（機(jī)械工程專業(yè)論文）噴嘴電解方式elid磨削的工藝試驗(yàn)及其機(jī)理研究.pdf

噴嘴電解方式e l i d 磨削的工藝試驗(yàn)及其機(jī)理研究 摘要 在線電解修整 e l e c t r o l y t i ci n p r o c e s sd r e s s i n g e l i d 磨削作為高效的鏡面 磨削方法被廣泛應(yīng)用于硬 脆等加工材料的鏡面磨削 本文研究的噴嘴電解結(jié)構(gòu) 的e l i d 磨削方式即無電極e l i d 超精密磨削加工方法 以平面為研究對(duì)象 進(jìn) 行噴嘴電解方式e l i d 磨削的新工藝的試驗(yàn)和基礎(chǔ)理論研究試驗(yàn) 為將來實(shí)現(xiàn)微 細(xì)零件的加工提供技術(shù)基礎(chǔ)和理論支持 為進(jìn)一步擴(kuò)展該方式的應(yīng)用范圍提供依 據(jù) 在進(jìn)行深入分析和總結(jié)噴嘴電解方式e l i d 磨削原理的基礎(chǔ)上 首先對(duì)噴嘴 電解方式e l i d 磨削的噴嘴結(jié)構(gòu) 陽極石墨電刷結(jié)構(gòu)等裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā) 并對(duì) 現(xiàn)有磨床進(jìn)行改裝 建立滿足噴嘴電解方式e l i d 磨削的試驗(yàn)臺(tái) 以及e l i d 專 用電源 e l i d 專用磨削液和金屬結(jié)合劑會(huì)剛石砂輪的選用 同時(shí)運(yùn)用三點(diǎn)平衡 法對(duì)砂輪進(jìn)行平衡 選用不同電源參數(shù)進(jìn)行電火花整形的試驗(yàn)研究 得到砂輪的 圓度誤差在1 2 肛m 以內(nèi) 滿足噴嘴電解方式e l i d 超精密磨削的要求 然后在m g k 7 1 2 0 6 精密平面磨床上安裝噴嘴電解e l i d 磨削系統(tǒng)對(duì)硬質(zhì)合 金材料進(jìn)行了噴嘴電解方式e l i d 磨削試驗(yàn)研究 通過改變電解參數(shù) 得出磨削 力和表面粗糙度的變化規(guī)律 選取加工表面質(zhì)量最優(yōu)的電解參數(shù) 分析了磨削力 比磨削能 表面粗糙度隨磨肖l j 工藝參數(shù)的變化規(guī)律 同時(shí) 相同的磨削參數(shù)下 比較噴嘴電解方式e l i d 磨削和普通磨削的磨削力 比磨削能和表面粗糙度等試 驗(yàn)研究 試驗(yàn)結(jié)果表明 噴嘴電解方式e l i d 磨削能明顯改善工件的表面加工質(zhì) 量 降低磨削力 與普通磨削相比較 能更好的實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金材料的超精密磨削 加工 最后 根據(jù)脆塑轉(zhuǎn)變理論 提出最大未變形切屑厚度 綜合磨削表面形貌分 析 結(jié)合磨削力 比磨削能和表面粗糙度的變化規(guī)律 噴嘴電解方式e l i d 磨削 硬質(zhì)合金材料主要是以滑擦和耕犁的形式被去除 因此 硬質(zhì)合金材料去除機(jī)理 主要為延性去除磨削方式 關(guān)鍵詞 e l i d 磨削 噴嘴電解方式e l i d 磨削 硬質(zhì)合金 工藝試驗(yàn) 去除機(jī)理 h 碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t a sah i 曲e 箍c i e n c yu l t r a p r e c i s i o nm a c h i n j n gt e c h n o l o 戥e l e c 仰l 如ci n p r o c e s s d r e s s i n g e l i d m i 咖r 卵n d i n gi sw i d e l y 印p l i e di nh i 曲a c c l l m c ym a c h i i l i n go f h a r da n d 嘶t t l em a t e r i a l s i nt h i sp a p e r n o z z l e t p ee l i dg r i n d i n gm e t l l o dw 弱d i s c u s s e d e x p e r i m e n t i n v e s t i g a t i o n s v e r ec o n d u c t e d a n d 西n d i i l gm e c h a n i s mw 雒a l s oa i l a l y z e d i tp r o v i d e d t e c l l i l i c a lf o u n d a t i o na u l dt h e o r e t i c a ls u p p o nf o rm em a c h i n i n go fm i c r op a n si nm e 凡t u r e a n da l s op r o v i d e de v i d e n c ef o rt h ee x p a n s i o no f a p p l i c a t i o l is c o p eo fe l i dg r i n d i n g f i r s t l y b a l s e do n 鋤a l 徊n ga i l ds 眥l i i l 撕z i n gt 1 1 ep r i n c i p l eo fn o z z i e 一咖ee l i d 鰣n d i n g m e t h o d t h es t r u c t u r eo fn o z z l ee l e c t r o d e 鋤dt h e 鋤o d eb m s ho fe l i ds y s t e mw e r ed e v e l o p e d t oe s t a b l i s ht h ee x p e r i m e n t a lt a b l ef o rn o z z l e t p ee l i d 酣n d i n g t l l ee x i s t i n g 舒n d i n g m a c h i n e a si m p r o v e d 1 1 1 es p e c i a lp o w e rs u p p l ya n d 鰣n d i n gn u i do fe l i d 酣n d i n ga n d m e t a lb o n dd i a m o n d v h e e lw e r eu s e d b e f o r et h ee x p e r i m e n t s t h ew h e e lw a sb a l a i l c e db y m r e e p o i n tb a l a n c e m e t h o da i l d e l e c 價(jià)d d i s c h a 曙e t m e d b yc h o o s i n g d i a e r e n t p o w e r p a r 鋤e t e r st om e e tt h er e q u i r e m e n t so fn o z z l e t y p ee l i dg r i n d i n g t h er o u n d i l e s se r r o ro f t h eg r i n d i n g h e e lr e a c h e dl e s st h a nl 2 i r n 7 n l e n t h r e ek i n d so fc e m e n t e dc a r b i d e sw e r es e l e c t e da sw o r k p i e c em a t 嘶a l s 鋤dn l e e x p e r i m e n t s e r ec o n d u c t e db yu s i n gn o z z l e t r p e e l i dg r i n d i n gs y s t e mi n s t a l l e do n m g k 712 0 6 p r e c i s i o ns u 而c e 鰣n d e r b yc h a n g i n g 也ep a r a l n e t e r so fp o w e rs u p p l ya i l d 鰣n d i n gp r o c e s s t h ev 撕a t i o no f t h eg r i n d i n gf o r c e s p e c i f i c 鰣n d i n ge n e 唱y 鋤d 洲耐沁e r o u g h n e s sw e r ea i l m y z e d 柚d t h ee l e c n o l i cp a r a m e t e r sa c h i e v i n gb e s ts u r f a c eq u a l 時(shí) r e o b t a i n e d m e a i l v h i l e u n d e rt h es a m e 酣n d i n gp a r 鋤e t e r s n l e 鰣n d i n gf o r c e s p e c i f i c 鰣n d i n ge n e r g y 鋤ds u r 矗l c er o u g l l i l e s so fn o z z l e t y p ee l i d 鰣n d i n g 鋤do r d i n a r yg r i i l d i n g w e r ec o m p a r e d t h er e s u l t ss h o v e dt l l a tn o z z l e t y p ee l i d 酣n d i n gc a l ls i g n i f i c a l l t l yi m p r 0 v e t l l es u r f a c eq u a l i t ro ft l l ew o r k p i e c e 觚dr e d u c et 1 1 e 鰣n d i n gf o r c e s o n o z z l e t r p ee l i d 鰣n d i n gc 觚r e a l i z et h eh i 曲q u a l i t y 鰣n d i n gf o rc e m e n t e dc a r b i d e s f i n a j l y a c c o r d i n gt ob r i t t l e d u c t i l e 觚l s i t i o nt h e 0 t 量l em a i m 啪u n d e f o 咖e dc h i p t h i c k n e s so fc e m e n t e dc a r b i d e sw 弱o b t a i n e d c o m b i n e d 謝t l ls u r 白c et o p o g r a p h yo f w o r k p i e c ea i l dt h ev 撕a t i o nm l e so f 鰣n d i n gf o r c e s p e c i f i c 鰣n d i n ge n e 唱y 鋤ds u r f a c e r o u g h n e s s c e m e n t e dc a f b i d e sw e r em a i n l yr e m o v e db y s l i d i n g鋤dp l o w i n gi n t l l e n o z z l e t y p ee l i d 鰣n d i n g t l l e r e f o r e t h er e m o v a lw a yo fc e m e n t e dc a r b i d e si nn o z z l e t y p e e l i d 鰣n d i n g w a sm a i n l yd u c t i l er e m o v a lm o d e 1 噴嘴電解方式e l i d 磨削的工藝試驗(yàn)及其機(jī)理研究 k e yw o r d s e l i d 面n d i n g n o z z l e t y p ee l i dg 血d i n g c e m e n t e dc a r b i d e s p r o c e s s e x p e r i m e n t r e m o v a lm e c h a m s m 噴嘴電解方式e l l d 磨削的工藝試驗(yàn)及其機(jī)理研究 圖1 1 圖1 2 圖1 3 圖1 4 圖1 5 圖2 1 圖2 2 圖2 3 圖2 4 圖2 5 圖2 6 圖2 7 圖2 8 圖2 9 圖2 1 0 圖2 1 1 圖2 1 2 圖2 1 3 圖2 1 4 圖2 1 5 圖3 1 圖3 2 圖3 3 圖3 4 圖3 5 圖3 6 圖3 7 圖3 8 圖3 9 圖3 1 0 圖3 1 l 插圖索引 平面磨削e l i d 基本原理的裝置示意圖 2 e l i d 鏡面磨削基本原理過程示意圖 3 e l i d 磨削去除材料機(jī)理示意圖 3 e l i d 鏡面磨削的應(yīng)用 5 間歇e l i d 鏡面磨削示意圖 6 噴嘴電解方式e l i d 磨削示意圖 9 噴嘴電解方式e l l d 磨削化學(xué)反應(yīng)的原理圖 1 0 電極材料 形狀及磨削前后對(duì)比 1 0 m g k 7 12 0 x 6 精密平面磨床 13 噴嘴電解電極結(jié)構(gòu)示意圖 1 5 噴嘴電解電極結(jié)構(gòu)裝置圖 1 5 e l i d 陽極電刷結(jié)構(gòu)示意圖 1 5 e l i d 陽極電刷裝置圖 15 改裝噴嘴電極后的磨床裝置圖 1 6 e l i d 專用脈沖直流電源 17 粒度號(hào)為3 2 5 j 6 和4 0 0 0 拌的鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪 18 e l i d 專用電解磨削液 2 0 試驗(yàn)用t 8 0 0 0 型粗糙度儀 2 0 用于表面 亞表面觀察的s e m 2 l 原子力顯微鏡 2 l 平衡架 2 4 平衡心軸 2 4 扇形平衡塊 2 4 平衡架調(diào)整 2 4 砂輪三點(diǎn)平衡法原理 一2 5 砂輪的靜平衡 2 5 砂輪的靜態(tài)平衡調(diào)整 2 5 電火花整形裝置示意圖 2 7 電火花放電凹坑 2 7 電火花整形試驗(yàn) 3 0 整形前砂輪的圓度誤差 3 0 碩十學(xué)位論文 圖3 1 2 圖3 1 3 圖3 1 4 圖3 1 5 圖4 1 圖4 2 圖4 3 圖4 4 圖4 5 圖4 6 圖4 7 圖4 8 圖4 9 圖4 1 0 圖4 11 圖4 1 2 圖4 1 3 圖4 1 4 圖4 1 5 圖4 1 6 圖4 1 7 圖4 1 8 圖4 1 9 圖4 2 0 圖4 2 l 圖4 2 2 圖4 2 3 圖5 1 圖5 2 圖5 3 圖5 4 圖5 5 圖5 6 圖5 7 圖5 8 電火花放電電流 電壓隨時(shí)間的變化曲線 3 1 電火花粗整形后的砂輪外圓誤差 3 l 半精整形后砂輪的外圓圓度誤差 3 2 精整形后砂輪的外圓圓度誤差 3 2 y g 8 的能譜分析 3 6 動(dòng)態(tài)磨削刃與平均切削橫截面對(duì)接觸長(zhǎng)度的影響 3 7 d a s y l a b 軟件磨削力信號(hào)圖 3 8 m a t l a b 數(shù)據(jù)處理結(jié)果圖 3 9 試驗(yàn)用磨削力測(cè)力儀 4 0 磨削力測(cè)量系統(tǒng)示意圖 4 0 磨削過程中的磨削力示意圖 4 0 輸出電壓對(duì)法向磨削力的影響 4 2 脈沖電流頻率對(duì)法向磨削力的影響 4 2 脈沖電流占空比對(duì)法向磨削力的影響 4 2 預(yù)電解過程中電解電流與電解時(shí)間的關(guān)系 4 3 鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪電解生成氧化膜 4 4 砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)磨肖u 力的影響 4 5 工作臺(tái)進(jìn)給速度對(duì)磨削力的影響 4 6 磨削深度對(duì)磨削力的影響 4 6 連續(xù)進(jìn)給磨削深度對(duì)磨削力的影響 4 7 砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)磨削力的比較 4 8 工作臺(tái)進(jìn)給速度對(duì)磨削力的比較 4 8 磨削深度對(duì)磨削力的比較 4 9 連續(xù)進(jìn)給磨削深度對(duì)磨削力的比較 5 0 砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)比磨削能的影響 5 l 工作臺(tái)進(jìn)給速度對(duì)比磨肖0 能的影響 5 l 磨削深度對(duì)比磨削能的影響 5 2 單顆粒磨削機(jī)理圖 5 5 最大未變形切屑厚度 5 6 磨削表面測(cè)量的表面粗糙度 5 8 電解電壓對(duì)表面粗糙度的影響 5 8 脈沖電流頻率對(duì)表面粗糙度的影響 5 8 脈沖電流占空比對(duì)表面粗糙度的影響 5 9 噴嘴電解方式e l i d 磨削與普通磨削的表面粗糙度的對(duì)比 5 9 粗顆粒y g l5 磨削表面a f m 圖 6 0 噴嘴電解方式e l l d 膊削的工藝試驗(yàn)及其機(jī)理研究 圖5 9中顆粒y g 8 磨削表面a f m 圖 6 1 圖5 1 0 細(xì)顆粒y g 3 磨削表面a f m 圖 6 2 圖5 1 1粗顆粒y g l 5 磨削表面s e m 圖 6 3 圖5 1 2中顆粒y g 8 磨削表面s e m 圖 6 4 圖5 1 3細(xì)顆粒y g 3 磨削表面s e m 圖 6 5 圖5 1 4 y g l 5 的普通磨削與噴嘴電解方式e l i d 磨削的s e m 圖 6 5 x 碩士學(xué)位論文 插表索引 表2 1杭州m g k 7 1 2 0 高精密平面磨床性能參數(shù) 1 3 表2 2e l i d 專用脈沖直流電源主要參數(shù) 1 7 表3 1砂輪孔與法蘭盤配合間隙 2 4 表3 2電火花整形的試驗(yàn)條件 2 9 表3 3電火花整形的參數(shù)條件 2 9 表4 1鎢鈷類硬質(zhì)合金的部分牌號(hào) 化學(xué)成分及性能 3 6 表4 2噴嘴電解方式e l l d 磨削的電解參數(shù)試驗(yàn)條件 4 l 表4 3電解參數(shù)對(duì)e l i d 磨削過程影響實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇方案 4 1 表4 4噴嘴電解方式e l i d 磨削的工藝參數(shù)試驗(yàn)條件 4 4 表4 5 磨削參數(shù)對(duì)e l i d 磨削過程影響實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇方案 4 4 表5 1噴嘴電解方式e l i d 磨削后表面測(cè)量試驗(yàn)條件 一5 7 x i 碩士學(xué)位論文 1 1 引言 第一章緒論 近二十來年 在現(xiàn)代制造技術(shù)的領(lǐng)域中 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)產(chǎn)品 的各種性能要求越來越高 超精密加工技術(shù)的研究和開發(fā)以前所未有的速度向前 發(fā)展 超精密加工技術(shù)已成為現(xiàn)代加工領(lǐng)域重要的組成部分 在光學(xué)工程 通訊 工程 國(guó)防 航空航天 計(jì)量檢測(cè) 生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 納 米級(jí)加工技術(shù)的時(shí)代也即將到來 超精密加工技術(shù)是2 l 世紀(jì)被公認(rèn)的前沿技術(shù) 對(duì)國(guó)防 航空航天 核能及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各高新技術(shù)領(lǐng)域的精密零件制造具有重要的 影響 是體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家制造技術(shù)水平的高低和參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的標(biāo)志 受 到各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的重視 如美國(guó) 日本及歐洲國(guó)家已經(jīng)在超精密技術(shù)的研究和 開發(fā)取得了不少進(jìn)展和成果 我國(guó)也在相關(guān)方面取得了一些進(jìn)展 超精密加工方法廣泛的應(yīng)用于各種形成超精密表面 如磨料加工法 金剛石切 削 超精密磨削 超精密研磨拋光等 物理加工 電火花加工 等離子加工 電 子束加工 激光加工 原子束加工 微波加工 超聲波加工 噴射加工等 化 學(xué)加工 化學(xué)能加工 光刻加工 精密電解 電解加工等 隨著超精密加工 技術(shù)的發(fā)展 各種加工方法的加工范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大 另一方面 微電子學(xué) 光學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)等尖端技術(shù)的發(fā)展 促進(jìn)了工程陶瓷 硬質(zhì)合金 光學(xué)玻璃 玻 璃陶瓷 單晶硅等高硬度 高脆性材料的應(yīng)用 從而促進(jìn)低成本高效率的超精密 加工技術(shù)的研究工作 特別是隨著砂輪精密休整技術(shù)的解決及超微細(xì)粒度砂輪的 使用 超精密鏡面磨削逐漸受到了人們的重視 引起了各國(guó)專家學(xué)者空前的研究 熱潮 超精密鏡面磨削技術(shù)是借助高性能的機(jī)床 良好的工具技術(shù) 砂輪 完 善的輔助技術(shù)和穩(wěn)定的環(huán)境條件 控制加工精度在0 1 p m 級(jí)以下 表面粗糙度 r a o 0 4 u m 甚至r a 0 o l l m 的磨削方法1 2 3 1 與其他的超精密加工方法相比 它 能夠加工非金屬硬脆材料和淬硬黑色金屬材料 而且能得到更高的表面質(zhì)量 與 超精密研磨等光整加工方法相比 它能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的形狀創(chuàng)成 而且可以實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)化與在線測(cè)量 因此對(duì)于各種硬脆材料的超精密表面 超精密鏡面磨削技術(shù) 是最有效的途徑 而且 隨著超精密鏡面磨削工藝的發(fā)展 在很多領(lǐng)域 將能夠 取代傳統(tǒng)的研磨拋光1 4 其中近十多年在國(guó)際上最為引人注目的鏡面磨削技術(shù)就 是在線電解修整砂輪 e l e c t r o l y t i cl n p r o c e s sd r e s s i n g e l i d 鏡面磨削技術(shù) e l i d 鏡面磨削技術(shù)將砂輪修整與磨削過程結(jié)合在一起 使用金屬基砂輪進(jìn)行磨 削加工的同時(shí)利用電解方法對(duì)砂輪進(jìn)行修整 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬脆材料的連續(xù)超精密 鏡面磨削 噴嘴電解方式e l j d 磨削的t 藝試驗(yàn)及 機(jī)理研究 1 2e l i d 磨削技術(shù)原理及發(fā)展概況 1 2 1e l i d 磨削技術(shù)原理 el i d 磨削加工原理如圖1 1 所示 4 電源正極通過電刷連接到導(dǎo)電砂輪的中 心 減少電刷的磨損 而電源的負(fù)極安裝到砂輪表面對(duì)應(yīng)的位置 砂輪與負(fù)極 的陽j 隙調(diào)整在0 1m m o 3 m m 從噴嘴巾噴出具有電解功能的磨削液充滿在j 下負(fù)極 f 1 j 隙之間 在直流脈沖電源的作用下 使整個(gè)系統(tǒng)保持電解的狀態(tài) 電解砂輪表 面的結(jié)合劑使其溶解 有效而自動(dòng)去除結(jié)合劑 露出掩埋的磨粒 而且這種修整 持續(xù)進(jìn)行 保證了在加工過程中砂輪始終有突出的磨粒而維持砂輪的鋒利狀態(tài) 從而使工件表面能有效地達(dá)到鏡表面 圖1 1平面屠削el i d 基本原理的裝置示意圖 電解修銳過程中 砂輪正極在氧化溶解的作用下 金屬結(jié)合劑電離溶解 使 得砂輪表而的磨粒突出同時(shí)生成一層致密而絕緣的氧化膜 能減緩砂輪的過度電 解 降低電解速度 防止砂輪磨損過快 其基本原理過程如圖1 2 所示 4j 隨著 磨削加工的進(jìn)行 表面的磨粒因磨損而脫落 出刃高度降低 同時(shí)生成的氧化膜 也被工件摩擦而變薄 此時(shí)砂輪的電解又恢復(fù) 金屬結(jié)合劑的電解過程加快 繼 續(xù)開始砂輪表面的電解過程 磨粒的出刃高度增加 氧化膜又開始增厚 如此循 環(huán) 利用這種非線性電解作用 可以使砂輪的修銳過程對(duì)磨削過程有一定的自適 應(yīng)能力 砂輪表面金屬結(jié)合劑的去除速度與磨料消耗的速度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 從而 保持砂輪有穩(wěn)定的出刃高度l j j 普通鏡面加工是通過磨 研和拋光來獲得的 而e l i d 磨削 一方面由于磨 粒固著在結(jié)合劑中 對(duì)于單顆的固著磨粒而言 其有效磨削尺寸只有磨粒尺寸的 1 3 磨粒主要以微切削的方式去除材料 所以造成的破碎區(qū)要小得多 另一方面 砂輪表面形成具有一定厚度和彈性且容納有脫落磨料的鈍化膜 成為一種良好的 柔性研磨膜 精磨時(shí) 由于進(jìn)給量很小 鈍化膜的厚度遠(yuǎn)大于磨料的出刃高度 使砂輪基體表層磨料在磨削中不可能直接與工件接觸 砂輪上覆蓋的鈍化膜將代 將金屬基砂輪參與磨削過程 當(dāng)電解作用完全抑制時(shí) 鈍化膜對(duì)工件進(jìn)行光磨 碩士學(xué)位論文 因此 e l i d 磨削實(shí)際上是一種將磨 研 拋合為一體的復(fù)合式精密鏡面加工技 術(shù) 其中磨粒主要是以滑動(dòng)方式去除工件材料 如圖1 3 所示 5 1 藹潮 卜 圓圓囪國(guó) j y 輪修整枷勁2 撇氧化膜o 1 國(guó)內(nèi)內(nèi)內(nèi) j 圓圓國(guó)國(guó) 4 恢復(fù)l 乜解并保持穩(wěn)定 刃t 筒度3 el l d 磨削 l 化膜脫落 圖1 2e l i d 鏡面磨削基本原理過程示意圖 脫 氧 金屬缶 圖1 3e l i d 屠削去除材料機(jī)理示意圖 1 2 2e l i d 磨削技術(shù)發(fā)展概況 隨著硬脆材料日益廣泛的應(yīng)用 磨削加工在整個(gè)機(jī)械加工領(lǐng)域己日趨重要 但由于材料的高強(qiáng)度 高硬度和高脆性 采用傳統(tǒng)磨削工藝對(duì)這些材料進(jìn)行加工 時(shí)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(yīng)力集中 加工質(zhì)量惡化 難以滿 足高精度 高效率的加工要求 6 j 上世紀(jì)8 0 年代日本東京大學(xué)的中川威雄教授1 7 1 為了克服樹脂基砂輪加工方式的缺點(diǎn) 考慮采用金屬基金剛石砂輪 發(fā)明了鑄鐵 基金屬結(jié)合劑的金剛石砂輪 在此基礎(chǔ)上 日本國(guó)立理化學(xué)研究所素型材研究室 主任研究員大森整博士1 4 j 在1 9 8 7 年發(fā)明了金屬基金剛石砂輪在線電解修整 e l i d 技術(shù) 同時(shí) 開發(fā)了在線電解砂輪的 e l e c t r o l y t i ci n p r o c e s sd r e s s i n g e l l d 鏡面磨削技術(shù) 自從該鏡面磨削技術(shù)開展以來 拓寬了納米鏡面磨削加工的新途 徑 在世界范圍內(nèi)備受關(guān)注 上世紀(jì)9 0 年代 在日本成立了 e l i d 磨削研究會(huì) 并出版了學(xué)術(shù)期刊 e l i d 研削研究會(huì)報(bào) e l i d 磨削高層研討會(huì)始于1 9 9 1 年 噴嘴電解方式e l i d 磨削的工藝試驗(yàn)及其機(jī)理研究 在日本國(guó)內(nèi)已經(jīng)召開了5 0 次 許多國(guó)家和地區(qū)的學(xué)者對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究 并取得了一些成 果 大森整等1 3 l o l 從提出e l i d 方法開始 對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了深入的研究 對(duì)表面 形成機(jī)理進(jìn)行了磨削試驗(yàn)研究 開發(fā)了e l i d 專用電源 e l i d 專用磨削液 同時(shí) 針對(duì)硬難加工脆硬材料 單晶硅 碳化硅 碳化鎢 碳化鈦等 的高品位e l i d 鏡 面磨削加工 提出了硬脆材料在延性方式下的磨削理論 系統(tǒng)地討論了各種磨削 工藝參數(shù)對(duì)加工性能的影響 現(xiàn)在該方法己成功地應(yīng)用于平面反射鏡 球面 非 球面透鏡及其模具的納米精度級(jí)加工 并開發(fā)了e l i d 納米級(jí)磨床 l l o3 1 j a m e sc m l i 等 1 4 就e l i d 磨削過程中陽極金屬的去除率分別進(jìn)行了二維和三維模型的 分析研究 r i c h a r dj b o l a n d j 在e l i d 磨削過程的計(jì)算機(jī)控制與監(jiān)控方面進(jìn)行了 探索 此外 美 德 法 韓等一些國(guó)家在e l i d 鏡面磨削技術(shù)進(jìn)行了一些深入 的研究 在完善e l i d 磨削技術(shù)的同時(shí) 富士公司采用e l i d 磨削技術(shù)加工鏡頭 鍍膜后直接用在光學(xué)透鏡 幻燈產(chǎn)品上 真正實(shí)現(xiàn)了光學(xué)鏡頭加工以磨代研 代 拋的工藝革命l 引 盡管e l i d 磨削技術(shù)引入我國(guó)比較晚 但隨著我國(guó)和日本的交流和聯(lián)系日益 緊密 該技術(shù)在最近十來年也取得了一些進(jìn)展 哈爾濱工業(yè)大學(xué)最早引進(jìn)e l i d 技術(shù) 袁哲俊 張飛虎 關(guān)佳亮等人在e l i d 精密 超精密鏡面磨削 專用磨削 液 專用電源 e l i d 鏡面磨削中砂輪耐用度 鑄鐵砂輪e l i d 鏡面磨削中電解氧 化膜的作用機(jī)理以及氧化鋁陶瓷和石榴石鐵氧體等材料的e l i d 磨削等方面進(jìn)行 了理論與試驗(yàn)研究 成功研制了e l i d 磨削專用的脈沖電源 磨削液和砂輪 l 扣2 3 天津大學(xué)的徐燕申 張春河等在e l i d 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(jìn)行了試驗(yàn)研究 2 4 2 引 湖南大學(xué)把e l i d 應(yīng)用在高速磨削技術(shù) 中 對(duì)各種工藝參數(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了對(duì)陶瓷材料的高效磨削加工 得到了良好的效果 2 6 2 7 1 湖南大學(xué)教授尹韶輝把e l i d 鏡面磨削技術(shù)引入微細(xì)制造的領(lǐng)域 加工微 小零件如幾個(gè)毫米的光學(xué)透鏡以及相應(yīng)的透鏡模具 擴(kuò)展了el i d 技術(shù)的應(yīng)用前 景1 2 8 3 l 第一屆國(guó)際e l i d 磨削會(huì)議于2 0 0 8 年6 月1 2 13 日在湖南大學(xué)召開 由湖南大學(xué) 中國(guó)生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)和f i 本國(guó)立理化學(xué)研究所聯(lián)合舉辦 聚集全球最 知名的e l i d 磨削領(lǐng)域的3 0 多名海外專家和3 0 多名國(guó)內(nèi)專家 此次e l i d 磨削 會(huì)議促進(jìn)全球e l i d 鏡面磨削技術(shù)的學(xué)術(shù)交流和合作 提供研討e l i d 鏡面磨肖i j 技術(shù)的平臺(tái) 會(huì)議主要討論了 e l i d 磨削工藝 e l i d 磨削設(shè)備 e l i d 磨削監(jiān) 測(cè) e l i d 磨削應(yīng)用 用于微細(xì)加工的e l i d 磨削以及機(jī)理分析 超精密加工技術(shù) 等 西安工業(yè)大學(xué)朱育權(quán)等對(duì)砂輪表面氧化膜形成行為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究及其形成過 程的建模和仿真1 32 3 3 j 以及其他一些學(xué)者對(duì)鑄鐵結(jié)合劑微粉金剛石砂輪和青銅結(jié) 合劑金剛石砂輪的在線電解修整進(jìn)行了試驗(yàn)研究 3 4 37 這些研究成果促進(jìn)了 e l i d 技術(shù)的推廣應(yīng)用 目前 國(guó)內(nèi)已有十幾家單位應(yīng)用該技術(shù) 如2 3 0 廠用于 4 碩士學(xué)位論文 加工動(dòng)壓馬達(dá)零件 2 3 所用于單元陶瓷 微晶玻璃 鐵氧體等航天材料零件加工 8 3 5 8 廠和2 0 5 所用于光學(xué)玻璃非球曲面加工 華僑大學(xué)用于大理石加工等1 5 1 1 2 3e l i d 磨削技術(shù)的應(yīng)用 e l i d 鏡面磨削已經(jīng)廣泛應(yīng)用在平面 外圓和內(nèi)孔的加工 如圖1 4 所示 2 7 一些學(xué)者針對(duì)單晶硅 s i c z e r o d u r 玻璃陶瓷 藍(lán)寶石 花崗巖 氧化鋯等各種 難加工材料進(jìn)行e l i d 鏡面磨削 粥 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明 e l i d 磨削加工過程穩(wěn)定 性好 效率高 加工精度高 表面裂紋少 表面質(zhì)量好 砂輪不會(huì)過快磨耗 提 高了貴重磨料的利用率 不僅大大節(jié)約加工時(shí)間 提高了加工效率 并且更能獲 得幾十個(gè)納米甚至幾個(gè)納米的表面精度和良好的形狀精度p v 值 由于e l i d 鏡 面磨削的在線電解作用 能及時(shí)產(chǎn)生適應(yīng)砂輪磨損的修整量 消除砂輪的堵塞和 容屑空間減少的現(xiàn)象 使在長(zhǎng)時(shí)間的磨削過程中砂輪一直保持良好的鋒利切削性 能 電解作用使得鑲嵌在結(jié)合劑中的磨粒 保持穩(wěn)定的突出量 另外 在砂輪表 面形成的氧化膜可對(duì)工件的表面進(jìn)行復(fù)合拋光作用 進(jìn)一步減少了工件的表面粗 糙度 匿 1 一 翟 j 鏟l o l 一 耳蕊 卜 心 o 書 7 一 噴嘴2 緊同螺柱3 陰極4 砂輪罩5 砂輪6 工件7 陽極電刷8 絕緣板 a 平面盾削b 外圓屠肖qc 內(nèi)圓磨削 圖1 4e l l d 鏡面磨削的應(yīng)用 另一種問歇式修整砂輪鏡面磨削的原理 如圖1 5 所示i l 引 在加工之前 砂 輪軸移到e l i d 電解修整區(qū)域 使電解砂輪生成一層氧化膜并保持一定的出刃高 度 電解修整之后 不再在加工走刀途中進(jìn)行電解 當(dāng)砂輪的出刃高度下降而變 得不鋒利 磨削效率下降時(shí) 將砂輪軸移到e l i d 電解修整區(qū)域電解修整 持續(xù) 電解2 3 m i n 再進(jìn)行加工 因此電解修整和磨削加工交替反復(fù)進(jìn)行 最終實(shí)現(xiàn)鏡 面加工的要求 這種間隙式e l i d 鏡面磨削方式廣泛應(yīng)用在小砂輪而且間隙很小 不利于安裝負(fù)極裝置的情況 j u nq i a n l 4 2 j 等利用c i b c b n 砂輪綜合e d t 修整和 間歇式e l i d 鏡面加工技術(shù) 針對(duì)不同的硬淬材料如w c a l 2 0 3 軸承鋼等進(jìn)行 加工試驗(yàn) 討論了電極形狀 磨粒大小 旋轉(zhuǎn)速度 材料等加工因素對(duì)表面質(zhì)量 的變化趨勢(shì) 噴嘴電解萬 e l l d 磨削的工藝試驗(yàn)及 機(jī)理矽f 究 a 解 極 l 源 圖1 5間歇式e l l d 鏡面磨削示意圖 1 3 課題來源及研究意義 1 3 1 課題來源 本課題來源于湖南大學(xué) 國(guó)家高效麼削工程技術(shù)研究中心所承擔(dān)的國(guó)家自然 科學(xué)肇金資助項(xiàng)目 微細(xì)透鏡及模具的尢電極el i d 斜軸磨削一i 藝的理論及試驗(yàn) 研究 n o 5 0 6 7 5 0 6 4 奉項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出 種無電極在線電解修整和修銳 微細(xì)砂輪的方法 并綜合微細(xì)斜軸磨削技術(shù)和el i d 鏡面磨削技術(shù) 以口徑在幾 毫米以下的超精密微細(xì)透鏡及其微細(xì)模具中的各種微小球而 微小非球面 微細(xì) 溝槽加工為主要對(duì)象 對(duì)各種微細(xì)形狀的納米級(jí)精度的微細(xì)磨削進(jìn)行深入和系統(tǒng) 的研究 通過采用所提出噴嘴電解方式e l i d 斜軸磨削技術(shù) 利用微細(xì)砂輪來進(jìn) 行納米精度級(jí)的加 達(dá)到亞微米級(jí)的形狀精度和納米精度級(jí)的表面粗糙度的要 求 為微細(xì)形狀的納米磨削技術(shù)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ) 并進(jìn)一步推動(dòng)微細(xì) 超精密 納米級(jí)精度的機(jī)械加工技術(shù)的機(jī)理研究 1 3 2 研究意義 該課題中所述的微細(xì)形狀 主要指各種微小球面 微小非球面 微細(xì)溝槽和 微小平面等 所探討的主要問題是 如何利用微細(xì)工具 砂輪 來進(jìn)行超精密納 米精度級(jí)的加工 達(dá)到亞微米級(jí)的形狀精度 納米精度級(jí)的表面光潔度的鏡面要 求 該課題研究的學(xué)術(shù)意義在于 所提出的微細(xì)磨削加工新工藝 涉及超精密加 工學(xué) 微細(xì)加工學(xué) 超精密數(shù)控 超精密測(cè)量 微細(xì)電解加工 微細(xì)放電加工 微細(xì)特種加工 微觀材料學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域 面臨許多課題 涉及許多關(guān)鍵技術(shù) 當(dāng) 工件的特征尺寸達(dá)到微米和納米級(jí)別時(shí) 將會(huì)產(chǎn)生許多新的科學(xué)問題 例如隨著 尺寸的減少 表面積與體積之比將會(huì)大幅增加 表面力學(xué) 表面物理效應(yīng)將起主 導(dǎo)作用 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析方法將不再適用 微摩擦學(xué) 微熱力學(xué) 微振動(dòng)學(xué)等 問題在微磨削中將至關(guān)重要 微細(xì)加工技術(shù)隨著加工尺寸的微小化 其加工機(jī)理 必然發(fā)生很多變化 其材料表面化學(xué)特性分析 加工面表面化學(xué)特性 亞微觀表 碩士學(xué)位論文 面的缺陷表征等許多微細(xì)磨削工藝過程的諸多機(jī)理問題都是學(xué)術(shù)界未能解決的 共性問題 通過本課題的研究 可以帶動(dòng)相關(guān)學(xué)科 技術(shù)的研究發(fā)展 為微細(xì)納 米精度級(jí)磨削技術(shù)的發(fā)展奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ) 并進(jìn)一步推動(dòng)關(guān)于微細(xì)機(jī)械加工 的機(jī)理研究的發(fā)展 微細(xì)形狀納米精度級(jí)磨削加工 其工程應(yīng)用效果亦將不可估量 一個(gè)典型的 應(yīng)用是光電產(chǎn)業(yè)中的微小球面 非球面透鏡及其具有微細(xì)構(gòu)造的超精密模具的加 工和制造 隨著信息技術(shù)的發(fā)展 通訊產(chǎn)業(yè)中各種便攜式光電產(chǎn)品 手機(jī) 數(shù)字 相機(jī) 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等 的微小透鏡市場(chǎng)將日益擴(kuò)大 對(duì)這些產(chǎn)品的制造要求亦日 趨高精度化 高效率化 目前 這類微小透鏡的制造 主要使用借助模具進(jìn)行玻 璃熱壓成型和光學(xué)塑料注射成型兩種方法 如何實(shí)現(xiàn)成型加工所用微細(xì)模具的高 精度化 高形狀精度 高鏡面 超微細(xì) 高效率化的加工和制造 一直是困擾 業(yè)界的難題 微小透鏡和微細(xì)磨具的制造 如10 m m 口徑以下 目前國(guó)內(nèi)由于 缺乏高精度的加工設(shè)備和先進(jìn)的制造方法 這類透鏡模具還尚不能自主制造 主 要依賴于進(jìn)口 此外 在微機(jī)電系統(tǒng)中 微機(jī)構(gòu) 微傳感器 微型執(zhí)行器 微光 學(xué)產(chǎn)品 微機(jī)械零件的加工和制造方面 微細(xì)形狀納米磨削技術(shù)亦將具有極其廣 泛的應(yīng)用前景 利用e l i d 鏡面磨肖0 技術(shù)加工微細(xì)硬脆性材料零件如微小透鏡和微細(xì)透鏡模 具 砂輪的直徑尺寸有可能達(dá)到3 5 m m 在這種情況下安裝普通的e l i d 電極裝 置 但由于砂輪和工件的尺寸太小 電極正極與電刷不易接觸 同時(shí)負(fù)極沒有放 置的空間 這也就意味著安裝這樣的電極就變得很困難 從而導(dǎo)致尺寸小而限制 了e l i d 的應(yīng)用 因此考慮通過一種特殊的噴嘴電解方式e l i d 磨削 在噴嘴上 固定兩塊銅板 分別接電源的正負(fù)極 保持一個(gè)電解通路 使得電解在噴嘴的前 端進(jìn)行 這樣磨削液電解產(chǎn)生o h 離子 再噴射在砂輪的表面 和砂輪表面結(jié)合 劑生成氧化膜 從而實(shí)現(xiàn)砂輪的在線修整 本文作為基礎(chǔ)試驗(yàn)探討 以平面作為試驗(yàn)對(duì)象 應(yīng)用噴嘴電解方式e l i d 磨 削技術(shù)的試驗(yàn)裝置 進(jìn)行各種工藝試驗(yàn) 研究其基礎(chǔ)特性 如磨削力 比磨削能 表面粗糙度 表面微觀性能的分析 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的各種性能進(jìn)行分析 通過改變 工藝參數(shù)的組合尋找一種理想的電解工藝參數(shù)和磨削參數(shù) 以實(shí)現(xiàn)對(duì)微細(xì)形狀納 米磨削加工 1 4 研究?jī)?nèi)容 傳統(tǒng)的e l i d 磨削的基本原理是 砂輪通過接電電刷與電源的j f 極相接 安 裝在機(jī)床上的修整電極與電源的負(fù)極相接 砂輪和電極之間澆注電解液 這樣 電源 砂輪 電極以及砂輪和電極之間的電解液形成一個(gè)完整的電化學(xué)系統(tǒng) 采 用各種波形的脈沖電源對(duì)砂輪和電極之間提供脈沖電流 從而實(shí)現(xiàn)砂輪的電解 7 噴嘴電解方式e l i d 磨削的工藝試驗(yàn)及其機(jī)理研究 使其金屬基溶解 保證磨粒在砂輪表面的突出 從而能夠在線對(duì)砂輪進(jìn)行修銳 使微米級(jí)甚至納米級(jí)粒徑磨粒的應(yīng)用成為可能 e l i d 的研究主要集中在利用傳 統(tǒng)的e l i d 磨削方式對(duì)各種常規(guī)尺度的各類材料進(jìn)行磨削加工 然而基于微細(xì)形 狀創(chuàng)成的微細(xì)超精密磨削寥寥無幾 在加工微小工件時(shí) 沒有設(shè)置電極的空間 只能采用間隙式的e l i d 磨削加工 即加工前對(duì)砂輪進(jìn)行修形和e l i d 修銳 然 后進(jìn)行無電解的傳統(tǒng)的磨削加工 在砂輪變鈍后 再對(duì)砂輪進(jìn)行修形和e l i d 修 銳 如此反復(fù) 由于不能實(shí)現(xiàn)砂輪的在線修銳 因此砂輪的表面狀態(tài)難以控制 從而導(dǎo)致工件加工表面的形狀精度和表面質(zhì)量 亞表面的缺陷難以控制 因此 如何實(shí)現(xiàn)在微小空間內(nèi)的砂輪的在線修整 成為一個(gè)突出的問題 本文提出了一種針對(duì)微細(xì)工件的噴嘴電解方式e l i d 超精密磨削加工方法 以平面為研究對(duì)象 進(jìn)行噴嘴電解方式e l i d 磨削方式的新的工藝的實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ) 理論研究實(shí)驗(yàn) 為將來實(shí)現(xiàn)微細(xì)工件的加工提供技術(shù)基礎(chǔ)和理論支持 主要研究 目標(biāo)包括以下幾個(gè)方面 1 介紹了噴嘴電解方式e l i d 磨削原理及特點(diǎn) 并從電化學(xué)反應(yīng)的原理對(duì) 氧化膜的形成機(jī)理進(jìn)行研究 2 針對(duì)噴嘴電解方式e l i d 磨削 對(duì)現(xiàn)有的磨床進(jìn)行改裝 設(shè)計(jì)了噴嘴式 電解電極結(jié)構(gòu)和噴嘴電解方式e l i d 磨削的陽極電刷結(jié)構(gòu) 同時(shí)選用噴嘴電解方 式e l i d 磨削的專用電源 鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪 專用磨削液等 3 為使磨削加工能穩(wěn)定地達(dá)到高要求的尺寸精度及表面粗糙度 對(duì)金屬 結(jié)合劑砂輪進(jìn)行平衡和電火花整形試驗(yàn) 4 對(duì)硬質(zhì)合金材料進(jìn)行噴嘴電解方式e l i d 磨削 分析了電解參數(shù) 電解 電壓 脈沖電流頻率 脈沖電流占空比 和磨削參數(shù)對(duì)磨削力和比磨削能的變化規(guī) 律 以及進(jìn)行了噴嘴電解方式e l i d 磨削和普通磨削的對(duì)比試驗(yàn) 5 通過硬質(zhì)合金的噴嘴電解方式e l i d 磨削后的a f m s e m 等表面形貌 分析 結(jié)合磨削力 比磨削能和表面粗糙度的變化規(guī)律 研究了硬質(zhì)合金材料的 噴嘴電解方式e l i d 磨削的材料去除機(jī)理 碩士學(xué)位論文 第二章噴嘴電解方式e l i d 磨削機(jī)理及試驗(yàn)裝置開發(fā) 2 1 噴嘴電解方式e l i d 磨削機(jī)理 2 1 1 噴嘴電解方式e l i d 磨削的原理 噴嘴電解方式無電極e l i d 磨削的示意圖及噴嘴電解方式無電極e l i d 磨削 化學(xué)反應(yīng)的原理圖如圖2 1 和圖2 2 所示 為保證陰陽兩極之間放電間隙的均勻 磨削液噴嘴采用是扁平形狀的噴嘴 因此相應(yīng)的陰 陽兩極應(yīng)制成平板形狀 電 極采用的材料主要是根據(jù)其導(dǎo)電性 導(dǎo)熱性 耐腐蝕性能和機(jī)械加工性能來選擇 噴嘴電解方式采用銅板 或石墨 作為電極材料 并且在砂輪上部設(shè)置磨削液噴 嘴 同時(shí)設(shè)計(jì)電解陰極和陽極 在與e l i d 電源正負(fù)極相連并施加脈沖電流以后 電解液中的h 2 0 分子弱電解為氫氧根離子和氫離子 其中氫氧根離子會(huì)與金屬結(jié) 合劑中的金屬元素相結(jié)合生成氫氧化物 并導(dǎo)致金屬結(jié)合劑材料發(fā)生溶解 使得 e l i d 修銳得以進(jìn)行 如采用銅板作為電極 在e l i d 磨削開始以后 電解液的電 解作用也會(huì)使銅板表面生成一層氧化膜 如下圖2 3 所示 當(dāng)采用銅板電極及鑄 鐵結(jié)合劑砂輪時(shí) 整個(gè)e l i d 磨削過程可用下列方程式表達(dá) 仍d 0 盯 2 1 c u 一2 e c 0 凡 2 p 凡斗 2 2 c 訂 2 o h c t l o h 2 f e 2 o h f e o h 2 4 f e o h 2 2 h 2 0 七o r 4 f e o h 3 2 3 c u o h 廣 c 玨 七h(yuǎn) 2 0 2 f e 1 h r 啼f e 2 0 3 3 h 2 0 0 2 a 圖2 1 噴嘴電解方式e l l d 磨削示意圖 9 噴嘴i 乜解方式el i d 磨削的工藝試驗(yàn)及其機(jī)理研究 陽極 陰極 h 2 0 o h 少麥髓潲幫 h no h 葉卜1 o h n ne 一 j 直徑金屬結(jié)合劑砂輪 式中l(wèi) i l 代表金屬元素 圖2 2 噴嘴電解方式e l i d 磨削化學(xué)反應(yīng)的原理圖 磨削前 a 銅板電極 磨削前 磨削后 一曩 攢謄j 鍪魏纛j j 蔓荔 磨削后 b 石墨電極 圖2 3電極材料 形狀及磨削前后對(duì)比 2 1 2 氧化膜形成機(jī)理研究 氧化膜厚度及其成形速率在e l i d 磨削過程中扮演著中重要的角色 如果氧 化速率太慢 以至鈍化的磨粒不能及時(shí)從金屬結(jié)合劑表而脫離 使得磨削力增大 進(jìn)而引起局部過熱 造成了磨削表面和亞表面損傷 另一方面 如果氧化速率太 快 砂輪表面形成較厚的氰化膜 由于氧化膜的強(qiáng)度較低 在磨削力的作用下極 易從砂輪表面剝落 在砂輪表面形成較大的凹坑 引起磨削力較大的波動(dòng) 這樣 磨削過程不穩(wěn)定 難以得到高質(zhì)量的磨削表面 為進(jìn)一步研究噴嘴電解方式e l i d 磨削的機(jī)理 本章選用銅板電極和鑄鐵結(jié)合劑會(huì)剛石砂輪 對(duì)噴嘴電解方式e l i d 1 0 碩士學(xué)位論文 磨削過程中的氧化膜形成機(jī)理進(jìn)行了研究 為建立電解過程中氧化膜的形成模 型 假設(shè) 4 3 a 由于鑄鐵的電導(dǎo)率 約為1 o 1 0 7 q m 遠(yuǎn)大于電解液的電導(dǎo)率 約為 l q m 0 金剛石被認(rèn)為是絕緣體且在電解液中為惰性 所以在給定的電壓下陰 極和陽極間處于靜電平衡 b 電解液具有均勻和恒定的電導(dǎo)率 且遵循歐姆定律 c 陽極的溶解遵循法拉第定律 所有通過化學(xué)反應(yīng)所去除的金屬最終都 轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?d 由于陽極表面擴(kuò)散層間的過電勢(shì)遠(yuǎn)小于外加電壓 因此該電勢(shì)可以忽 略 系統(tǒng)可以假設(shè)為相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài) e 電極之間充滿流動(dòng)均勻的電解液 由于電解液的流速和壓力都很小 故忽略流體的動(dòng)壓效應(yīng) 基于上述假設(shè) 陽極溶解質(zhì)量可以表示為 m m l t r z f 2 5 式中 m 是為參與反應(yīng)的原子質(zhì)量 為電解電路的電流 f 為反應(yīng)時(shí)間 z 為反應(yīng)離子的化合價(jià) f 為法拉第常數(shù) f 9 6 4 8 5c m 0 1 根據(jù)質(zhì)量與體積的關(guān)系 溶解金屬的質(zhì)量可以表示為 v m p 2m i t r p z f 0 2 們 式中 p 為陽極金屬密度 則溶解金屬的厚度可表示為 h v a p m l tr p z f a p 0 2 1 式中 彳p 是陽極有效傳導(dǎo)區(qū)面積 而極間電壓可以表示為 u e 一 刁p 刁伊 7 7 坎 2 8 式中 厶 易分別為陰極和陽極的可逆電壓 釤 銣 珂為兩極之間的超電勢(shì) 足為電解池電阻 而 足 r 兄2 成吃 4 成形彳p 2 9 式中 r 尺 分別為兩極之間的電解液電阻和氧化膜電阻 彳療為陰極有效面 積 p p d 分別為兩極的電導(dǎo)率 以為極間間隙 由于電極問電勢(shì)可忽略 令扣朋伽z f 由公式 2 5 2 9 可得 噴嘴電解方式e l l d 磨削的工藝試驗(yàn)及其機(jī)理研究 f 成五2 成吃4 辦 4 七 u 一 e 一易 f l 2 見辦 成吃么p 4 馴以 u 一 e 一 2 1 0 同時(shí) 由于電解只發(fā)生在砂輪通過陰極時(shí)砂輪上一小段弧形部分的時(shí)間內(nèi) 該時(shí)間取決于砂輪旋轉(zhuǎn)速度和陰極大小 令以代表砂輪通過陰極的時(shí)間 則 f 2 卅2 萬療 2 1 1 式中 口為陰極的包角 為砂輪的旋轉(zhuǎn)速度 于是任意時(shí)刻r 作用于砂輪的電解時(shí)問如為 乞 棚 2 m 口 2 萬聆 口 2 萬 2 1 2 式中 m 為電解時(shí)間r 內(nèi)砂輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù) 由式 2 1 2 電解時(shí)間如主要受陰極包角的影響 而與轉(zhuǎn)速無關(guān) 由于采用的 電源為恒壓直流脈沖電源 有必要考慮占空比d 的影響 占空比定義為一段連續(xù) 工作時(shí)間內(nèi) 脈沖時(shí)間與總時(shí)間之比 因此 有效電解時(shí)間島可表示為 f d f d 口r 2 萬 2 1 3 從式 2 11 2 1 3 可得不同條件下氧化膜厚度廳及其生長(zhǎng)率g 在電解預(yù)修銳過 程中 辦及其生長(zhǎng)率g 為時(shí)間 的函數(shù) 并與其具有非線性關(guān)系 隨時(shí)間的增長(zhǎng) 增大而g 減小并趨于穩(wěn)定 在電解開始時(shí) 辦很小且電路電阻主要取決于電解液 隨辦及電路電阻的不斷增大 電路電流和g 逐漸減小 當(dāng)電路電阻主要由氧化膜確 定時(shí) g 的值變穩(wěn)定 同時(shí) 辦和g 在不同電壓下隨f 的變化情況是類似的 但同一 時(shí)間較大電壓下 辦和g 也較大 另一方面 在同一時(shí)間 辦和g 隨占空比的增大而 增大 這主要是由于在一個(gè)脈沖周期內(nèi)