1、硬脆材料先进加工技术报告人：温宁在线电解修锐磨削（ ELID）ELID磨削原理如 图所 示。金属结合剂超硬磨料砂轮与电源正极相接做阳极，工具电极做阴极，在砂轮和电极的间隙中通过电解磨削液，利用电解过程中的阳极溶解效应，对砂轮表层的金属基体进行电解去除，从而逐渐露出崭新锋利的磨粒，形成对砂轮的修整作用：同时形成一层钝化膜附着于砂轮表面，抑制砂轮过度电解，从而使砂轮始终以最佳磨削状态连续进行磨削加工。所以该技术将砂轮修整与磨削过程结合在一起，利用金属基砂轮进行磨削加工的同时利用电解方法对砂轮进行修整，从而实现对硬脆材料的连续超精密镜面磨削。 电电源源工作台工件砂轮电极电源磨削液1 先进磨削技术1,
2、 磨削 过程具有良好的稳定性和可控性 ， 易于 实现磨削过程的最优化： 2, 加工 精度高，表面裂纹少，表面质量好： 3, 适应性 广泛，磨削效率高： 装置简单，成本低，推广性强等。ELID工艺特点高速（超高速）磨削高速磨削通常指砂轮速度大于 100m/s的磨削。高速磨削可以对难加工硬脆材料实现延性磨削加工，具有大幅度提高磨削效率，降低表面粗糙度，延长砂轮寿命，减小磨削力和工件受力变形，提高工件加工精度，降低磨削温度等优点。磁力研磨光整加工技术磁力研磨光整加工（ Magnetic Abrasive Finishing， MAF)是 一种把磁场能应用于传统的研磨技术中，开发出的一种新兴的磨削加工
3、技术，通过磁极产生的磁场力作用到磁性磨料 (填充在磁极与工件之间 )上形成一个与加工面形状相当的磁力研磨刷，对工件表面进行磨削加工的方法 。这种加工方法具有高效率、高精度和高表面质量的特点，适合于平面、球面、圆柱面和其它复杂形状零件的加工，并能控制研磨效率和研磨精度。同时磁性研磨加工技术可以很好地与数控机床、加工中心和机器人技术结合，实现光整加工的自动化。不仅 应用于模具的精加工中，而且在制药业、航空航天业、大规模集成电路、精密仪器和精密量具等行业也将有很好的应用前景，是一种有效的光整加工方法之一 。2 辅助能量加工技术磁流体研磨电化学磁力研磨磁性磨料研磨磁流变抛光磁力悬浮研磨磁力研磨光整加工
4、（ MAF）目前技术类别Magnetic Fluid GrindingMagnetic Abrasive GrindingElectrochemical Magnetic Abrasive FinishingMagnetorheological Finishing Magnetic Suspension Grinding超声辅助加工技术超声波加工是利用产生超声振动的工具 (模具 )，带动工具和陶瓷元件间的磨料悬浮液，冲击和抛磨工件进行加工。随着工具在三维方向上的进给，工具端部的形状被逐步复制在陶瓷工件上 。常用 的磨料是碳化硼、碳化硅和氧化铝等。一般选用的工作液为水，为提高材料表面的加工质量，
5、也可用煤油或机油作液体介质 。其 主要应用在深小孔的加工、拉丝模及型腔模具研磨 抛光、超声 复合加工等 难加工作业。下图为德国 DMG公司 DMS35Ultrasonic超声振动加工机床 ，主轴 转速 3 000 4 0000 r/min，特别适合加工陶瓷、玻璃、硅等硬脆材料。与传统加工方式相比，生产效率提高 5倍，加工表面粗糙度 Ra0.2m，可加工 0.3 mm精密小孔超声 加工的特点（ 1）适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷 (氧化铝、氮化硅等 )、石英、锗、硅、石墨、玛瑙、宝石、金刚石等。对于导电的硬质金属材料 (如淬火钢、硬质合金等 )也能进行加工，但加
6、工生产率较低。（ 2）由于工具可用较软的材料做成较复杂的形状，故不需要使工具和工件做比较复杂的相对运动，因此超声加工机床的结构比较简单，操作、维修方便。（ 3）由于去除加工余量是靠极小的磨料瞬时局部的撞击作用，所以工具对工件加工表面宏观作用力小，热影响小，不会引起变形和烧伤。表面粗糙度可达 Ra1 0.1um或更低，加工精度可达0.01 0.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的工件。摩擦化学反应辅助加工Furey等人 1997年研制了能够和硬脆材料发生化学腐蚀的切削液，金刚石砂轮片 切割 Si3N4陶瓷 试验效率比水基冷却液提高 8倍。后人又不断研制出类似切削液，主要用于 Si3N4陶瓷
7、的磨削加工。Si3N4陶瓷首先会和磨削液中的有机物分子发生 如下式所 示的化学吸附：此吸附现象在磨削高温条件下会进一步衍化为摩擦化学反应：生成的固态物 -硅脂，小部分溶于磨削液被冲刷带走，大部分附着在 Si3N4陶瓷加工表面上，不但降低了试件表面硬度，而且具有更优异的润滑性能，进而影响磨削效率和质量等离子体 加工最初是前苏联、美国和日本，他们开发微束等离子弧加工，对陶瓷等非金属薄材进行切割，取得较好 效果 。德国 Kjelberg公司用热电阻等离子设备切割混凝土英国利物浦大学将待加工陶瓷试件安装在具有足够转速的电机上，等离子弧在引燃稳定以后，将氧化铝试件移至等离子弧上方，试件在电机的带动下快速
8、旋转，被等离子弧熔化的陶瓷熔珠在快速旋转中抛出，形成陶瓷珠子或者纤维（ 见右图）德国 Kjelberg公司的热电阻等离子切割法，成功地把这一技术推向市场，用于切割陶瓷、玻璃、混凝土等非金属硬脆材料具有很好的效果，切割混凝土现场 如左图所示利物浦大学微波等离子弧加工陶瓷珠子和纤维方法3高能束加工电火花 加工 （ EDM）电火花加工在导电超硬材料，难加工材料及精密复杂型面的加工中发挥了重要的作用，然而它却不适用于非导电材料的加工。解决 非导电材料 的电火花加工问题方面目前较为成熟的加工方法有：辅助电极电火花加工，电火花电解磨削加工（ MEEC），电解电火花加工等。进行电火花加工时，工具电极和工件分
9、别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。 电火花加工在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。 电火花加工在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。金属材料电火花加工过程1 工件 2 脉冲电源 3 自动进给调节系统4 工具 5 工作液 6 过滤器 7 工作液泵电 火花 加工原理示意 图
