在线连续电解修整磨削工艺哈尔滨工业大学（１５０００１）张春河，王平，李伟，张飞虎，袁哲俊 【提要】本文介绍了新的在线连续电解修整磨削工艺（ＥＬＩＤ磨削工艺），阐述了该工艺的机理 、实现方法、应用范围和效果，并讲了进一步研究的问题。继高速磨削和缓进给磨削之后，发展起 来了一种连续修整磨削工艺。因连续修整磨削具有许多特点，故各国有关专家纷纷对此进行研究， 并取得了成果，如瑞士ＨＫ公司推出了用于连续修整磨削的定型产品ＬＡＳＳ磨床。但连续修整磨 削的特点仍没有得到充分发挥，仅局限于高效磨削领域。１９８７年，日本学者大森整提出了一种 新的在线连续电解修整磨削工艺（ＥＬＩＤ），将连续修整磨削应用于超硬磨料磨具领域，实现了 高效率及超精密镜面磨削。连续修整磨削的原理及面临的问题连续修整磨削是指在磨削过程中，始 终对砂轮进行整形和修锐，从而实现了始终用锋锐的砂轮进行磨削的加工方法。其优点是：１．连 续修整磨削取消了独立的修整时间。２．砂轮始终处于良好的切削状态，磨削力小且在整个磨削过 程中保持不变，从而避免磨削烧伤。３．可提高磨削速度和磨削用量，较大幅度地提高了磨削效率 。但在连续修整磨削中，也还存在以下几个问题。１．砂轮消耗快，连续修整磨削的砂轮磨耗约为 普通磨削的１．５～２．５倍。２．因砂轮磨耗快，会给加工尺寸带来变化，为消除这种加工尺寸 的变化，需要动态补偿技术，这通常需用数控系统，故设备造价昂贵。３．金刚石等超硬磨料砂轮 ，因整形和修锐困难，又因价格昂贵，不宜过快消耗。因而连续修整磨削只局限在普通砂轮上应用 。正因如此，连续修整磨削仅局限于高效磨削。ＥＬＩＤ磨削的机理和特点ＥＬＩＤ磨削是在磨削 过程中，利用非线性电解修整作用和砂轮表层的氧化物或氢氧化物绝缘层的动态平衡，对砂轮进行 连续修整，使砂轮磨粒获得恒定的突出量，从而实现了可控的、稳定的、最佳的磨削过程。是一种 新颖的连续修整磨削。它适用于金属结合剂超硬磨料砂轮的连续修整磨削。其机理见图１。从图１ 可知：ＥＬＩＤ磨削具有如下特点：１．ＥＬＩＤ磨削时，金属结合剂超硬磨料砂轮不会过快磨耗 ，提高了贵重磨料的利用率。因为在ＥＬＩＤ磨削中，金属电解钝化膜（氢氧化物或氧化物）厚度 和非线性电解修整作用处于动态平衡，限制了金属结合剂的过度电解；同时，电解对不导电的金刚 石等超硬磨料不起作用。这就避免了传统连续修整磨削中砂轮磨耗过快的缺点。２．ＥＬＩＤ磨削 过程具有良好的稳定性。如图１所示，ＥＬＩＤ磨削借助在线电解修整作用，使砂轮表面始终保持 最佳的显微起伏形貌、磨粒突出量和容屑空间，从而使砂轮始终具有良好的、稳定的磨削性能，使 磨削过程中的磨削力基本不变，且仅为普通磨削的１／２～１／１０；磨削出的工件表面质量也几 乎始终保持不变。图１ＥＬＩＤ磨削机理示意图３．ＥＬＩＤ磨削过程具有良好的可控性。因为在 ＥＬＩＤ磨削过程中，砂轮的磨削性能可以通过合理选择电解电源的电参数和电解液的种类进行控 制，从而实现磨削过程的优化。４．ＥＬＩＤ磨削实现了镜面磨削。因为该工艺解决了微细颗粒金 属结合剂超硬磨料砂轮的修锐问题，保证了合理的出刃高度（磨粒突出量），消除了砂轮堵塞等使 用障碍，从而实现了稳定的镜面磨削。ＥＬＩＤ磨削专用装置磨床、砂轮、电源、
电解液（磨削液 ）是实现ＥＬＩＤ磨削的四个硬件要素。ＥＬＩＤ磨削对磨床没有特殊的要求，下面仅对ＥＬＩＤ 磨削专用的砂轮、电源、电解液（磨削液）介绍如下。１．ＥＬＩＤ磨削专用砂轮ＥＬＩＤ磨削要 求砂轮磨料具有硬度高、热稳定性和化学稳定性好等特点，而且要求结合剂具有良好的导电性和电 解性能，且要求结合剂元素的氧化物或氢氧化物不导电。ＥＬＩＤ常用的砂轮有铸铁纤维结合剂、 铸铁结合剂、钻结合剂和青铜结合剂的金刚石或立方氮化硼（ＣＢＮ）砂轮。２．ＥＬＩＤ磨削用 电源ＥＬＩＤ磨削所用电源可以象普通电解加工一样，采用直流电源、交流电源、各种波形的的脉 冲电源、或者有直流基量的脉冲电源。据日本学者的研究资料介绍，采用有直流基量的脉冲电源效 果最佳。３．ＥＬＩＤ磨削用电解液（磨削液）ＥＬＩＤ磨削过程中，一般采用水基磨削液。它不 仅用来降温冷却，冲洗磨屑，润滑；同时作为电解修整用的电解液。因而它对磨削有双重影响。Ｅ ＬＩＤ磨削的应用和效果ＥＬＩＤ磨削所需的专用设备很少，图２给出了ＥＬＩＤ磨削用于平面磨 床的实现方式。ＥＬＩＤ磨削实现了稳定磨削和低应力磨削，拓宽了传统的连续修整磨削的应用领 域。适用于工程陶瓷、硬质合金、半导体（单晶硅、单晶锗）、光学玻璃等非金属材料和淬火钢等 金属材料。ＥＬＩＤ超精密镜面磨削，表面粗糙度可以达到Ｒｍａｘ几十个纳米，可以取代研磨抛 光工艺，并可解决研磨抛光所不能解决的形状精度问题（见表１）。另一方面，ＥＬＩＤ高效磨削 的去除率也达到了相当高的的程度（如对工程陶瓷，去除率达６０００ｍｍ３／ｍｉｎ）。表１Ｅ ＬＩＤ磨削加工几种材料的表面粗糙度图２平面磨床上实现ＥＬＩＤ磨削ＥＬＩＤ磨削的研究现状 ＥＬＩＤ磨削在日本已进入实用阶段，解决了光学玻璃、磁性材料、
工程陶瓷、淬火钢等材料的镜 面加工和高效加工问题，英、法、德等国也在研究。我国起步较晚，１９９３年９月，ＥＬＩＤ磨 削创始人大森整先生应邀到哈尔滨工业大学讲学，并对研究给与了有益的指导。目前，哈尔滨工业 大学在ＥＬＩＤ磨削领域的研究有：１．实现ＥＬＩＤ高效磨削的基础技术。包括金属结合剂金刚 石砂轮及ＣＢＮ砂轮的制造技术，ＥＬＩＤ专用直流脉冲电源，ＥＬＩＤ磨削电解液的配制。２． 实现ＥＬＩＤ镜面磨削的基础技术。有微细颗粒金属结合剂金刚石砂轮及ＣＢＮ砂轮的制造技术， 超精密磨床微位移机构，ＥＬＩＤ镜面磨削电解液的配制。３．非金属硬脆材料和金属材料的ＥＬ ＩＤ高效磨削机理以及ＥＬＩＤ镜面磨削机理的研究。４．不同磨削方式ＥＬＩＤ磨削专用装置的 研制。在线连续电解修整磨削工艺@张春河，王平，李伟，张飞虎，袁哲俊$哈尔滨工业大学本文 介绍了新的在线连续电解修整磨削工艺（ＥＬＩＤ磨削工艺），阐述了该工艺的机理、实现方法、 应用范围和效果，并讲了进一步研究的问题。磨床上实现ＥＬＩＤ磨削ＥＬＩＤ磨削的研究现状Ｅ ＬＩＤ磨削在日本已进入实用阶段，解决了光学玻璃、磁性材料、工程陶瓷、淬火钢等材料的镜面 加工和高效加工问题，英、法、德等国也在研究。我国起步较晚，１９９３年９月，ＥＬＩＤ磨削 创始人大森整先生应邀到哈尔滨工业大学讲学，并对研究给与了有益的指导。目前，哈尔滨工业大 学在ＥＬＩＤ磨削领域的研究有：１．实现ＥＬＩＤ高效磨削的基础技术。包括金属结合剂金刚石 砂轮及ＣＢＮ砂轮的制造技术，ＥＬＩＤ专用直流脉冲电源，ＥＬＩＤ磨削电解液的配制。２．实 现ＥＬＩＤ镜面磨削的基础技术。有微细颗粒金属结合剂金刚石砂轮及ＣＢＮ砂轮的制造技术，超 精密磨床微位移机构，ＥＬＩＤ镜面磨削电解液的配制。３．非金属硬脆材料和金属材料的ＥＬＩ Ｄ高效磨削机理以及ＥＬＩＤ镜面磨削机理的研究。４．不同磨削方式ＥＬＩＤ磨削专用装置的研制。在线连续电解修整磨削工艺@张春河，王平，李伟，张飞虎，袁哲俊$哈尔滨工业大学本文介绍了新的在线连续电解修整磨削工艺（ＥＬＩＤ磨削工艺），阐述了该工艺的机理、实现方法、应用范围和效果，并讲了进一步研究的问题。
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