高精磨削硬脆材料的新方法

1、高精磨削硬脆材料的新方法南陽(yáng)理工學(xué)院吳希讓工程陶瓷鐵氧體一類硬脆材料，在半導(dǎo)體磁頭和光學(xué)零件等現(xiàn)代工業(yè)中使用越來(lái)越多。它們對(duì)缺陷的敏感性，使它們的工作表面必須十分精,1,整。因此，用超硬砂輪高精磨此類零件是必要的，但普通砂輪的修整方法不宜使用。使用加工中放電修整法，可明顯提高砂輪性能，減小被磨工件表面粗糙度和損傷，并減小磨削力。是高,2,精磨削硬脆材料的好方法。硬脆材料高精磨削砂輪修整一自一口產(chǎn)一一。目門一一l、明一青眾所周知，隨現(xiàn)代機(jī)械電子工業(yè)的高速發(fā)展，象鐵氧體硅精細(xì)陶瓷和光學(xué)玻璃，這類硬脆,3,材料的使用越來(lái)越廣。為使這類硬脆材料零件，具有良好的性能，必須要有極小的表面粗糙度和表面及亞表

2、面損傷。由于這類材料極高的硬度和脆性，對(duì)其加工十分困難。研磨和拋光常用,4,作這類材料的高精加工，產(chǎn)生類鏡面的表面粗糙度。但這些加工方法效率低，用高精磨削代替它們，受到制造業(yè)界的高度重視。使用金剛石和超硬砂輪，若其磨粒粒度號(hào)超過(guò)也能使這類材,5,料表面得到高精加工。但要對(duì)這樣的超硬砂輪進(jìn)行修整，使用常用方法是較困難的。為了解扶迢硬砂輪修整這一難題，近年有人開發(fā)了加一中放電修整（）砂輪新方法。使用這種旁生術(shù),6,同時(shí)使用超精磨床和金屬粘結(jié)細(xì)粒度屁淪（粒度號(hào)超過(guò)材可望滿足對(duì)被加工零件有嚴(yán)格要求的需要，可在硬脆材料磨削中，實(shí)現(xiàn)超精鏡面磨削。二加工中放電修整原理加工中的放電修整,7,實(shí)質(zhì)是一種放電加工

3、。在電極和金屬粘結(jié)劑砂輪之間，因火花放電或不規(guī)則電弧放電產(chǎn)生電能。這些電能腐蝕金屬粘結(jié)劑砂輪和電極。砂輪和金屬粘結(jié)劑因累積腐蝕被除去，亦即使砂輪得,8,到修整。惻一桿茹二甲樁丫八J自戶介下圖修整原理圖示出了加工中放電修整原理圖。）電子由陰極發(fā)射，轉(zhuǎn)移至陽(yáng)極，且因碰撞由電解質(zhì)分子分離出陽(yáng)離子。）分離的電子到達(dá)陽(yáng)極,9,且二次電子由陽(yáng)離子發(fā)射，和陰極碰撞。）在電弧放電情況下，金屬粘結(jié)劑被累積腐蝕所去除。）在放電加工中，破損的磨粒脫落離開砂輪，新的鋒利磨粒裸露出來(lái)，使砂輪得到修整。加,10,工中修整的放電能量如下式示丁式中，為的放電能，）為的放電電壓，）為的放電電流，為脈沖持續(xù)時(shí)間，協(xié)假設(shè)放電電壓恒

4、定，放電能可表為通過(guò)陰極和陽(yáng)極之間狹小間隙，放電能量可,11,進(jìn)行放電加工切除金屬。每秒鐘產(chǎn)生幾千個(gè)火花，每個(gè)火花通過(guò)熔化和汽化，均產(chǎn)生一微小凹坑，從而腐蝕和修整作為電極的金屬粘結(jié)砂輪。理論上，放電能正比于加工量（由式（可得出,12,加工量式中，為加工量，/脈沖）為最大電流，為一常數(shù)。單位時(shí)間內(nèi)的平均加工速度）如下式中，為放電重復(fù)次數(shù)，液的類型。通常由性能好的導(dǎo)電材料作陰極。砂輪周邊磨削金門枯結(jié),13,金翎石砂輪修植級(jí)吱嘴卜，弓夭二欠舞飯目一一，沖牛、了價(jià)，卜弋又世電翔少幾吮日如一二砰。一冷揮書嘴廠公絮于二舟拉圖周邊磨削簡(jiǎn)圖下o式中，為脈沖中止時(shí)間，林為開始至,14,放電起點(diǎn)時(shí)間，協(xié)雖然放電加

5、工的切削量理論上如上所述，實(shí)際上由切除的金屬粘結(jié)劑量是不同于理論計(jì)算值。但是，眾所周知，影響放電加工切削量的主要因素是最大電流和脈沖持續(xù)時(shí),15,間。上述介紹可為提供理論基礎(chǔ)。三實(shí)用磨削裝置及磨削結(jié)果在電子工業(yè)中，有大量的平面需加工。對(duì)平面磨削，用砂輪的端面和周邊磨削是常見的兩種方式。因此，下邊介紹這樣兩種高,16,精磨削系統(tǒng)，主要介紹效率高的端面磨削。從以上討論中也可清楚的知道，磨削系統(tǒng)應(yīng)由金屬粘結(jié)劑電源磨削液和電極組成。為保證成功的高精磨削，應(yīng)考慮如下因素金屬及粘結(jié)劑的類型,17,直流電源產(chǎn)生的高頻脈沖電壓電流和脈沖形式，以及所用磨削圖示出了用砂輪周邊磨削時(shí)的系統(tǒng)，它是由近砂輪的電極砂輪和

6、直流脈沖電源組成。由于用砂輪周邊磨削，砂輪與工件接觸,18,面小，排屑容易，發(fā)熱少，干擾因素少，可真實(shí)反映磨削時(shí)基本現(xiàn)象的本質(zhì)。用該磨削法研究對(duì)磨削的影響是合適的。在實(shí)驗(yàn)?zāi)ハ髦?，使用純銅（含銅）制作陰極，砂輪為鑄鐵粘結(jié)金剛石,19,砂輪。也使用了相應(yīng)的儀器，測(cè)量磨削力和表面粗糙度等參數(shù)。具體磨削參數(shù)示于表中。表磨削條件機(jī)床平面磨床砂輪粒度砂輪速度工作臺(tái)速度一工件材料鐵氧體修整電流二一二一拼修整,20,電極銅（砂輪周長(zhǎng)的表鐵氧體性能密度硬度抗彎強(qiáng)度斷裂韌性彈性模量導(dǎo)熱系數(shù)田熱膨脹系數(shù)一一，年第期起初，陰極和鑄鐵粘結(jié)金剛石砂輪之間的間隙為在該間隙下，借助于放電能產(chǎn)生,21,放電。直流脈沖發(fā)生器可使

7、脈沖持續(xù)時(shí)間在間轉(zhuǎn)換，最大電流一實(shí)驗(yàn)用砂輪粒度為鑄鐵結(jié)金剛石砂輪。被磨削工件材料為n一鐵氧體，其性能列于表中。在實(shí)驗(yàn)?zāi)ハ髦锌砂l(fā)現(xiàn)砂輪修整厚度,22,與修整時(shí)間的關(guān)系。起初修整陰極和砂輪間的間隙為隨修整時(shí)間的增加快速增加到修整分鐘后，間隙緩慢增大。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，說(shuō)明隨間隙加大，放電加工的效率明顯降低。因此，擬按,23,照間隙的變化，自動(dòng)控制陰極和砂輪間的有關(guān)參數(shù)，如間隙大小最大電流脈沖持續(xù)時(shí)間，以獲得良好的修整效果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，修整后的砂輪，磨削工件的表面粗糙度明顯優(yōu)于不用修,24,整的砂輪，情況如圖所示。從而可知，磨削鐵氧體時(shí)，由于可使金屬粘結(jié)金剛石砂輪避免鈍化，因此是非常有用的。輪也有

8、影響。與上述的原因相同，在脈沖變化時(shí)，工件的表面粗糙度也,25,有變化。在文中所述情況磨削一鐵氧體，脈沖持續(xù)時(shí)間終止時(shí)間5補(bǔ)較好一辛立一之只犯一翻倒習(xí)匕洲放電修爭(zhēng)只一氣一泣。少健卜一洛之止，甲呻一氣，上二比工件戚。茲念廠卜,26,一產(chǎn)t竺塑畢竺二一一泣止里三衛(wèi)己三日沈司側(cè)奧翼阿粥磨削行程次數(shù)圖磨削粗糙度比較為進(jìn)一步說(shuō)導(dǎo)。上述效果，應(yīng)研究最大電流變化及脈沖持續(xù)時(shí)間與被磨削工件表面粗糙度的關(guān)系,27,用磨削后的表面粗糙度，隨著放大電流的增加，磨削后表面粗糙度明顯變小。這是因?yàn)樵黾幼畲箅娏?，修整速度增加，加速了鈍化磨粒的脫落。因此，本實(shí)驗(yàn)中修整用最大電流時(shí)，磨出,28,的表面粗糙度最好。此外，脈沖持

9、續(xù)時(shí)間的變化，對(duì)修整砂磨削深度圖磨削力比較圖示出了磨削力和磨削深度的關(guān)系。磨削時(shí)，最大電流為一脈沖特續(xù)時(shí)間為放電修整砂輪的磨削力，總是,29,小于不用放電修整砂輪的磨削力。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產(chǎn)生裂紋和損傷。若不用工磨削，隨磨削深度增加，磨粒鈍化受力加大,30,磨削力增加更快。隨著磨削力的增加，磨削熱也增大，磨削效率降低，且影響被磨削零件表面的質(zhì)量。電子掃描顯微照片，清楚地揭示出，用砂輪周邊磨削后的工件，工磨后的表面裂紋和,31,脆性破裂是最小的。砂輪端面磨削。用砂輪端面進(jìn)行磨削，具有效率高的優(yōu)點(diǎn)。圖示出了采用砂輪端面高精磨削裝置簡(jiǎn)圖。實(shí)際磨削

10、時(shí)，可用一安裝有系統(tǒng)的超精圓臺(tái)平面磨床進(jìn)行。該種,32,圓臺(tái)平面磨床具有空氣軸承的主軸，閉環(huán)反饋系統(tǒng)使進(jìn)給分辨度為使用由至不同磨料粒度的鑄鐵粘結(jié)金剛石砂輪（工B一工作時(shí)砂輪通電為陽(yáng)極，它于陰極純銅間的間隙約1林有人用該裝,33,置磨削了單晶硅一玻璃和磨床與尾消歸表磨料大小和磨削條件表砂輪磨料大小與磨后表面粗糙度奢肖叮條件林拓稱稱1加磨料大小3林口卜口四3卜口林口阿砂輪轉(zhuǎn)速工件轉(zhuǎn)速橫進(jìn)速度卜,34,開路電壓最大電私短通時(shí)間琳脈沖波形方形波紋表面粗糙度粒度扮稱林器1磨料大小林口田林拼口拜口卜口田沂一一一一門工件砂輪主軸圓工作臺(tái)電極噴嘴電源圖端面磨削簡(jiǎn)圖陶瓷。使用,35,和儀，以及激光和半徑2林金剛

11、石探針表面測(cè)量?jī)x，對(duì)磨后表面進(jìn)行檢測(cè)。、為檢測(cè)亞表面損傷也使用了射線，且對(duì)硅片進(jìn)行角拋光和分級(jí)腐蝕，估計(jì)了裂紋深度。在合適的磨削條件下,36,每一砂輪磨削的總深度被調(diào)至砂輪的磨料粒度及磨削條件示于表中。磨削后用一金剛石探針測(cè)量磨后表面的粗糙度，表中示出了用不同粒度砂輪磨削硅片后的表面粗糙度。結(jié)果表明，磨后,37,表面粗糙度的提高，與磨料粒度號(hào)成比例。使用粒度砂輪，磨后表面粗糙度可達(dá)及被磨后表面也有人用進(jìn)行了形貌調(diào)查研究，砂輪磨后的表面，脆性破裂磨除主要是以工件表面的犁耕擦痕,38,形式組成。當(dāng)使用粒度砂輪時(shí)，磨粒跡及擦痕減小。通過(guò)良好的修整，和粒度的砂輪，產(chǎn)生由平滑磨除形成的良好表面。粒度砂輪

12、產(chǎn)生非常平滑的表面，它僅能由磨粒跡以塑性方式產(chǎn)生,39,但粒度號(hào)太大）的砂輪，表面質(zhì)量并沒有更大的提高。用射線形貌檢測(cè)亞表面損傷可知，亞表面損傷是存在的。但粒度砂輪磨后亞表面損傷遠(yuǎn)較粒度砂輪磨后的表面小。在此范圍內(nèi)，粒度,40,號(hào)越大的砂輪，磨后亞表面裂紋越小。另外，用角拋光和分級(jí)腐蝕檢查，也可知道用該法磨削的表面，若粒度號(hào)合適，損傷層深度小于林用磨削陶瓷和玻璃零件的表面，檢查結(jié)果與上述情,41,況類似?？偟膩?lái)講，在用砂輪端面進(jìn)行磨削的不利條件下，用新的修整砂輪方法磨削，若采用恒壓力磨削，可使磨后表面達(dá)到較高的精度。由于工磨削的優(yōu)點(diǎn)，也有人對(duì)其它一些硬脆材料,42,如一金屬陶瓷等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，均

13、取得滿意的效果。四小結(jié)分析和實(shí)驗(yàn)表明，磨削方法，是用超硬金屬粘結(jié)劑砂輪，磨削脆硬材料的好方法，選擇合適的砂輪和修整參數(shù)，可以得到極高的,43,磨削表面精度及生產(chǎn)，頁(yè)）年第期。吸為哎尸可算出此種情況下的權(quán)系數(shù)為（由表試驗(yàn)結(jié)果，利用上述權(quán)系數(shù)代入數(shù)學(xué)模型和相應(yīng)的評(píng)價(jià)程序得出表的評(píng)價(jià)結(jié)果表評(píng)價(jià)結(jié)果五結(jié)束語(yǔ)對(duì)比表,44,與表兩種評(píng)價(jià)結(jié)果，可見能得出一樣的優(yōu)劣次序，這說(shuō)明專家評(píng)估法確定的權(quán)系數(shù)比較合理，沒有背離客觀實(shí)際。而用層次分析法確定權(quán)系數(shù)，在專家知識(shí)和主觀經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用具有,45,嚴(yán)密邏輯性的數(shù)學(xué)方法可盡量剔除主觀成分，并且可根據(jù)判斷矩陣是否具有滿意的一致性來(lái)檢驗(yàn)權(quán)系數(shù)的合理性，使權(quán)系數(shù)比專家評(píng)估法確定的權(quán)系數(shù)值更符合客觀實(shí)際并易于定量表示,46,從而提高了模糊綜合評(píng)判結(jié)果的可靠性準(zhǔn)確性和客觀公正性。優(yōu)劣次序評(píng)價(jià)值磨削液濃度劉鎮(zhèn)昌。磨削液的效能識(shí)別及作用機(jī)理研究。博士論武漢華中理工大學(xué)。孫建國(guó)。磨削液磨削,47,性能評(píng)價(jià)方法的研究。碩士論文濟(jì)南山東工業(yè)大學(xué)。草滬。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)，北京科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社。趙煥臣，許樹柏，層次分析法一種簡(jiǎn)易的新決策方法，科學(xué)出版社。頁(yè)）這是由,48,于使用鈍化的磨?？杉皶r(shí)脫落，使砂輪有良好的自銳性。合適調(diào)整工藝參數(shù)，可保證砂輪有最佳的磨削條件，省去修整砂輪的非生產(chǎn)時(shí)間。砂輪和修整裝置之間沒有實(shí)際接觸，這對(duì)維持砂,49,輪修整后的表面形貌有良好的影