树脂-金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的电解调整原理和基础现象

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针对镜面加工的要求,论述树脂-金属复合结合剂金刚石微颗粒砂轮的电解调整原理和现象

树脂$金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的电解调整原理和基础现象!"#$%&’"(%)$ *+,-.%/#0% 1&)0$)2"# 30+ 43.)$ *22#3&30$#’5 6)$&’ 7)3/’0+ 1’8+#& 9:##" 8)%:;#.)0$ 6#%3" 4)0+#&

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( !清华大学摘

"日本东北大学)

要：针对镜面程度的表面粗糙度和高形状精度要求的超精密镜面磨削加工，提出了采用电解调整后的树脂$金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的方法。其原理是把金属粉末作为添加剂混入到树脂结合剂中，在修整砂轮后进行电解处理，使其表层的金属成分溶解，形成气孔。这样砂轮的内部是树脂$金属复合结合剂结构，表层是有气孔的树脂结合剂结构。论述了树脂$金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的电解调整原理，进行了电解调整和磨削实验，讨论了试验过程中的基础现象。

关键词：树脂$金属结合剂

电解调整

金刚石微粉砂轮

超精密镜面磨削

最近，以陶瓷、半导体和光学玻璃为代表的硬脆性材料对加工精度的要求越来越高，特别是高的精度和镜面程度的表面粗糙度同时要求的加工需求正在不断增长，这种加工被称为超精密镜面加工。对于半导体基片和计算机硬盘等几何形状简单的零件，通常采用先磨削后研磨、抛光的加工方法。但是对于外圆柱面和复杂的非球面的超精密镜面加工，磨削过程则必须同时满足高形状精度和小表面粗糙度值的双重要求。磨粒的支持刚性影响形状精度和表面粗糙度为了确保高形状精度砂轮的刚性应尽可能大。但是为了得到镜面状态的表面粗糙度，砂轮的刚性低更有利。因此从工具刚性的角度看，超精密镜面磨削的要求是矛盾的。金属结合剂砂轮刚性大，对保证形状精度有利，但其不易加工出镜面程度的表面粗糙度，修整困难，要达到这一程度，对磨床精度和刚性的要求十分苛刻。而树脂结合剂弹性高，具有吸振性，并且易于使切削刃突出高度均匀；树脂砂轮在磨削过程中会出现磨粒回转现象，具有自生作用的效果，能够降低对磨床精度和刚性的苛刻要求；但是由于树脂结合剂弹性大易变形，因此很难保证形状精度。此外，金刚石微粉砂轮，特别是小于%!&’的树脂结合剂金刚石微粉砂轮，磨粒易埋没于结合剂中，磨粒之间的容屑槽减小，极易发生堵塞，导致砂轮的切削能力大幅度降低，加工表面质量恶化。为了充分发挥树脂结合剂和金属结合剂在超精密镜面磨削加工中各自的优势，笔者提出了将电解调整 # !" 万方数据

后的树脂$金属复合结合剂金刚石微粉砂轮用于超精密镜面磨削。

!"电解调整原理在砂轮

制造过程中，把金属铜粉末作为添加剂混入到树脂结合剂中，金属粉末可以限制树脂的弹性变形，从而提高了砂轮的整体刚性，改善工件的形状精度。使用前先修整砂轮，然后对砂轮进行电解调整。电解过程中，砂轮表层的铜被腐蚀掉，而树脂结合剂和金刚石磨粒不受电解作用影响而保持修整后的原状，从而在砂轮表层形成气孔。电解调整后，砂轮的内部保持了树脂$金属复合结合剂砂轮的组织结构，而砂轮的表层则是有气孔的树脂结合剂砂轮的组织结构。

针对镜面加工的要求,论述树脂-金属复合结合剂金刚石微颗粒砂轮的电解调整原理和现象

进

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用

电

用

削

万方数据轮的修整方法采用杯形砂轮修整法。磨削方式为全面进刀法的顺切方式。沿垂直于磨削的方向测量表面粗糙度值，取(个位置的平均值。试验条件如表%。表#"试验条件机床超精密平面磨床)*+$!’,-工件材料./0（!12334"!#1!33）电解电源56789:8;<=("2脉冲电源磨削液化学溶解型砂轮)>%!22（!’2233，"%233）（$%2，$’2，$"2）电子扫描显微镜)$’%!2（日立工机）表面粗糙度测量机?@A:B=,BCDBE5B=3?@A:B=)<=8<D’磨削方式：全面进刀法，顺切磨削条件砂轮转速：%1223F38E工作台左右运动速度：%3F38E切削深度：%!3F次修整条件方法：杯形砂轮修整法杯形砂轮：*G%!22，陶瓷结合剂电解条件电压：(2H；电流：IJ1K；间隙：2&’33%&’：’D；%&((：’D%"试验结果和讨论%&#"电解调整的必要条件电解作用发生在砂轮的表层，但电源的正极通常接到砂轮轴的轴心或砂轮的轮毂，因此砂轮磨料层自身的导电性是进行电解调整的必要条件。实验使用了"种砂轮，其区别是铜占结合剂的体积百分比不同。砂轮是否导电以及电解调整的可行与否如表’所示。测量结果表明，砂轮G从轮毂到砂轮表层不导电。对砂轮G进行电解调整试验，电路中的电流始终维持在极低的水平，用扫描电子显微镜观察试验后的的表面，发现表层的铜没有被电解掉，而砂轮K和.导电并能发生电解反应。表!"铜的百分比与电解可行与否的关系铜的体积百分比导电性电解的可行性砂轮K"2L可可砂轮.’2L可可砂轮G%2L否否%&!"电解调整过程中电流和电压的变化电解调整过程中电极两端电流和电压的变化曲线如图I。从图中可以看出，电解开始时，电流急剧下降，电压急剧上升，大约!38E后，电流的下降速度和电压的上升速度变得缓慢，最后电流在一个较低值、电压在一个较高值保持稳定。根据法拉第法则，电解过

针对镜面加工的要求,论述树脂-金属复合结合剂金刚石微颗粒砂轮的电解调整原理和现象

!’#"电解调整对表面粗糙度的影响

图*所示为用电解调整前后的砂轮加工的光学玻

璃磨削表面的照片。从图中可以看出使用电解调整后

的砂轮加工的光学表面，凹坑和划痕等加工损伤明显

减少。图+为用两种不同的砂轮经电解调整前后加工

万方数据的工件表面粗糙度的实验结果。其中砂轮,中铜的体积比为-./，砂轮0中铜的体积比为1./。从试验结果可以看出，与使用未经电解调整的砂轮相比，用电解调整后的砂轮的磨削表面粗糙度值明显减小。用未经电解调整的砂轮磨削时，因为砂轮表面缺少容屑槽，磨粒的切削能力差，而且砂轮的结合剂与工件接触，砂轮表面的铜划擦工件表面，因此工件表面质量恶化。经电解调整后，砂轮表层的弹性增加，参加磨削的有效切削刃增加，而且砂轮表面的气孔可以容纳磨屑，减小液压动压力，引导磨削液进入磨削区域，以加强散热，另外砂轮表面的铜被溶解掉，避免了铜划伤工件表面，因此工件的表面粗糙度值减小，

损伤减少。#"结论本文论述了树脂2金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的电解调整原理，并进行了电解调整和磨削实验。通过上述研究，可以得出如下结论：（3）树脂2金属复合结合剂砂轮的自身导电性是电解调整可行的必要条件。如果结合剂中的金属含量过少，电解反应无法发生。（1）实验证实，电解调整后，树脂2金属复合结合剂金刚石微粉砂轮表面的金属被电解掉，砂轮表层成

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（*22E#4N*/）资助，黑龙江省自然基金（M*(&2*）资助’航天支撑技术基金

万方数据

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树脂-金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的电解调整原理和基础现

象

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年，卷(期)：王先逵，马明霞，庄司克雄，厨川常元王先逵,马明霞(清华大学)，庄司克雄,厨川常元(日本东北大学)制造技术与机床MANUFACTURING TECHNOLOGY & MACHINE TOOL2003(9)

1.村越亲;立花亨用极微细金刚石砂轮进行无心磨削的精密加工-树脂-金属结合剂砂轮的性能 2000