高精磨削硬脆材料的新方法

高精磨削硬脆材料的新方法南阳理工学院吴希让工程陶瓷铁氧体一类硬脆材料，在半导体磁头和光学零件等现代工业中使用越来越多。它们对缺陷的敏感性，使它们的工作表面必须十分精整。因此，用超硬砂轮高精磨此类零件是必要的，但普通砂轮的修整方法不宜使用。使用加工中放电修整法，可明显提高砂轮性能，减小被磨工件表面粗糙度和损伤，并减小磨削力。是高精磨削硬脆材料的好方法。硬脆材料高精磨削砂轮修整ǔ一自一口产一一。目门é一一l、明一青众所周知，随现代机械电子工业的高速发展，象铁氧体硅精细陶瓷和光学玻璃，这类硬脆材料的使用越来越广。为使这类硬脆材料零件，具有良好的性能，必须要有极小的表面粗糙度和表面及亚表面损伤。由于这类材料极高的硬度和脆性，对其加工十分困难。研磨和抛光常用作这类材料的高精加工，产生类镜面的表面粗糙度。但这些加工方法效率低，用高精磨削代替它们，受到制造业界的高度重视。使用金刚石和超硬砂轮，若其磨粒粒度号超过也能使这类材料表面得到高精加工。但要对这样的超硬砂轮进行修整，使用常用方法是较困难的。为了解扶迢硬砂轮修整这一难题，近年有人开发了加一中放电修整（）砂轮新方法。使用这种旁生术，同时使用超精磨床和金属粘结细粒度屁沦（粒度号超过材可望满足对被加工零件有严格要求的需要，可在硬脆材料磨削中，实现超精镜面磨削。二加工中放电修整原理加工中的放电修整，实质是一种放电加工。在电极和金属粘结剂砂轮之间，因火花放电或不规则电弧放电产生电能。这些电能腐蚀金属粘结剂砂轮和电极。砂轮和金属粘结剂因累积腐蚀被除去，亦即使砂轮得到修整。恻一杆茹二甲桩丫八J自户介下》图修整原理图示出了加工中放电修整原理图。）电子由阴极发射，转移至阳极，且因碰撞由电解质分子分离出阳离子。）分离的电子到达阳极，且二次电子由阳离子发射，和阴极碰撞。）在电弧放电情况下，金属粘结剂被累积腐蚀所去除。）在放电加工中，破损的磨粒脱落离开砂轮，新的锋利磨粒裸露出来，使砂轮得到修整。加工中修整的放电能量如下式示丁式中，为的放电能，）为的放电电压，）为的放电电流，为脉冲持续时间，协假设放电电压恒定，放电能可表为通过阴极和阳极之间狭小间隙，放电能量可进行放电加工切除金属。每秒钟产生几千个火花，每个火花通过熔化和汽化，均产生一微小凹坑，从而腐蚀和修整作为电极的金属粘结砂轮。理论上，放电能正比于加工量（由式（可得出加工量式中，为加工量，/脉冲）为最大电流，为一常数。单位时间内的平均加工速度）如下式中，为放电重复次数，液的类型。通常由性能好的导电材料作阴极。砂轮周边磨削金门枯结金翎石砂轮修植级吱嘴卜，弓夭二欠舞饭目一一，冲牛、了价，卜弋又`世电翔少几吮日如一二砰。一冷挥书嘴厂公絮于二舟`拉图周边磨削简图下o式中，为脉冲中止时间，林为开始至放电起点时间，协虽然放电加工的切削量理论上如上所述，实际上由切除的金属粘结剂量是不同于理论计算值。但是，众所周知，影响放电加工切削量的主要因素是最大电流和脉冲持续时间。上述介绍可为提供理论基础。三实用磨削装置及磨削结果在电子工业中，有大量的平面需加工。对平面磨削，用砂轮的端面和周边磨削是常见的两种方式。因此，下边介绍这样两种高精磨削系统，主要介绍效率高的端面磨削。从以上讨论中也可清楚的知道，磨削系统应由金属粘结剂电源磨削液和电极组成。为保证成功的高精磨削，应考虑如下因素金属及粘结剂的类型，直流电源产生的高频脉冲电压电流和脉冲形式，以及所用磨削图示出了用砂轮周边磨削时的系统，它是由近砂轮的电极砂轮和直流脉冲电源组成。由于用砂轮周边磨削，砂轮与工件接触面小，排屑容易，发热少，干扰因素少，可真实反映磨削时基本现象的本质。用该磨削法研究对磨削的影响是合适的。在实验磨削中，使用纯铜（含铜）制作阴极，砂轮为铸铁粘结金刚石砂轮。也使用了相应的仪器，测量磨削力和表面粗糙度等参数。具体磨削参数示于表中。表磨削条件机床平面磨床砂轮粒度砂轮速度工作台速度一工件材料铁氧体修整电流二一二一拼修整电极铜（砂轮周长的表铁氧体性能密度硬度抗弯强度断裂韧性弹性模量导热系数田热膨胀系数一一，年第期起初，阴极和铸铁粘结金刚石砂轮之间的间隙为在该间隙下，借助于放电能产生放电。直流脉冲发生器可使脉冲持续时间在间转换，最大电流一实验用砂轮粒度为铸铁结金刚石砂轮。被磨削工件材料为n一铁氧体，其性能列于表中。在实验磨削中可发现砂轮修整厚度与修整时间的关系。起初修整阴极和砂轮间的间隙为随修整时间的增加快速增加到修整分钟后，间隙缓慢增大。这一现象的产生，说明随间隙加大，放电加工的效率明显降低。因此，拟按照间隙的变化，自动控制阴极和砂轮间的有关参数，如间隙大小最大电流脉冲持续时间，以获得良好的修整效果。经实验可以发现，修整后的砂轮，磨削工件的表面粗糙度明显优于不用修整的砂轮，情况如图所示。从而可知，磨削铁氧体时，由于可使金属粘结金刚石砂轮避免钝化，因此是非常有用的。轮也有影响。与上述的原因相同，在脉冲变化时，工件的表面粗糙度也有变化。在文中所述情况磨削一铁氧体，脉冲持续时间终止时间5补较好一辛立一之à只犯一翻倒习匕洲放电修争只一气一泣。少健卜一洛之止，，甲~呻一气，上二比工件戚。兹念厂卜一`产t竺塑毕竺二一一泣止里三卫己三日沈司侧奥翼阿粥磨削行程次数图磨削粗糙度比较为进一步说导。上述效果，应研究最大电流变化及脉冲持续时间与被磨削工件表面粗糙度的关系。用磨削后的表面粗糙度，随着放大电流的增加，磨削后表面粗糙度明显变小。这是因为增加最大电流，修整速度增加，加速了钝化磨粒的脱落。因此，本实验中修整用最大电流时，磨出的表面粗糙度最好。此外，脉冲持续时间的变化，对修整砂磨削深度图磨削力比较图示出了磨削力和磨削深度的关系。磨削时，最大电流为一脉冲特续时间为放电修整砂轮的磨削力，总是小于不用放电修整砂轮的磨削力。因此，使用可使磨削力降低，利于高精度表面的形成，可避免被磨硬脆材料表面产生裂纹和损伤。若不用工磨削，随磨削深度增加，磨粒钝化受力加大，磨削力增加更快。随着磨削力的增加，磨削热也增大，磨削效率降低，且影响被磨削零件表面的质量。电子扫描显微照片，清楚地揭示出，用砂轮周边磨削后的工件，工磨后的表面裂纹和脆性破裂是最小的。砂轮端面磨削。用砂轮端面进行磨削，具有效率高的优点。图示出了采用砂轮端面高精磨削装置简图。实际磨削时，可用一安装有系统的超精圆台平面磨床进行。该种圆台平面磨床具有空气轴承的主轴，闭环反馈系统使进给分辨度为使用由至不同磨料粒度的铸铁粘结金刚石砂轮（工B一工作时砂轮通电为阳极，它于阴极纯铜间的间隙约1林有人用该装置磨削了单晶硅一玻璃和磨床与尾消归表磨料大小和磨削条件表砂轮磨料大小与磨后表面粗糙度奢肖叮条件林拓称称1加磨料大小3林口卜口四3卜口林口阿砂轮转速工件转速横进速度卜开路电压最大电私短通时间琳脉冲波形方形波纹表面粗糙度粒度扮称林器1磨料大小林口田林拼口拜口卜口田沂一一一一门工件砂轮主轴圆工作台电极喷嘴电源图端面磨削简图陶瓷。使用和仪，以及激光和半径2林金刚石探针表面测量仪，对磨后表面进行检测。、为检测亚表面损伤也使用了射线，且对硅片进行角抛光和分级腐蚀，估计了裂纹深度。在合适的磨削条件下，每一砂轮磨削的总深度被调至砂轮的磨料粒度及磨削条件示于表中。磨削后用一金刚石探针测量磨后表面的粗糙度，表中示出了用不同粒度砂轮磨削硅片后的表面粗糙度。结果表明，磨后表面粗糙度的提高，与磨料粒度号成比例。使用粒度砂轮，磨后表面粗糙度可达及被磨后表面也有人用进行了形貌调查研究，砂轮磨后的表面，脆性破裂磨除主要是以工件表面的犁耕擦痕形式组成。当使用粒度砂轮时，磨粒迹及擦痕减小。通过良好的修整，和粒度的砂轮，产生由平滑磨除形成的良好表面。粒度砂轮产生非常平滑的表面，它仅能由磨粒迹以塑性方式产生。但粒度号太大）的砂轮，表面质量并没有更大的提高。用射线形貌检测亚表面损伤可知，亚表面损伤是存在的。但粒度砂轮磨后亚表面损伤远较粒度砂轮磨后的表面小。在此范围内，粒度号越大的砂轮，磨后亚表面裂纹越小。另外，用角抛光和分级腐蚀检查，也可知道用该法磨削的表面，若粒度号合适，损伤层深度小于林用磨削陶瓷和玻璃零件的表面，检查结果与上述情况类似。总的来讲，在用砂轮端面进行磨削的不利条件下，用新的修整砂轮方法磨削，若采用恒压力磨削，可使磨后表面达到较高的精度。由于工磨削的优点，也有人对其它一些硬脆材料，如一金属陶瓷等进行了实验，均取得满意的效果。四小结分析和实验表明，磨削方法，是用超硬金属粘结剂砂轮，磨削脆硬材料的好方法，选择合适的砂轮和修整参数，可以得到极高的磨削表面精度及生产，页）年第期。吸为哎尸可算出此种情况下的权系数为（由表试验结果，利用上述权系数代入数学模型和相应的评价程序得出表的评价结果表评价结果五结束语对比表与表两种评价结果，可见能得出一样的优劣次序，这说明专家评估法确定的权系数比较合理，没有背离客观实际。而用层次分析法确定权系数，在专家知识和主观经验的基础上，利用具有严密逻辑性的数学方法可尽量剔除主观成分，并且可根据判断矩阵是否具有满意的一致性来检验权系数的合理性，使权系数比专家评估法确定的权系数值更符合客观实际并易于定量表示，从而提高了模糊综合评判结果的可靠性准确性和客观公正性。优劣次序评价值磨削液浓度〕刘镇昌。磨削液的效能识别及作用机理研究。博士论武汉华中理工大学。」孙建国。磨削液磨削性能评价方法的研究。〔硕士论文济南山东工业大学。草沪。应用模糊数学，北京科学技术文献出版社。〕赵焕臣，许树柏，层次分析法一种简易的新决策方法，科学出版社。页）这是由于使用钝化的磨粒可及时脱落，使砂轮有良好的自锐性。合适调整工艺参数，可保证砂轮有最佳的磨削条件，省去修整砂轮的非生产时间。砂轮和修整装置之间没有实际接触，这对维持砂轮修整后的表面形貌有良好的影响。修整过程的参数控制易于自动化，易于保持砂轮的锋利性。磨削力磨削温度降低，有利于防止硬脆材料的裂纹形成及扩展，明显提高表面亚表面层的质量。此外，使用磨削，监视和控制工艺过程是容易的，设备简单，操作容易，对普通磨削装置进行改造，切实可行。我们应开展普遍深入的研究，开创脆硬材料高精度磨削的新方法。吴希让摘译，超细粒度金属粘结砂轮以磨削硬脆材料时镜面产生的分析，磨床与磨削。一二一磨床与磨削fdweja磨粉设备