摩擦。除此之外，这层钝化膜还起到软磨料的抛光作 用。３在线电解修整磨削的影响因素分析根据在线电解修整可能起作用的途径，我们分析了ＥＩ。 ＩＤ磨削过程的影响因素，如表１所示。这些影响因素通过影响砂轮结合剂的去除速率以及砂轮表 面钝化膜的生成速度和性质来影响ＥＬＩＤ磨削的效果。安回＊＊ＩＤ＠削的影响因素３．ｌ物理 条件的影响根据电比学理论，电解过程依靠充满极间间隙的电解液中的阴阳离子来实现电荷的传递 ，这种离于导体也遵循一般电子导体的规律，即存在：Ｒ一面／。Ａ（１）再由欧姆定律得：ＵＯ ＡＵＲ凸”“”式中，Ｒ为离于导体的电阻，Ａ为电极面积，西代表电极和砂轮之间的距离，Ｉ代 表电解电流，Ｕ是电解电压。因此，物理条件是通过影响电流密度来影响电解修整过程。３．２电 解条件的影响３．２．１电解电流的影响电解电流对结合剂去除速率的影响规律可用法拉第电解定 律来描述。式中，１１为砂轮表面溶解去除的结合剂的质量（ｋｇ），９代表电化学系统的电流效 率，它取决于电解液的成份和电解电流的大小。Ｋ是砂轮表面结合剂元素的质量电化学七量（ｋ吕 ／８）。它由结合剂元素的成份所决定，与其他因素无关。Ｉ表示电解电流（Ａ），ｔ为电解时间 （Ｓ）。电解电流对砂轮表面的钝化膜生成速度亦有显著的影响。图２是我们在电解修整过程中记 录的电解电流随时间的变化曲线。可以看出，当修整电流较大时，砂轮表面钝化膜的生成速度较快 ，因而钝化电压变化较剧烈；反之，当修整电流较小时，砂轮表面钝化膜的生成速度相对慢一些， 钝化电压的变化曲线也就平缓一些。３．２．２电解电压的影响在电化学加工系统中，电解电压克 服两部分反电势。一部分是电阻Ｒ形成的欧姆电压降，另一部分用来克服阴极和阳极的极化．电压 ，从而形成电化学反应所需的电解电流。另外，我们从电解修整后的砂轮表面观。察中发现，采用 高压小电流密度的电解参数，易于达到结合剂元素的均匀溶解，从而得到良好的修整表面质量。这 与文献【３」的结论相一致。３．３化学条件的影响磨削液和砂轮结合剂竹为电解修整系统的组成 部分，它们在一定的电解条件下相互作用，形成不同特性的电化学反应系统。由于本次实验，砂轮 结合剂只限于铸铁基及其少量其它添加剂，下面只讨论磨削液成份的影响。对于不同成份的磨削液 ，其电化学特性相差悬殊，图３是我们在实验中发现的几种不同特性曲线。在实验中发现的几种不 同特性曲线。对于磨削液１，电解修整过程中砂轮表面几乎不生成钝化膜，即呈现活化溶解现象， 这时电解电流几乎不随时间ｔ而变化；对于磨削液对，在电解修整过程中，砂轮表面形成疏松组织 的钝化膜，虽然造成电解电流的下降，但不能完全阻止电解修整作用。因此，这种情况如不经适当 控制常使砂轮处于修整状态，造成砂轮易脱粒，磨耗快；对于磨削液正，在电解修整过程中，砂轮 表面形成致密的钝化膜，这种钝化膜，几乎可以完全阻止电解作用的继续，因此电解电流随着时间 的延长逐渐趋于零。超精密磨削最适宜选用此种磨削液，它可以保证对砂轮进行适量的自控制的修 整，且这种作用随磨削用量的增大、减小而相应地增大减小。３．４机械条件的影响在ＥＬＩＤ磨 削中，磨削液的浇注速度和浇注方式影响磨削液在电级装置与砂轮之间的分布状态，造成电场分布 不均匀，结果引起砂轮表面的不均匀电解。经常出现的缺陷是腰鼓形砂轮表面，造成磨削效果的急 剧下降和砂轮的浪费，如图４（ａ）所示。电极装置的安装精度，影响极间距离的均匀一致性，特 别是电极发生轴向倾斜时，常会造成锥形的砂轮表面，如图４（ｂ）所示。砂轮磨耗按形成机理分 为：结合剂的磨耗和磨粒的磨损，因此砂轮磨耗速度对磨削效果的影响具有两重性。．它一方面通 过钝化膜的快速磨耗，引起结合剂的活化电解，降低砂轮的耐用度，另一方面，磨粒的磨损，降低 砂轮的磨削性能，从而引起加工表面质量的降低。４结论ＥＬＩＤ超精密镜面磨削依靠在线的电解 修整作用，形成具有适当出刃高度的砂轮表面，从而维持良好的切削性能，同时，在砂轮表面形成 一层钝化膜，减轻结合剂元素与已加工表面的直接摩擦，起到微弱的抛光作用，进一步改善工作表 面质量。ＥＬＩＤ超精密镜面磨削的影响因素很多，包括物理条件、电解条件、化学条件，机械条 件等。只有正确地选择和控制这些影响参数才能进一步改善超精密镜面磨削的效果。参考文献｜｜ １张春河等，硬质合金及材料的超精密磨削试验研究，磨粉磨具与磨削，１９９４，Ｎｏ５．２张 春河等，一种新的纳米级磨削技术及应用，仪器仪表学报（增刊），１９９５，Ｎｏ１．３电解加 工编译组编译，电解加工，国防工业出版社，１９７７年．在线电解修整（ELID）超精密镜面 磨削的影响因素初探@张春河，袁哲俊，张飞虎，王平，大森整$哈尔滨工业大学，日本理化学研 究所在线电解修整（ＥＬＩＤ），超精密镜面磨削，影响因素在线电解修整（ＥＬＩＤ）超精密镜 面磨削有效地实现了许多难加工材料的超精密加工和高效加工。本文分析了ＥＬＩＤ磨削的机理和 在线电解作用对磨削过程的影响途径，并深入探讨了各影响因素的作用机理。１张春河等，硬质合 金及材料的超精密磨削试验研究，磨粉磨具与磨削，１９９４，Ｎｏ５．２张春河等，一种新的纳 米级磨削技术及应用，仪器仪表学报（增刊），１９９５，Ｎｏ１．３电解加工编译组编译，电解 加工，国防工业出版社，１９７７年．压降，另一部分用来克服阴极和阳极的极化．电压，从而形 成电化学反应所需的电解电流。另外，我们从电解修整后的砂轮表面观。察中发现，采用高压小电 流密度的电解参数，易于达到结合剂元素的均匀溶解，从而得到良好的修整表面质量。这与文献【 ３」的结论相一致。３．３化学条件的影响磨削液和砂轮结合剂竹为电解修整系统的组成部分，它 们在一定的电解条件下相互作用，形成不同特性的电化学反应系统。由于本次实验，砂轮结合剂只 限于铸铁基及其少量其它添加剂，下面只讨论磨削液成份的影响。对于不同成份的磨削液，其电化 学特性相差悬殊，图３是我们在实验中发现的几种不同特性曲线。在实验中发现的几种不同特性曲 线。对于磨削液１，电解修整过程中砂轮表面几乎不生成钝化膜，即呈现活化溶解现象，这时电解 电流几乎不随时间ｔ而变化；对于磨削液对，在电解修整过程中，砂轮表面形成疏松组织的钝化膜 ，虽然造成电解电流的下降，但不能完全阻止电解修整作用。因此，这种情况如不经适当控制常使砂轮处于修整状态，造成砂轮易脱粒，磨耗快；对于磨削液正，在电解修整过程中，砂轮表面形成致密的钝化膜，这种钝化膜，几乎可以完全阻止电解作用的继续，因此电解电流随着时间的延长逐渐趋于零。超精密磨削最适宜选用此种磨削液，它可以保证对砂轮进行适量的自控制的修整，且这
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