0引言随着社会生产的发展，特别是近二十年来航天、航空、航海、海洋探测、生物工程以及机电工 程等领域所用材料，高硬与难加工材料日益广泛的应用，对切削加工技术提出了新的更高的要求． 传统上用刀具（磨具等）单纯地直接作用于工件对于一定的工件材料则往往达不到加工质量的要求 ，或加工生产率过低，不够经济，有时甚至难以实现切削加工．因此，人们在传统切削加工的基础 上融入其它的加工方式如机械振动、电解、射流等，形成了多种高效、高精度的复合加工技术．近 十几年来发展起来且日趋成熟具有代表性的切削加工复合技术当属在线电解修锐磨削、超声振动切 削、磨料水射流切割和电解电火花加工技术．l在线电解修锐磨削在线电解修锐磨削技术（ELI D）在80年代中期起源于日本’‘’．ELID主要用于对金属材料的超精密磨削．ELID磨 削系统及原理如图1、图2所示．磨削时，砂轮接ELID电源正极，电极接负极，采用弱电解质 作为电解液的磨削液．金属结合剂砂轮经机械修整后，需经ELID修锐，目的是使磨料凸出砂轮 的工作表面．磨削过程中，随着绝缘氧化膜的生成、脱落及磨料的磨损，导电性能会发生变化，非 线性电解修锐和砂轮表面的氧化物钝化层始终处于动态平衡状态，使得修税与磨损量相适应，从而 保证砂轮锋利，实现超精密磨削．图2给出了EI，ID磨削原理，稍详说明如下：经预修整后， 砂轮通过进一步电解修锐获得锐利的理想工作面；由电解修锐使结合剂材料生成氧化物或氢氧化物 ，从而在砂轮表面形成绝缘膜，造成电解强度的减弱并稳定在一定水平上；随着磨削的进行，磨粒 磨损，氧化物或氢氧化物绝缘膜变薄、脱落；绝缘膜的退去导致砂轮表面导电性的增强，电解重新 开始，再行修税，新的绝缘膜形成．电解修锐就是这样自适应、动态平衡的过程，保证了金属结合 剂金刚石砂轮、CBN砂轮在磨削过程中的锐利性．此种技术不同于电解磨削．采用ELID技术 磨削始终保持砂轮的锐利状态，不会产生切削堵塞现象，从而使微细、超微细的超硬磨料制造砂轮 成为可能．因此采用ELID可以对超硬脆性非金属材料、塑性金属材料实现高精度、高效率、纳 米级粗糙度的超精密镜面磨削．ELID技术引起了国内外专家学者及有关企业的极大兴趣和关注 ．1991年成立了以大森整”‘为会长的ELID磨削研究会的世界性组织，有四十余家企业参 加，每年举行两次专题研讨会．美、英、德等国已经开展研究，我国也进行了初步的研究工作．可 以相倍ELID在机械、电子、光学、宇航、生物工程等高科技领域发挥越来越重要的作用．2超 声振动切削在传统的切削上将超声频脉冲力作用到刀具或工件上，使刀具或工件在有规律地高频振 动状态下进行切削，刀具周期地脱离和接触工件，切削速度的大小和方向都在不断变化，实质是高 速冲击和切削的复合作用，以其振动冲击和变速断续切削为特征’‘’．超声振动车削时，车刀以 每秒两万次左右的高频振动冲击切削层，而平均切削力为普t＄ffIJghl～A．ffi＆t h＋teto＄fflJ。4YtytPSIJAgrteffgtDgdkt＃＄，Affi＠ Mto＄削时的动能比普通切削大几倍到几百倍．被切削的金属层在高频、高动能的冲击下，其变 形阻力减小，有利于切屑的形成．然而刀刃也受到反作用，在切屑的撞击下，刃D易产生疲劳剥蚀 现象．这是振动切削要解决的特殊问题．超声振动切削的主要目的是降低工件的表面粗糙度，实现 以车削代替磨削和研磨．这主要是；1）超策振动切削提高了工件系统的刚度．工件在吃刀抗力方 向上的位移y可用下式表示：上式中T为振动周期．t。为一个振动周期内的纯切削时间．这样振 动车削时的径向变形减小到普通车削的T／’L。分之一（T从。3～IO）．相当于工件系统的 刚度提高了T／L。倍．这对于提高加工精度和降低表面粗糙度非常有利．2）减小切屑变形．在 每个振动周期内纯切削时间仅为IO－’～IO－‘秒，即在极短时间内完成微量切削，加上振动 作用，使车刀与工件切屑之间的喷喷系数大为降低，使平均切削力和切削温度大大减小．切屑变形 几乎与母体材料一样小．3）不产主积屑瘤．切削温度低，在一个周期内纯切削时间很短，刀具作 高频振动，防止了切屑粘附．从根本上消除了产生积屑瘤和因之而增大表面粗糙度的条件．4）提 高切削液的冷却润滑作用．由于是振动断续切削，刀具与工件时而接触时而分离，当刀具离开切削 区时，切削液易进入，从而获得良好的冷却与润滑效果．超声振动切削技术已为世人公认，并已用 于钻削等其它切削加工“’．但广泛推广应用的技术问题主要是缺少实用的振动切削系统．目前的 超声振动切削系统基于限部淳一郎的形式；国内芮小健等人”’认为，完成振动切削本身所需的激 振源功率并不大；良好振动切削系统的关键是选用高效换能器，并尽量避免机械能的传输损耗．3 磨料一水射流切割（AWJ）磨料一水射流切割技术是近年来发展较快的一门高新技术，它是在水 射流加工技术（WJM）和磨料射流加工技术（AJM），基础上集两种加工技术的优点于一身、 复合而成的”’．70年代初，美国首先发明了高压水射流切割机，主要用于切割若干种类的非金 属材料‘同时期石油工业实现用磨料源流钻井．随后，湿磨料喷射诞生．80年代出现了高压水中 加入磨料的AWJ切割机．1983年后混合式磨料水射流切割在美国进入实用阶段；1987年 英国流体力学研究协会首次提出前混合式AWJ‘”，使该项技术获得突破性进展．AWJ的基本 原理是用高二大加速具有一定尖角和硬度的磨料，使其以一定角度冲击物料表面或以高速磨料流洽 物料表面研磨——实现对物料的切割．其实质是一个直径不断变化的液体砂轮对工件的冲蚀和磨削 ”“”如图4所示．磨料水射流切削过程至少受到五个因素的影响：1）水压力P如果P增大，则 水的流速加快，流液动量增加，穿透能力增强．一般P取300MPa左右；2）磨料流量Q在相 同的压力下，它与流速大致成反比，而水压提高则流量也增大．3）切割速度它是切割头相对于工 件的横向运动速度，主要与P、Q及切割深度（厚度）有关，还与被切材料有关；4）喷嘴内径D 对切割过程影响显著．喷嘴内径的磨损是主要问题．喷嘴内径变化率受水压、水流速、磨料性质、 喷嘴材料和几何形状等因素的影响．喷嘴磨损越大，使射流产生扩散的趋势越大，磨粒越难渗入水 流中，粒子速度降低，切割能力减弱．5）靶距S喷嘴与工件之间的距离．靶距离增大，穿透能力 下降．一段取S一21D或S＝3。15mm．目前所使用的磨料主要有氧化铝、碳化硅玻璃（弹 子或粉末〕等·喷嘴材料是高硬、高耐磨的蓝宝石．显而易见，AWJ加工对工艺无特殊要求，可 以从任何部位开始，噪声很小、切口整齐．几乎无热影响区．随着切割设备在设计上的不断改进， 性能的改善，使AWJ技术获得了越来越广泛的应用，不仅切割，而且扩展到车削、钻削和铣削； 可以加工金属材料、合成材料和非金属材料，特别适用热敏、硬质和高脆材料及由于材料的厚度太 大而不能采用激光和等离子加工的情景“”．4电解电火花复合加Xi技术电解电火花复合加工技 术是利用电化学反应时在工具上产生的气泡，形成电解液中火花放电所需的非导电相．由于气体相 形成的速度慢，放电击穿延时长，且大量消耗电解能而削弱了起加工作用的电火花烛除的能量．因 此，这种方法仅可对非导电材料进行切割或打小孔，且效率低，能耗大．新近刘永红等人’‘”提 出以高速旋转的齿电极的气流吸附及涡流作用，或用可控充气的方法，形成电解液中火花放电所需 的非导电相．其基本原理如图所示．加工时，在每一次脉冲到来之前，先通过可控充气系统在工具 电场和工件之间形成气相体，用于产生气泡触桥．当脉冲电压到来时，便会在工具电极端面形成高 电位梯度，产生所需要的高的火花击穿电压，再借助于电解液的导电作用，会在工具电极端面某处 的电场强度增至气泡触桥的击穿强度，形成火花放电通道．这时放电通道产生的瞬时高温和冲击波 ，引起工件表面的液相介质气化，最终使非导电材料表面局部被蚀除．该项新的电解电火花复合加 工技术有效地解决了传统电解电火花复合加工气体相形成缓慢等一些缺点，从而可以高效地对聚晶 金刚石、聚晶立方氮化棚和不导电陶瓷等材料进行较大面积和较深孔的加工．由于电解电火花复合 加工与通常的电加工一样，不受工件材料强度、硬度等物理机械性能的影响，并可加工传统机加方 法无法获得的异形孔及复杂形状零件，因此，这一加工方法至少将在非导电超硬及硬脆材料的加工 中发挥重要作用．金属切削复合技术的新进展@顾立志$佳木斯工学院金属切削;;复合技术;;电解;;振动;;磨料水射流本文概述了金属切削加工中采用的复合技术，详细地介绍了在线电解修锐度削、超声振动切削、磨料水射流切割及电解电火花加工等复合技术的新进展，指出复合技术的应用前景与发展方向．1HitoshiOhmori and Takeo Nakagawa Grinding of silicon Using Cast Fiber Bonded Wheel. Autum Conf. of JSPE,1987,pp687-688
2 Hitoshi Ohmori and Takeo Nakagawa Mirror Surface Grinding of Silcon Waters with ELID. Annals of the CIRPvol 39 1990 pp329~332
3王平等.铸铁纤维、铸铁结合剂超硬磨料砂轮在 ELID超镜面磨削中的应用,工具技术, 1994( 5)
4 A. Ghosb and A. K. Mallik, Manufacturing Science. Ellis Horwood Limited,Chinester. 1986 pp335-350
5杨兆军等.振动钻刚降低微小孔径做度的试验研究.机械工程师.1995(1)
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