0021-ELID超聲珩磨機設計

0021-ELID超聲珩磨機設計,elid,超聲,珩磨機,設計 河南理工大學萬方科技學院 本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 指導教師： 鄶吉才 職稱： 教授 所在系部（單位）： 機械與動力工程學院 教研室（研究室）： 機制教研室 題 目 ELID超聲珩磨機床的設計 學生姓名 梅貝貝 專業(yè)班級 07機制2班 學號 0720150066 一、選題質量 （主要從以下四個方面填寫：1、選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標，能否體現(xiàn)綜合訓練要求；2、題目難易程度； 3、題目工作量；4、題目與生產(chǎn)、科研、經(jīng)濟、社會、文化及實驗室建設等實際的結合程度） 1， 該選題為超聲珩磨機設計，可以對我們大學四年所學知識進行一次全面的練習。 2， 這將對我們以后深造學習和工作起到十分有效的幫助，也能達到一個綜合訓練的效 果，又加強了實際的動手動腦能力。 3， 題目的難易程度很適中，對我們既是一個挑戰(zhàn)也是一個很好的鍛煉提高過程。 4， 題目的工作量：要求完成3張以上的A0圖紙，2.5—3萬的說明書一份。 5， 選題不但能緊密的結合生產(chǎn)和實踐，而且在我們所學課程的范圍之內(nèi)，對我們 以后不管是科研還是從事實際的工作都有很大的幫助。 二、開題報告完成情況 在老師指導和同學們的幫助之下，我順利的開始本次畢業(yè)設計。我在自己經(jīng)過一些查閱資料的前提下，慢慢地理出頭緒,摸索出了設計思路。 由于我們這次是超聲珩磨機床珩磨頭裝置的設計，以前接觸這方面的知識較少，所以在剛開始不是很順利，甚至感到有些無從下手，但是經(jīng)過和指導老師的提導、與本組同學的商量、在工廠實習和去系先進制造研究所觀看實物之后， 我逐漸找到設計的切入點，順利的完成了開題報告。并有了一定的成果和進行了一些前期的工作，并使本次設計有了一個良好的開始。在查閱了一些資料后，已經(jīng)進行了計算設計，正在整理說明書,并進行初步繪制草圖.我將繼續(xù)努力，認真完成這次畢業(yè)設計。 三、階段性成果 1．通過對機床系統(tǒng)的學習，在加上老師的仔細講解，我收集了大量的資料和文獻，為設計的順利完成打下了堅實的基礎。 2. 在老師的指導和同學的幫助下找到了設計的基本方法，開始了一些基本的原理的設計計算，并取得了一定成果。 3. 完成了開題報告。 4．對整個設計有了一個總體的方案,并進行了前期的一些工作和設計. 四、存在主要問題 由于在超聲珩磨方面的理解不夠深入,實際經(jīng)驗不足,而且這方面參考資料有限,所以隨著設計的逐漸進行中我遇到了許多新的和更加復雜的問題，這些問題使我充分認識到了自己在以前學習中的不足和自己與一些同學在專業(yè)知識方面的差距，所以我要以本次設計為契機加強自己在學習上薄弱環(huán)節(jié)，爭取使我的畢業(yè)設計能夠取得好的成績，也能夠使我所學的知識能夠在以后的工作中發(fā)揮更大的作用。 五、指導教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設計（論文）進展等方面的評語 指導教師： （簽名） 年 月 日 河南理工大學萬方科技學院 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目名稱 ELID超聲珩磨機設計 學生姓名 梅貝貝 專業(yè)班級 07機制2班 學號 0720150066 一、 選題的目的和意義： 畢業(yè)設計是我們大學生活最后的一項重要學習任務；是對四年所學知識的總結和靈活運用；是我們結束本科學習，走上工作崗位或進一步深造的必由之路，其意義重大。通過這一過程，我們達到以下目的： （1） 鞏固、擴大和深化我們以前所學的基礎課、專業(yè)課知識； （2） 培養(yǎng)我們綜合分析、理論聯(lián)系實際的能力； （3） 培養(yǎng)我們調(diào)查研究，正確熟練運用國家標準、手冊、圖冊等資料、工具的能力； （4） 鍛煉自己的設計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術資料、繪圖等獨立工作能力； （5） 培養(yǎng)團隊精神、合作意識的能力。 二、國內(nèi)外研究綜述 珩磨是一種常用的精加工工藝，可獲得高尺寸精度、高形狀精度和低粗糙度（可達Ra 0.05），并且內(nèi)孔表面有交叉網(wǎng)紋。珩磨機床的種類有平面珩磨機床、外圓珩磨機床、內(nèi)圓珩磨機床等。目前，世界上應用最多的是內(nèi)圓珩磨機床。珩磨機床的分類方法有很多種，如單軸，多軸的不同；如數(shù)控的，機械的差別；根據(jù)珩磨主軸的安裝方式可分為二種：立式珩磨機床、臥式珩磨機床。珩磨機床作為復雜的生產(chǎn)工具，最根本的是加工工藝與主機結構布局設計，而各種新工藝，新材料，新元件，新刀具，新控制系統(tǒng)等也將運用在珩磨機床上，未來的珩磨機床的加工精度會更高，加工效率更快，加工范圍更廣泛。 三、畢業(yè)設計所用的方法 1. 在學校圖書館查閱相關資料； 2. 在工廠實踐畢業(yè)實習； 3. 通過老師和工程師的指導； 4. 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關資料； 5. 通過對相關資料和數(shù)據(jù)的理論計算和分析。 四、主要參考文獻與資料獲得情況 參考文獻：機械工程手冊》第二版（傳動設計卷） ——機械工業(yè)出版社 《實用機械設計手冊》 吳相憲 王正為 黃玉堂 主編 ——中國礦業(yè)大學出版社 《機械設計》 濮良貴 紀名剛 主編 ——高等教育出版社 《機械原理》孫恒 陳作模主編 ——西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室 《機床液壓傳動與控制》盧光賢主編 ——西北工業(yè)大學出版社 《機床電氣自動控制》 陳遠齡主編 —— 重慶大學出版社 五、指導教師審批意見 指導教師： （簽名） 年 月 日 該方案是ELID超聲珩磨機設計，珩磨頭上的油石容易堵塞和磨粒磨損變鈍是影響珩磨質量和加工效率的主要 原因，所以采用有效的珩磨頭修整方法，使珩磨頭保持良好的鋒利狀態(tài)和磨削性能是解決工程上一些硬脆材料 磨削加工的關鍵技術之一。本文介紹了在線電解修銳(ELID)技術，對金屬結合劑的珩磨頭進行電解修銳。并 在一定程度上介紹了一般珩磨的特點, 珩磨是一種固結磨粒壓力進給切削的精整加工方法，不僅能切除較大 的加工余量而且能有效的提高工件的尺寸精度和形狀精度、降低工件表面的粗糙度。珩磨主要加工內(nèi)孔，在一 定條件 以加工 、 面、 面、 面。珩磨 是 ，珩磨加工變質 能提高工件的使用 。珩磨 主 一般采用 ， 合 整加工的 加工原 。 摘 要 珩磨頭上的油石容易堵塞和磨粒磨損變鈍是影響珩磨質量和加工效率的主要原因，所以采用有效的珩磨頭修整方法，使珩磨頭保持良好的鋒利狀態(tài)和磨削性能是解決工程上一些硬脆材料磨削加工的關鍵技術之一。本文介紹了在線電解修銳(ELID)技術，對金屬結合劑的珩磨頭進行電解修銳。并在一定程度上介紹了一般珩磨的特點, 珩磨是一種固結磨粒壓力進給切削的精整加工方法，不僅能切除較大的加工余量而且能有效的提高工件的尺寸精度和形狀精度、降低工件表面的粗糙度。珩磨主要加工內(nèi)孔，在一定條件下也可以加工外圓、平面、球面、齒面。珩磨軌跡是交叉網(wǎng)紋，珩磨加工變質層很小能提高工件的使用壽命。珩磨與主軸一般采用浮動連接，符合廣整加工的浮動加工原理。 在對ELID磨削原理進行深入分析總結的基礎上，本文首先對ELID磨削必備的陰極、陽極電刷等裝置進行設計開發(fā)，分析了修銳珩磨頭ELID專用磨削液，并對其電解成膜特性進行了分析。 關鍵詞: ELID﹑ 珩磨頭﹑ 珩磨﹑油石 Abstract The main reason affecting the honing quality and machining efficiency is that the rock of honing first is jammed and the grain is wore to obtuse easily. So adopting an Effectual truing method, maintaining the required sharpness of abrasive grits for honing first during grinding is one of the key technologies to realize the grinding of hard and brittle material . In this paper, we introduce the skill craft of ELID. studies on combining electrical discharge and mechanical truing for honing first and ELID grinding. Introducing the characteristic of the honing in the sometime, It is a kind of solid knot that honing whet is to process the method when a pressure enter to slice, not only can it cut off bigger process but the amount of remaining and size accuracy and shape accuracy of the ability valid exaltation work piece, lower rough degree of a surface of work. The honing whets to mainly process inside the bore, can also process the outside circle, flat surface, surface of sphere under the condition of certain. The honing whets are to adopt the conjunction with principal axis generally, matching the light processed float. Firstly, based on analyzing and summarizing the theory of ELID, the cathode And anode brush of the ELID system are designed and developed. By studying on the electrolytic Characteristics and the oxides film growing characteristics of the metallic bonded honing first, the ELID grinding fluid is developed. Key Words: Electrolytic In-process dressing, honing first, honing, rock 目錄 前言 1 1.畢業(yè)設計的目的 1 2.畢業(yè)設計的主要內(nèi)容和要求 1 3.程序和時間安排 2 第一章 緒論 3 1.1課題的來源及研究背景 3 1.1.1課題來源及研究意義 3 1.1.2珩磨加工的特點 4 1.2珩磨頭修整技術的發(fā)展現(xiàn)狀 5 1.2.1 珩磨頭現(xiàn)有的修整方法 5 1.2.2在線電解修銳技術的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 7 1.3論文研究的主要內(nèi)容 10 第二章 珩磨頭的設計 11 2.1珩磨頭設計因素及要求 11 2.1.1珩磨頭設計時應考慮的因素 11 2.1.2對珩磨頭結構的基本要求 12 2.2珩磨頭的結構形式 13 2.2.1通用珩磨頭 15 2.2.2小孔珩磨頭 16 2.2.3大孔珩磨頭 20 2.2.4平項珩磨頭 21 2.2.5特殊珩磨頭 22 2.3珩磨油石 24 2.3.1珩磨油石的性能 24 2.3.2珩磨油石的規(guī)格及數(shù)量 29 2.3.3珩磨油石的連接方式 30 2.4小結 31 第三章 珩磨頭在線電解修銳原理 32 3.1 ELID磨削的基本原理 32 3.2 ELID磨削的特點 34 3.3 ELID修銳的電化學反應原理 36 3.4 ELID修銳中氧化膜的作用機理 39 3.5小結 42 第四章 ELID珩磨裝置系統(tǒng) 42 4.1 ELID珩磨裝置 42 4.2 ELID珩磨裝置及方法 44 4.2.1背景技術 44 4.2.2 ELID珩磨裝置專用電源 49 4.2.3 陰極的設計 50 4.2.4陽極電刷的設計 52 4.2.5 ELID高速磨削專用磨削液的研制 53 4.2.6 ELID磨削液的性能要求及成分選擇 53 4.3小結 54 結束語 55 致 謝 57 參考文獻 58 —V— 前 言 畢業(yè)設計是學生學完大學教學計劃所規(guī)定的全部基礎課和專業(yè)課后，綜合運用所學的知識，與實踐相結合的重要實踐性教學環(huán)節(jié)。它是大學生活最后一個里程碑，是四年大學學習的一個總結，是我們結束學生時代，踏入社會，走上工作崗位的必由之路，是對我們工作能力的一次綜合性檢驗。 1.畢業(yè)設計的目的 通過本次畢業(yè)設計，使達到以下幾個效果： （1）鞏固、擴大、深化學生以前所學的基礎和專業(yè)知識； （2）培養(yǎng)學生綜合分析、理論聯(lián)系實際的能力； （3）培養(yǎng)學生調(diào)查研究、正確熟練運用國家標準、規(guī)范、手冊等工具書的能力； （4）鍛煉進行設計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術文件、繪圖等獨立工作能力。 總之，通過畢業(yè)設計使學生建立正確的設計思想，初步掌握解決本專業(yè)工程技術問題的方法和手段，從而使學生受到一次工程師的基本訓練。 2.畢業(yè)設計的主要內(nèi)容和要求 本次設計的主要內(nèi)容是珩磨頭的ELID的修銳裝置。具體設計內(nèi)容和要求如下: （1） 調(diào)查使用部門對珩磨的具體要求，現(xiàn)在對珩磨頭修銳的方法；收集并分析國內(nèi)外同類型的先進技術、發(fā)展趨勢以及有關的科技動向；調(diào)查一些工廠的設備、技術能力和生產(chǎn)經(jīng)驗等。 （2） 珩磨頭的ELID的修銳裝置的設計主要是設計珩磨裝置、ELID裝置所用的電極，確定各部分的相互關系；擬訂總體設計方案，根據(jù)總體設計方案，選擇通用部件，并繪制裝配圖和各零件的零件圖； （3） 其他零部件的設計和選擇； （4） 編制設計技術說明書一份。 3.程序和時間安排 畢業(yè)設計是實踐性的教學環(huán)節(jié)，由于時間的限制，本次畢業(yè)設計不可能按工廠的設計程序來進行，具體的說，可以分以下幾個階段： （1）實習階段，通過畢業(yè)實習實地調(diào)查、研究、收集有關資料，掌握ELID磨削加工技術，了解珩磨頭的ELID修銳裝置結構、工作原理和設計的基本要求，花兩周時間； (2) 制定方案、總體設計階段，花兩周時間； (3) 計算和技術設計階段，繪制圖紙，整理設計說明書，花四周時間； (4) 答辯階段，自述設計內(nèi)容，回答問題，花半周時間。 1 緒論 1.1 課題的來源及研究背景 1.1.1 課題來源及研究意義 珩磨時容易發(fā)生粘附、變鈍、堵塞的現(xiàn)象，是影響硬脆材料珩磨質量和效率的因素之一，磨損和堵塞后的珩磨頭磨削性能變差，無法繼續(xù)對工件材料進行珩磨加工，這既影響了工件的加工質量，又影響加工效率，所以，采用一種有效的珩磨頭修整方法，實現(xiàn)工程材料的高速高效磨削加工，對工程材料的加工的推廣應用有十分重要的意義。 在線電解修銳技術(ElectrolyticIn-processDressing，簡稱ELID)利用金屬結合劑的溶解去除和油石表層生成的氧化物絕緣層對電解抑制作用所構成的動態(tài)平衡，對珩磨頭上的油石進行連續(xù)非線性修銳，使油石磨粒獲得恒定的突出量，從而實現(xiàn)穩(wěn)定、可控、最佳的磨削過程，可以很好的解決一些材料的難加工問題。國內(nèi)外的一些高校和學者己經(jīng)對該項技術進行了一定的理論和試驗研究工作，取得一定的成果，ELID磨削可以明顯的降低磨削力和工件表面粗糙度，但是目前珩磨頭在線電解修銳技術主要應用于低速、精密和超精密鏡面珩磨中,研究對珩磨頭的ELID修銳機理，對提高材料的珩磨效率、改善表面加工質量以及拓寬珩磨頭在線電解修銳技術的應用領域都具有重要的意義。 珩磨頭ELID修銳原理是利用金屬結合劑超硬磨料珩磨頭與電源正極相接做陽極，工具電極做陰極，在珩磨頭和電極的間隙中通過電解磨削液，利用電解過程中的陽極溶解效應，對珩磨頭表層的金屬基體進行電解去除，從而逐漸露出嶄新鋒利的磨粒，形成對珩磨頭的修整作用：同時形成一層鈍化膜附著于珩磨頭表面，抑制珩磨頭過度電解，從而使珩磨頭始終以最佳磨削狀態(tài)連續(xù)進行磨削加工。所以該技術將珩磨頭修整與磨削過程結合在一起，利用金屬基珩磨頭進行磨削加工的同時利用電解方法對珩磨頭進行修整，從而實現(xiàn)對硬脆材料的連續(xù)超精密鏡面磨削。ELID修銳是在磨削過程中，利用非線性電解修整作用和金屬結合劑超硬磨料珩磨頭表層氧化物絕緣層對電解抑制作用的動態(tài)平衡，對珩磨頭進行連續(xù)修銳修整，使珩磨頭磨粒獲得恒定的突出量，從而實現(xiàn)穩(wěn)定、可控、最佳的磨削過程，它適用于硬脆材料進行超精密鏡面磨削。 ELID修銳技術是對金屬結合劑超硬磨料珩磨頭在線修整、修銳的復合磨削技術，在精密加工領域獨樹一幟，具有自身的一些顯著特點。 磨削過程具有良好的穩(wěn)定性和可控性，易于實現(xiàn)磨削過程的最優(yōu)化：加工精度高，表面裂紋少，表面質量好：適應性廣泛，磨削效率高：裝置簡單，成本低推廣性強等。 1.1.2 珩磨加工的特點 珩磨加工可以提高工件的尺寸、幾何形狀精度和表面光潔度，它的加工特點有： （1）表面質量特性好 珩磨可以獲得較低的表面粗糙度，一般可達Ra0.8~0.2μm，甚至可低于Ra0.025μm，同時珩磨表面上有均勻的交叉網(wǎng)紋有利于貯油潤滑。實現(xiàn)平頂珩磨，可使有相對運動的摩擦副獲得較理想的表面質量。珩磨加工面具有交叉網(wǎng)紋，有利于潤滑油的貯存和油膜的保持，并有較高的表面支承率，因而能承受較大的載荷，乃磨損，從而延長了使用壽命。另一方面，由于珩磨速度低，且油石與孔是面接觸，因此每一磨粒的平均磨削壓力很小，這樣工件的發(fā)熱量很少，工件可能產(chǎn)生的變形量也少，工件表面幾乎沒有熱損傷和變質層，適于加工相對運動精度高的精密偶件，此外，珩磨加工面幾乎沒有嵌砂和擠壓硬質層。 （2）加工精度高 現(xiàn)代珩磨技術不僅可以獲得較高的尺寸精度，而且還能修正孔在珩磨加工中出現(xiàn)的輕微形狀誤差，如圓度、圓柱度和表面波紋等。珩磨小孔時，圓度與圓柱度可達0.5μm，軸線直線度可小于1μm；珩磨中等孔徑，圓柱度可達5μm，圓柱度不超過10μm；珩磨短孔時，若用剛性連接珩磨頭與平面浮動夾具，還可適當提高短孔軸線與端面的垂直度。間斷孔珩磨可以提高同軸度。它不提高孔對其他孔或表面的相互位置精度，且一般對前道工序有一定的精度要求，否則不易保證得到較高的形狀精度。 （3）珩磨效率高 可以使用多條油石或超硬磨料油石，也可提高珩磨頭的往復速度增大網(wǎng)紋交叉角，能較快地去除珩磨余量與孔形誤差。也可應用強力珩磨工藝，有效地提高珩磨效率。珩磨工件干凈，在冷卻液的沖洗下，很少積存臟污。珩磨加工一些圓周有孔或內(nèi)槽的液壓系統(tǒng)偶件時，可以保持這些孔與工件孔壁形成銳邊，以保證偶件的液壓性能。 （4）珩磨工藝較經(jīng)濟 薄壁孔和剛性不足的工件，或較硬的工件表面，用珩磨進行光整加工不需要復雜的設備與工裝，操作方便。磨料選擇適當，工具設計合理，切削速度合理的情況下，珩磨的經(jīng)濟效果較研磨好（主要反映在加工效率、加工精度和表面質量上），且加工穩(wěn)定，因而零組件的成品率高。并且，珩磨加工可節(jié)省研磨加工所必須的輔助材料，如清洗用的汽油、棉花 等。采用超硬磨料做珩磨油石，經(jīng)濟效果更好。 1.2 珩磨頭修整技術的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 珩磨頭現(xiàn)有的修整方法 珩磨加工過程中，珩磨頭上的油石表層的磨粒會逐漸磨鈍，磨鈍后的油石摩擦力增大，磨削溫度上升，容易發(fā)生顫振和燒傷，使被加工工件的表面完整性受到極大的影響，同時磨鈍的油石也會使油石工作表面喪失正確的幾何形狀從而使加工精度降低。為了使珩磨頭在使用中能始終保持正確的形狀和銳利性，需要定期對珩磨頭進行修整。修整實質上就是對珩磨頭進行整形和修銳，整形是指對砂輪工作表面進行微量“切削”，使珩磨頭達到所要求的幾何形狀精度，并使磨粒尖端微細破碎，形成鋒利磨刃的過程;修銳是指除去磨粒間的部分結合劑(降低結合劑的高度)，使磨粒凸出結合劑之外，形成切削刃，同時產(chǎn)生足夠的容屑空間的過程。 1.軟彈性修整法 軟彈性法修整珩磨頭時，超硬磨料珩磨頭以一定的速度旋轉，而卷帶輪則緩慢地轉動，帶動砂帶緩慢移動，利用珩磨頭的旋轉而使砂帶彈性變形不能完全恢復來實現(xiàn)去除珩磨頭上油石上高點的目的。采用軟彈性修整法修整砂輪時，被修整的砂輪與砂帶之間能自動選擇合適的擠壓力，能保持修整過程穩(wěn)定;砂帶低速進給，與油石表面接觸的砂帶上的磨?；旧蠜]有磨損，因而可獲得較強的修整能力;砂帶是彈性的，因而它能去除砂輪表面磨粒間的結合劑，同時不損害磨粒的切削刃。 2.激光修整法 激光修整法是利用光學系統(tǒng)把激光束聚焦成極小的光斑作用于油石表面，在極短的時間內(nèi)使油石局部表面的金屬結合劑材料以蒸發(fā)、氣化和熔融濺射的形式被去除，而不損傷超硬磨粒，從而達到修整的目的。激光修整珩磨頭時，激光照射區(qū)域小，節(jié)省油石材料;修整過程中珩磨頭上的油石不受機械力，適于磨削過程中在線修整;通過焦距的改變，可以有選擇地除去油石上阻塞的工件材料:不存在修整工具磨損報廢的情況，可重復利用性強;修整速度快、工效高、易實現(xiàn)自動化。 3.超聲振動游離磨粒珩磨頭修整法 超聲振動珩磨頭修整的機理是由超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲頻電信號傳給換能器，變換成超聲頻的機械振動，由變幅桿放大后帶動修整器對油石進行修整。超聲振動修整珩磨頭是一種優(yōu)良的珩磨頭修整方法。試驗證明，超聲振動修整后的珩磨頭具有表面磨粒均勻、方向性好等特點。對于珩磨工件來說易于避免工件燒傷、降低磨削溫度、減小磨削力、提高珩磨頭的使用壽命等優(yōu)點。 4.在線電解修銳技術 在線電解修銳技術是利用油石金屬結合劑在電源的驅動下，在具有電解作用的磨削液中發(fā)生電解反應而溶解去除，使油石中的磨粒露出結合劑表面，形成一定的出刃高度和容屑空間，同時，在油石表面逐漸形成一層氧化膜，氧化膜的不斷磨損與不斷生成使得上述修整過程保持動態(tài)平衡，既避免了油石的過快消耗又自動保持了油石表面的磨削能力。在線電解修銳技術是專門應用于金屬結合劑珩磨頭的修整方法，與傳統(tǒng)的電解修整方法相比，它具有修整效率高、工藝簡單、修整質量好等特點。 1.2.2在線電解修銳技術的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 采用傳統(tǒng)磨削工藝對工程陶瓷、光學玻璃、硬質合金、淬火鋼及半導體等硬脆材料進行加工時不僅磨削力大、磨削溫度高、磨削效率低，而且砂輪極易鈍化、堵塞而喪失其切削性能，從而造成工件加工表面脆性破壞及應力集中，加工質量惡化，難以滿足高精度、高效率的加工要求。為了解決這一問題，日本學者HitoshiOhmori(大森整)于1987年提出了砂輪在線電解修銳技術，成功解決了硬脆材料的難加工問題。 從ELID方法提出開始，HitoshiOhmori以及國外的許多學者就對該技術進行了深入的研究，Hitoshi Ohmori, TakeoNakagawa, SeiMoriyasu等學者對硬脆材料ELID精密磨削的表面形成機理進行了試驗分析研究，并且采用杯形砂輪實現(xiàn)了光學鏡頭的ELID鏡面磨削。 在HitoshiOhmori研究的基礎上，NobuhideItoh,ShinyaMorita等學者采用鑄鐵結合劑金剛石砂輪對Gd2SiO5的SLID磨削特點進行了研究:Kiyoshi Sawada,AkiraYamamot。等學者采用ELID技術對石英石坯料進行了磨削試驗研究;YoshihiroUehara,YutakaYamagata,YutakaYamagata等人將ELID技術應用于一些微細工件的磨削加工中。 JamesC.M.Li就SLID磨削過程中陽極金屬的去除率分別進行了二維和三維模型的分析研究;RichardJ.Boland在ELID磨削過程的計算機控制與監(jiān)控方面進行了探索。 ELID精密磨削技術在日本己經(jīng)得到較深入的研究和廣泛的應用，在日本有"ELID磨削研究會”及相應的學術期刊《ELID研削研究會報》。日本的富士公司、Fuji模具株式會社、新東工業(yè)株式會社等許多公司采用該技術進行零部件的加工生產(chǎn)或從事與該技術相關產(chǎn)品的生產(chǎn)開發(fā)與技術支持，此外，日本KURODA公司、不二越株式會社還推出了系列ELID專用磨床。富士公司采用ELID磨削技術加工鏡頭，鍍膜后直接用在望遠鏡、幻燈產(chǎn)品上，真正實現(xiàn)了光學鏡頭加工的以磨代研、代拋的工藝革命，東京物理化學研究所將ELID磨削技術應用于超精密數(shù)控加工，成功加工出光學玻璃和碳化硅陶瓷等材料的高精度非球曲面。從ELID技術誕生之初，美國就投巨資進行該技術的研究開發(fā)，還與日本進行該技術的交流與合作，美國在應用ELID磨削技術加工電子計算機半導體微處理器方面已取得突破性進展，在國防、航空航天及核工業(yè)等領域的應用研究也在進行。德國是最早研究ELID磨削技術的幾個國家之一，在1991年就有德國的機床廠家進行系列ELID專用機床的設計。此外，英、法等國對ELID磨削技術也進行了深入的研究。在亞洲，韓國很早就同日本開展卓有成效的技術交流與合作。 ELID磨削技術在我國尚處于研究階段，主要集中在高校，哈爾濱工業(yè)大學的袁哲俊、張飛虎等人在ELID精密、超精密鏡面磨削、專用磨削液、專用電源、ELID鏡面磨削中砂輪耐用度、鑄鐵砂輪ELID鏡面磨削中電解氧化膜的作用機理以及氧化鋁陶瓷和石榴石鐵氧體等材料的ELID磨削等方面進行了理論與試驗研究，成功研制了ELID精密磨削專用的脈沖電源、磨削液和砂輪，在國產(chǎn)機床上開發(fā)出平面、外圓和內(nèi)圓ELID精密磨削裝置. 大連理工大學的關佳亮、郭東明等人在ELID鏡面磨削中氧化膜的生成機理碩士學位論文及作用、砂輪結合劑作用機理及金屬結合劑砂輪的研制等方面進行了研究。 天津大學的徐燕申、張春河等人就ELID超精密鏡面磨削中砂輪磨損規(guī)律以及磨削力變化規(guī)律等方面進行了試驗研究。 北京工業(yè)大學的范晉偉、馬春敏等人對ELID精密鏡面磨削技術在不同磨削方式下的應用進行了研究，并且研制出硬脆材料精密磨削的ELID專用磨削液，實現(xiàn)了硬脆材料的ELID精密超精密磨削。 西北工業(yè)大學史興寬、任敬心、彭炎午等人以及西安理工大學的王平、趙文福對鑄鐵結合劑微粉金剛石砂輪的在線電解修整進行了試驗研究，廣西大學的段明揚、楊玲等人對青銅結合劑金剛石砂輪電解修整進行了一定的研究。 這些研究成果促進了ELID技術的推廣應用，目前，國內(nèi)己有十幾家單位應用該技術，如230廠用于加工動壓馬達零件，23所用于相陣雷達互易移相單元陶瓷、微晶玻璃、鐵氧體等航天材料零件加工，8358廠用于光學玻璃非球曲面加工，205所用于光學玻璃加工，華僑大學用于加工大理石，福建南安宏偉陶瓷廠用于加工陶瓷等。 但是，目前ELID技術主要應用在采用微細粒度砂輪的低速、精密磨削中，當砂輪線速度提高后，由于砂輪與陰極之間的磨削液供給不足，使得砂輪的修銳效率下降，達不到理想的磨削效果，這是ELID技術在高速磨削的應用中所要解決的一個難題，而國內(nèi)外學者對這方面的研究比較有限。美國StevensInstituteof Technology的ZhuZhenqi學者對ELID磨削過程中砂輪與陰極之間磨削液的流動狀態(tài)與砂輪線速度之間的關系進行了仿真分析，對傳統(tǒng)的剛性陰極與新設計的彈性箔片陰極進行了對比，仿真結果表明〔1)在傳統(tǒng)的剛性陰極中，采用噴嘴噴射供液，砂輪線速度為24m/s時，極間間隙內(nèi)的磨削液為層流狀態(tài)，供液充足，修銳效果好，砂輪線速度提高到58m/s和118m/s時，由于磨削液供給不足，極間間隙內(nèi)的磨削液為紊流狀態(tài)，修銳效果差;(2)砂輪速度提高后，要保證極間間隙內(nèi)的磨削液供給充足，必須使得磨削液的供給速度至少為砂輪線速度的一半，而這一點卻很難實現(xiàn):(3)文中新設計的彈性箔片陰極可以通過調(diào)整彈性箔片的速度和張緊力，在較低的供液速度下保證電解反應區(qū)內(nèi)磨削液充足，較好的解決了高速ELID磨削中極間間隙內(nèi)磨削液供液不足的問題。國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學的張飛虎教授對石榴石鐵氧體材料進行了ELID高效磨削試驗研究，試驗結果表明:采用鑄鐵結合劑金剛石砂輪ELID磨削的磨削力僅為相同條件下樹脂結合劑砂輪非ELID磨削的2/5~3/5，試驗中砂輪線速度為15.7m/s，工件進給速度為2m/min,最大磨削深度為4mm，實現(xiàn)了ELID高效磨削，但仍屬于低速磨削，如果能進一步提高砂輪線速度，就可以大幅度的提高磨削效率。所以如何結合高速磨削與ELID技術的特點，實現(xiàn)粗粒度超硬磨料砂輪的高速高效ELID磨削，成為一個有待解決的實際問題。 1.3論文研究的主要內(nèi)容 珩磨頭在線電解修銳技術很好的解決了一些材料的珩磨中難加工問題，成功的實現(xiàn)了硬脆材料的精密、鏡面珩磨，本文在基于ELID磨削原理的基礎上，提出珩磨頭的ELID珩磨裝置.論文研究的主要內(nèi)容包括以下四個方面: (1)對一般的珩磨頭進行設計。 (2)介紹ELID磨削原理及特點，并從電化學反應原理的角度對ELID磨削的實現(xiàn)機理進行研究，分析氧化膜在ELID磨削中的作用。 (3)對ELID磨削所必需的珩磨頭、陰極、陽極電刷、電源等裝置在珩磨中的要求進行分析，分析能進行在線的ELID珩磨裝置.選擇應用于珩磨頭ELID裝置的專用磨削液。 (4)對ELID磨削中電源參數(shù)(電解電壓、脈沖電流頻率、脈沖電流占空比)對磨削力和工件表面粗糙度的影響，從而選擇最優(yōu)化的ELID磨削電源電解參數(shù)。 2 珩磨頭的設計 2.1珩磨頭設計因素及要求 在珩磨孔加工中分內(nèi)孔珩磨和小孔珩磨兩個方面。內(nèi)孔珩磨一般指加工直徑為25～500mm的圓柱通孔。對不通孔和內(nèi)表面不連續(xù)的孔，也可珩磨，但較困難。小孔珩磨則指加工直徑為25mm以下的孔。 珩磨頭的作用是裝置珩磨油石（亦稱珩磨條或珩條），并由珩磨機主軸帶動實現(xiàn)旋轉、往復運動，還可通過調(diào)整機構，使珩磨油石作徑向擴張或收縮。珩磨機的主要動作，都是通過它反映出來，以取得加工效果。 2.1.1珩磨頭設計時應考慮的因素 （1）用于通孔還是不通孔，深孔還是淺孔，以及孔徑大小。 （2）加工特性、工件材料與熱處理狀態(tài)。 （3）使用珩磨機床的型號、規(guī)格、主軸與工作臺行程距離。 （4）工件定位對家具的要求，以便確定夾具的結構形式。 （5）工件的精度與粗糙度，確定珩磨加工方法。（即強制式珩磨或自由式珩磨）。 (6) 油石的結合劑應該用金屬結合劑。 2.1.2對珩磨頭結構的基本要求 （1）保證被加工孔的精度。 （2）遇到被加工表面上的硬點時，珩條不會被壓退。 （3）當孔的軸線和主軸軸線不重合時，強制式珩桿能修整軸線的不垂直、不重合精度。自由式珩桿能自動找正工件中心。 （4）對較大孔珩磨時，珩磨油石應能自動調(diào)整，以保證與孔在全長范圍接觸，從而糾正孔形誤差，補償珩磨油石自身磨損的不均勻性。 （5）珩磨頭在進孔及出孔時，能自動收縮。 （6）能精確而方便地調(diào)整珩磨油石的徑向擴張量，并應有足夠的擴張量，以保證最大限度地使用珩磨油石。 （7）能夠避免各種工作狀態(tài)下產(chǎn)生的各種振動因素。 圖2-1 珩磨頭 1——殼體；2——油石座；3——錐體； 4——墊塊；5——彈簧； 6——傳遞桿； 7——心棒。 （8）有足夠的強度和剛性。 2.2珩磨頭的結構形式 珩磨加工中，工件能夠得到多高的幾何形狀精度和切削效率，在很大程度上取決于珩磨頭的結構形式及設計的合理性。珩磨頭的結構形式取決于被加工孔的尺寸、形狀和精度要求，以及所用機床的進給方式、油石的種類及夾具的結構等。 珩磨頭的結構對加工質量和生產(chǎn)率都有很大的影響。對珩磨頭的一般要求是：油石能在徑向均勻的脹縮，對加工表面的壓力能調(diào)整并保持在一定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)；油石應具有一定的剛度，當被加工孔的形狀誤差使油石的壓力增加時，油石在半徑方向不致發(fā)生位移和歪斜；珩磨到最后尺寸時，油石能迅速縮回，以便于珩磨頭從孔內(nèi)退出。 珩磨頭的形式有：通用珩磨頭（珩磨Φ20-Φ150mm孔）、小孔珩磨頭（Φ5-Φ20mm孔）、大孔珩磨頭（Φ150-Φ300mm孔）、平頂珩磨頭、特殊珩磨頭（組合式珩磨頭、盲孔珩磨頭、錐孔珩磨頭、帶氣動噴嘴的自動測量珩磨頭、減少噪聲的珩磨頭等）等形式。設計珩磨頭時，根據(jù)所加工的孔徑的大小來選擇珩磨頭的形式。 珩磨頭一端連接機床主軸接頭，桿部鑲嵌或連接珩磨油石。在加工過程中，珩磨頭的桿部與珩磨油石進入工件的被加工孔內(nèi)，并承受切削轉矩；在機床進給結構的作用下，驅動珩磨油石做徑向擴張，實現(xiàn)珩磨的切削進給，使工件孔獲得所需的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度。不論那一種珩磨頭，它必須具備以下幾個基本條件： （1）珩磨頭上的油石對加工工件表面的壓力能自由調(diào)整，并能保持在一定范圍內(nèi)。 （2）珩磨過程中，油石在軸的半徑方向上可以自由均勻地脹縮，并具有一定剛度。 （3）珩磨過程中，工件孔的尺寸在達到要求后珩磨頭上的油石能迅速縮回，以便于珩磨頭從孔內(nèi)退出。 （4）油石工作時無沖擊、位移和歪斜。 圖2-1所示的珩磨頭，是靠液壓控制油石脹縮。它主要由兩個部分組成：上部一調(diào)節(jié)頭，下部一工作頭。工作頭是由鋼質殼體1和殼體上嵌裝六塊油石座2所組成．油石座2的兩端用彈簧5來固定，使它們緊緊靠在殼體1上。在殼體1內(nèi)部有一根長心棒7，通過中間傳遞桿6和兩個錐體3鉸接起來。當液體壓力傳到心棒7上時，心棒7便向下推動中間傳遞桿6，使兩個錐體3同時往下移動，從上面推動墊塊4，使油石座2徐徐向外脹開。此時，珩磨頭上的油石以固定的壓力磨削金屬。當珩磨過程結束時，即零件孔尺寸達到要求之后，操縱機床，壓力消失，心棒7便向上退回，彈簧壓縮油石座2，油石就向內(nèi)收縮。 為了防止油石在珩磨頭從零件孔內(nèi)進出時碰傷零件的加工表面，在殼體1的周圍，專門鑲有夾布膠木板．調(diào)節(jié)頭作調(diào)節(jié)工作頭脹縮用。當擰動珩磨頭上的刻度盤時，可以直接控制兩個錐體3的移動，通過它來操縱油石的脹縮尺寸。在珩磨過程中，調(diào)整油石的脹縮尺寸和補鏜油石的磨損量等，都是用調(diào)節(jié)頭來實現(xiàn)的。 2.2.1通用珩磨頭 圖2-2是中等孔徑(Ф20～Ф150 mm)通用珩磨頭。采用的是后進給方式，它由磨頭體、油石、油石座、導向條、彈簧、錐體漲芯組成。當錐體漲芯移動時，油石便可漲開或收縮。珩磨頭為棱圓柱體，珩磨油石條數(shù)一般為奇數(shù)。油石座直接與進給漲芯接觸，中間不用頂銷與過渡板．結構簡單。進給系統(tǒng)剛性好。同時在珩磨深孔時，還可根據(jù)需要在孔的中間部位或孔底進行必要的進給，以保證孔尺寸全長上的一致性。 圖2-2 中等孔徑(后進給)通用珩磨頭 1—本體前導向；2—彈簧圈；3—本體漲錐；4—油石座 珩磨頭的外徑尺寸應以被加上孔徑為基準，當油石處于收縮狀態(tài)時，珩磨頭外徑比被加工孔的孔徑小。以便于珩磨頭進入或退出工件孔；當油石處于最大漲開位置時，珩磨頭的外徑至少應等于被加工孔的最終要求尺寸加上油石的極限磨耗量。 有時在珩磨頭體圓周上嵌有導向條。它與油石相間排列。當珩磨頭進入工件孔時。導向條起導向作用和保護油石不致碰傷，當珩磨頭退出工件孔時起定心作用。此外，它還能防止油石因磨耗不均而導致珩磨頭偏心。導向條在圓周上的外徑應比被加工孔的基本尺寸小0.1～0.5 mm，但比油石收縮狀態(tài)時的外徑大，并與油石圓周同軸。 圖2-3為一種采用前進給方式的通用珩磨頭．它與后進給方式的不同之處在于：其漲芯體的移動是由轉動括動套而帶動螺母在四方槽內(nèi)移動，從而使得漲芯體沿軸向伸出或縮回，并帶動油石座的徑向伸出和縮回(在“O”形密封圈的拉力作用下)。這種珩磨頭不需要漲芯操作桿。在加工中，當珩磨頭尾部退出工件時，可使用勾頭扳手轉動活動套，從而完成油石的徑向進給。因此這種珩磨頭的操作簡單方便。油石進給容易控制．比較適合于臥式深孔珩磨加工。 圖2-3 中等尺寸(前進給)通用珩磨頭 l一珩磨頭體；2—油石3一油石座；4—漲芯體；5—墊片； 6一螺桿；7一滑動螺母；8—活動套；9—螺釘； 10—密封圈 2.2.2小孔珩磨頭 珩磨Φ5-Φ20mm的小孔時，可將珩磨頭體與油石座做成一體，使?jié)q芯與珩磨頭體在整個長度上為面接觸，以增強剛性。 （1）單油石珩磨頭：如圖2-4所示珩磨頭，適用于加工直線度要求很高，孔徑為Ф5～Ф20 mm的孔，珩磨頭由兩根導向條與一根切削油石組成。兩根導向條非對稱分布，寬度大的導向條用來承受油石產(chǎn)生的徑向力和切向力的合力(合力通過它的支承面中間)，防止珩磨頭變形；窄導向條起輔助支承的作用，使珩磨頭與孔的接觸狀態(tài)穩(wěn)定，以提高加工精度。導向條的材料用硬質合金或人造金剛石。根據(jù)孔徑大小，導向條可做成鑲嵌式或用電鍍法將金剛石微粉鍍在磨頭體表面上，也可鍍上粗粒度金剛石，然后用立方氮化硼砂輪或油石將其磨鈍，使其失去切削能力。 圖2-4 單油石珩磨頭 1—漲楔；2一磨頭體；3一油石座；4一輔助導向條；5一主導向條 (2)對開軸瓦式珩磨頭：由兩個半圓形軸瓦構成，如圖2-5所示。適用于加工直線度要求較高，有間斷表面的孔。珩磨頭的徑向擴張進給是通過楔形漲芯作用于兩個半圓形軸瓦的斜面上，縮回是靠軸向兩端的兩個“O”形彈簧圈的彈力。它可用普通磨料油石粘接于磨頭表面。也可用幾根金剛石油石用低熔點的焊條焊接于磨頭表面。油石長度為一般珩磨頭所選用的油石長度的兩倍。此磨頭便于在磨床上修磨它的切削表面，加工精度穩(wěn)定。切削效率比單油石珩磨頭高10％左右，使用壽命長。 圖2-5對開軸瓦式珩磨頭 1，3—O形彈簧2—油石4—珩磨頭5—調(diào)節(jié)板6—聯(lián)結軸7—調(diào)節(jié)件 （3）可調(diào)整的整體珩磨頭：在大量生產(chǎn)中用這種珩磨頭(見圖2-6)束加工高精度的孔?？椎男螤钫`差可達0.5m以下，尺寸誤差可控制在2～3 μm內(nèi)，表面粗糙度R達0.2 μm。 圖2-6 可調(diào)整的整體珩磨頭 磨頭體為一整體套筒，兩邊對稱開兩條軸向槽，在其表面上鍍0.3～0.5 mm厚度的金剛石磨粒，磨頭體內(nèi)孔為1：50的錐孔。利用錐孔中的錐形漲芯使整個磨頭體產(chǎn)生彈性變形而調(diào)整到預定的尺寸。在加工過程中沒有漲縮運動。因此可將其看做一種成形工具。 使用這種珩磨頭的機床，一般均為立式多軸多工位珩磨機。珩磨頭與主軸間為剛性連接。工件夾具設計成浮動形式。 這種珩磨頭的運動與一般的珩磨運動不同，磨頭一方面作旋轉運動，一方面徑向快速接近工件。軸向工作進給(進給速度為l～1.5 m／min)，快速退回。一個工作循環(huán)即可完成一件加工。 (4)雙斜面小孔珩磨頭：這種珩磨頭的頭部結構如圖2-7所示，其主要特點是： 1)珩磨頭體上的導向條采用一種整體式結構，即為頭體上外圓的一部分對導向條部分進行滲氮處理，使其表面硬度達HVl 200左右，以提高導向條的耐磨性。珩磨頭體上采用長方槽來容納漲開機構，如圖2-8所示。 2)油石座采用雙斜面漲開機構，以提高油石徑向運動的穩(wěn)定性和減小油石座的徑向尺寸同時將斜面漲開機構安置在油石座的側面，大大減小了油石座的徑向尺寸，有利于徑向空間的利用，如圖2-9所示。 3)采用薄片式漲芯，并用雙斜面與油石座配合，如圖2-10所示。 4)油石用膠與油石座連接，易于粘接。 5)珩磨頭與夾持體之問以雙螺紋套連接，以提高連接的柔性。 6)采用螺紋進給加力機構完成油石的徑向進給運動。 圖2-7 雙斜面高效小孔珩磨頭 l一珩磨頭體；2一漲芯；3一油石；4一油石座 此種珩磨頭可直接安裝在普通車床上，配以其他附件就可以投入使用。油石在半徑方向上的最大伸出量可達2 mm。油石用鈍或破損后，給油石座粘上新的油石后稍稍修磨即可使用。這種小孔珩磨頭具有剛性好、切削效率高、結構簡單、制造工藝性好等方面的獨特優(yōu)點，有著良好的應用效果。 圖2-8珩磨頭體 圖2-9 油石座 圖2-10 薄片式漲芯 2.2.3大孔珩磨頭 它主要用于大孔徑Ф150～Ф300mm的珩磨加工，圖2-11為凸環(huán)式大孔珩磨頭，凸環(huán)的外徑接近珩磨孔徑，以支持油石座和承受珩磨切削力，具有較好的剛性。油石座上的橫銷3緊貼凸環(huán)內(nèi)端面，對油石軸向定位并承受珩磨時的軸向力。移動漲錐1使油石座4伸出，借彈簧圈5縮回油石。同時為了減小漲芯和油石座的體積(減輕珩磨頭的重量)，可以在漲芯體與油石座之間采用斜端面柱銷來完成頂出油石的運動。 圖2-11 凸環(huán)式大孔珩磨頭 1—漲錐；2一凸環(huán)；3—油石座橫銷；4—油石座；5—彈簧圈 2.2.4平項珩磨頭 它主要用于具有相對運動摩擦副的零件的內(nèi)孔珩磨，如內(nèi)燃機氣缸孔等。與普通珩磨相比，它所加工的表面微觀幾何形狀是不同的，承載面積增大4倍左右具有較高的珩磨效率。珩磨頭裝有粗、精珩磨兩副油石。珩磨頭裝在具有雙階段進給裝置的珩磨機主軸上，分別進行粗、精珩磨。磨頭進入工件孔前，兩油石均處于收縮狀態(tài)。加工開始時，漲芯向下移動。由于斜面的作用。粗珩油石漲開(見圖2-12(a))。進行粗珩，并可擴張進給。當加工到預定尺寸時，錐度漲芯向上移動，粗珩油石收縮(見圖2-12(b))，再繼續(xù)向上移動時，精珩油石漲開。珩磨到最終尺寸時．漲芯向下移動，兩組油石均處于收縮狀態(tài)(見圖2-12(c))，然后珩磨頭退出工件，加工循環(huán)結束。 圖2-12 平頂珩磨頭工作原理 (a)粗珩油石漲開；(b)精珩油石漲開；(c)粗、精珩油石收縮 圖2-13為平頂珩磨頭，粗珩時活塞桿C推動套桿11，使外錐套下移，漲開粗珩油石座6。在珩磨頭的兩個對稱硬質合金導向條上配有氣動測量噴嘴12，待粗珩到預定尺寸后，通過氣動測量儀發(fā)出信號，使粗珩油石降壓并緩慢退回?；钊麠UB迅速推動內(nèi)錐3，使精珩油石漲開，進行精珩。待預定精珩時間完畢后，油石卸壓縮回，珩磨頭復位。此珩磨頭的另一個特點是制造精密．所有油石座與磨頭體上的油石槽均經(jīng)研配，以保證進給系統(tǒng)的可靠性。 2.2.5特殊珩磨頭 (1)盲孔珩磨頭：一種可采用普通珩磨頭，按通孔珩磨原則選擇油石長度，珩磨中使油石在盲孔底端換向時自動停留(1～2 s)，或在預定時間間隔(可通過試驗來確定)內(nèi)，對盲孔底端進行若干短行程的珩磨，此法宜采用耐用度較高的金剛石油石。另一種是長短油石組合珩磨，在孔的全長上用長油石珩磨，在孔的盲孔端將短油石漲出，增加切削刃，既可保證孔的精度。又可提高珩磨效率，如圖2-14所示。 (2)錐孔珩磨頭：錐孔珩磨頭即如圖2-15所示珩磨頭。錐形心軸l與磨頭體2通過鍵7帶動而一起旋轉。同時磨頭體又帶動油石座3與油石4作旋轉及往復運動(錐形心軸不作往復運動)。因油石座與油石是沿錐形心軸1的錐面上移動的．并且要求錐形心軸在軸向上無竄動，因此，工件孔的錐度精度取決于錐形心軸的錐度。 圖2-13 平頂珩磨頭 1—本體；2—外漲錐；3—內(nèi)漲錐；4—斜銷；5—粗珩油石；6—油石座；7—復位彈簧； 8—精珩油石座；9—精珩油石；10—復位彈簧；11—套桿；12—導向條噴嘴 圖2-14 盲孔珩磨 （a）長油石珩磨 ； （b）長短油石珩磨 圖2-15 錐孔珩磨頭 1—錐形心軸2—磨頭體3—油石座4—油石5—工件6—彈簧圈7—鍵 2.3珩磨油石 珩磨前正確地選擇油石，是保證順利完成珩磨工藝的重要條件之一。油石的特性同砂輪一樣，也是用磨料、粒度，硬度、結合劑等幾個參數(shù)來表示的。 2.3.1珩磨油石的性能 1.珩磨油石的磨料 珩磨油石的磨料是油石的一個重要性能，它直接影響到珩磨加工的表面質量和生產(chǎn)率。生產(chǎn)中使用的珩磨油石主要有白剛玉、棕剛玉、黑色碳化硅和綠色碳化硅等，近幾年發(fā)展到使用人造金剛石、立方氮化硼做珩磨油石的磨料。 剛玉系制成的珩磨油石，適宜珩磨淬火鋼、高碳鋼以及薄壁零件和抗拉強度高和韌性較大的金屬。它的主要缺點是在珩磨過程中，磨料往往很快崩壞，而且常常會整粒地掉下來，失去切削能力。因此常要更換油石或者重新修磨油石。 碳化硅系油石的硬度比剛玉高。綠色碳化硅硬度比黑色碳化硅更高，但它們的韌性比較差，磨粒表面的棱角磨鈍后，磨料本身能自動分裂而逐漸剝落，從面產(chǎn)生新的切削刃，這是碳化硅磨料的優(yōu)點。碳化硅油石適用于珩磨強度低和性能脆的材料，如鑄鐵及黃銅等有色金屬和非金屬材料。 金剛石系磨料可分為天然金剛石和人造金剛石兩種。天然金剛石硬度高，強度大，大負荷珩磨時不易碎裂，磨削性能好，磨削力小，價格較為昂貴，適用于珩磨高強度、低韌性的工件材料。人造金剛石較天然金剛石硬度高，但強度較天然金剛石低，自銳性好，適合于加工韌性較差的硬或軟的工件材料，價格低，所以較天然金剮石用途范圍廣。 立方氮化硼的硬度高、熱穩(wěn)定性好，對黑色金屬的化學反應與剛玉一樣屬惰性，是加工鋼材料的一種好磨料，尤其適合于加工硬且韌性大的鋼件材料，如特種工具鋼(高釩高速銅)、耐熱合金鋼、鎳基高溫合金、鈦合金和高鉻不銹鋼等。這些特殊材料用人造金剛石油石則難以加工。立方氮化硼磨料的這些特殊加工性能，還表現(xiàn)在它加工時切屑自離性好，故不會發(fā)生切屑黏結在油石上的現(xiàn)象．保證了它對這些材料加工性能始終如一的正常進行。 表2-1 珩磨油石磨料應用范圍 磨料名稱 代號 適用加工工件材料 應用范圍 棕剛玉 A 未淬火的碳鋼、合金鋼等 粗珩 白剛玉 WA 經(jīng)熱處理的碳鋼、合金鋼等 精珩、半精珩 單晶剛玉 SA 韌性好的軸承鋼、不銹鋼、耐熱鋼等 粗珩、精珩 鉻剛玉 PA 各種淬火與未淬火鋼件 精珩 黑色碳化硅 C 鑄鐵、銅、鋁等及各種非金屬材料 粗珩 綠色碳化硅 GC 鑄鐵、銅、鋁等。多用于淬火鋼及各種脆、硬的金屬與非金屬材料 精珩 人造金剛石 MBD 各種鋼件、鑄鐵及脆、硬的金屬與非金屬材料，如硬質合金 粗珩、半精珩 天然金剛石 各種鋼件，韌性較差的硬或軟的工件材料 粗珩、半精珩 立方氮化硼 CBN 韌性好且硬度和強度較高的各種合金鋼 粗珩、精珩 2．珩磨油石的粒度 珩磨油石的粒度的粗細直接影響加工表面的表面粗糙度和生產(chǎn)率，因此一般根據(jù)生產(chǎn)率與表面粗糙度決定珩磨油石的粒度。在表面粗糙度允許的前提下，粒度應盡量選擇得粗一些，以獲得高的生產(chǎn)率。一般粗珩選用80～180，半精珩選用180～280，精珩選用W40以上。 表2-2 普通珩磨油石粒度與珩磨表面粗糙度的關系 磨料 粒度 珩磨表面粗糙度R／μm 淬火鋼 未淬火鋼 鑄 鐵 有色金屬 剛玉碳化硅 ～180 I.25～1．0 —— —— 1.0 —— l.6～1.25 剛玉碳化硅 240 0.63 —— l.0～0．8 0.63 1.25～1.0 剛玉碳化硅 WS0 0.4～0.32 1．0～0.63 —— —— 0.5～0.4 —— 0.8 剛玉碳化硅 W40 0.362～0.25 —— 0.63～0.5 —— 0.5～0.4 —— 0.8～0.63 剛玉碳化硅 W28 0.2～0.16 —— 0.32～0.25 —— 0.32～0.25 —— 0.5～0.4 剛玉碳化硅 W20 —— 0.16～0.10 0.25～0.20 0.16～0.125 —— 0.4～0.32 表2-3 金剛石珩磨油石粒度與珩磨表面粗糙度的關系 珩磨油石粒度 80 100～120 150 180 240 280 W40 W28 W20 珩磨表面粗糙度R/μm 1.6～0.8 0.8～0.4 0.4 0.4～0.2 0.20～0.10 0.10 0.10～0.05 0.05 ﹤0.05 立方氮化硼珩磨油石粒度與人造金剛石珩磨油石相同，一般采用120，150，180，280，W40，W28，W20，W14等。 3．珩磨油石的硬度 珩磨油石的硬度取決于珩磨金屬的硬度。從油石的自銳性出發(fā)，珩磨硬的金屬要選較軟的油石；珩磨軟金屬則要選擇較硬的油石。油石硬度的高低，是指結合劑對磨粒粘結能力的強弱，它與磨粒本身的硬度高低無關。珩磨油石的硬度過低，說明結合劑對磨粒的粘結能力低，磨粒脫落快，油石消耗量大，尺寸不易控制，脫落的磨粒也易劃傷工件，不易獲得較好的表面質量。珩磨油石的硬度過高，已磨耗的磨粒不易脫落，油石自銳性不良，油石表面易堵塞，切削性能低甚至消失，工件表面質量低劣，容易引起工件表面燒傷。所以，合理地選擇油石的硬度，對珩磨油石的壽命、珩磨效率、珩磨工件表面粗糙度以及能否順利地進行珩磨有很大影響。如下表： 表2-4 珩磨油石的硬度 油石粒度 雙邊珩磨余量/mm 油石硬度 鋼件 鑄鐵 100～150 0.05～0.5 L～Q N～T 0 0I～0．1 N～T Q～Y 180～280 0.05～0.5 T～P L～R 0.01～0.1 L～S Q ~ T W40～W20 0.05～0.15 E～M K～Q 0.01～0.05 M～R M～T 4．珩磨油石的結合劑及組織 普通磨料的珩磨油石一般采用陶瓷、樹脂結合劑。陶瓷結合劑(代號V)油石較脆，硬度不均勻，珩磨過程中經(jīng)常發(fā)生塊狀剝落的現(xiàn)象。剝落的油石碎片會擦傷孔壁表面，破壞加工表面質量，影響生產(chǎn)率和孔的尺寸精度。樹脂結合劑(代號B)的油石強度比較高，且有一定彈性，能抗振，油石磨損均勻，壽命長，不易打碎，珩磨出來的零件表面粗糙度較陶瓷結合劑的低。但樹脂結合劑易受堿的侵蝕，如果冷卻液中含堿量超過1.5％時，結合劑會遭到破壞，油石的強度和硬度會顯著下降，所以珩磨時應避免用含堿的冷卻液。一般在珩磨壓力較高的條件下使用，用于低粗糙度珩磨。 超硬磨料油石，如金剛石、立方氮化硼油石通常采用的結合劑有4種類型，樹脂、陶瓷、青銅和電鍍金屬。樹脂結合劑主要用于低粗糙度珩磨；陶瓷結合劑自銳性好，珩磨效率高，用于粗珩、半精珩；青銅結合劑(代號Q)，強度高，耐磨性好，自銳性較差，用于脆、硬材料或韌性材料的粗珩；電鍍金屬結合劑(代號D)，用于成形油石、小孔珩磨頭，珩磨效率高，耐用度低。 2.3.2珩磨油石的規(guī)格及數(shù)量 珩磨油石的規(guī)格是指油石的形狀和尺寸。它的斷面尺寸為矩形，珩磨大直徑的孔時，為了延長油石壽命，也可采用斷面為方形的油石。 （1）油石長度L。油石長度L根據(jù)珩磨頭的長度和孔徑選取。 （2）油石的截面尺寸。珩磨軟材料可選寬油石，珩磨硬材料需選窄油石，珩磨鋼件比珩磨鑄鐵油石寬度要窄一些。珩磨小孔，油石盡可能寬些；珩磨大孔，油石寬度B≤25 mm。使用金剛石或立方氮化硼油石，其寬度一般為普通油石的l/2～1/3。具體數(shù)據(jù)如下。 表2-5 珩磨油石截面尺寸及數(shù)量 珩磨孔徑／mm 油石數(shù)量/ 條 普通油石截面 B×H 金剛石油石截面 B×H 5～10 l～2 1.5×2.2 L0～13 2 2×1.5 2×1.5 13～16 3 3×2.5 3×2.5 16～24 3 4×3 3×3 24～37 4 6×4 4×4 37～46 3～4 8×6 4×4 46～75 4～6 8×8 5×6 75～I10 6～8 10×8，12×10 5×6 110～180 6～8 12×10，14×12 6×6 180～310 8～10 16×13，20×20 >300 >10 20×20，25×25 (3)金剛石、立方氮化硼油石的結構形狀、尺寸與所選用的結合劑有關，一般樹脂、陶瓷和電鍍金屬結合劑的油石，由于自銳性較好，其形狀可近似普通磨料油石。而青銅結合劑油石必須采用帶槽結構的窄油石，如圖4-16所示，以提高其自銳能力和防止堵塞。槽寬b約為l～2 mm，槽深t不小于磨料層h，一般為1.5 mm。 圖2-16 金剛石和立方氮化硼油石的形狀結構 (a)珩磨小孔用油石；(b）帶槽油石 (4)油石數(shù)量在不影響珩磨頭剛性的前提下，盡可能采用多條油石，并適當減少油石寬度，若能保持油石總寬度占孔周長的0.15～0.28倍，就可獲得較高的珩磨效率，還可減少孔的變形量。 2.3.3珩磨油石的連接方式 小孔珩磨頭所用的油石一般不需連接，可與珩磨桿徑向的孔配合，由錐芯推動擴張、收縮。中孔、大孔珩磨頭所用的油石，一般采用機械夾固、膠合、壓制(在塑料油石座上)等連接方式。 1．機械夾固式 圖2-17(a)是用螺釘或其他機械夾緊方式連接，切削力負荷集中在夾緊螺釘上，易引起珩磨油石破裂，結構不緊湊，但更換珩磨條方便。 2．肢合式 圖2-17(b)是用樹脂漆、賽璐珞及蟲膠等方法膠合連接。膠合牢固可靠。由于油石底面膠層有厚有薄，膠臺后的油石高度不一致，須經(jīng)修整后才能使用。 3．壓制式 圖2-17(c)是用塑料熱模壓制成型。珩磨輕巧省力，既可提高珩磨效率，又能延長油石壽命，比膠合式更經(jīng)濟，適宜在大量生產(chǎn)中使用，一般珩磨頭直徑為12～75 mm。 圖2-17 油石的連接方式 （a)機械夾固式；(b)膠合式