1.精密和起精密摩削

在工具和模具制造中，磨削是保證產(chǎn)品的精度和質(zhì)量的最后一道工序。技術(shù)關(guān)鍵除磨床本身外，磨削工藝也起決定性作用。在磨削脆性材料時，由于材料本身的物理特性，切屑形成多為脆性斷裂，磨削后的表面比較粗糙。在某些應用場合如光學元件，這樣的粗糙表面必須進行拋光，它雖能改善工件的表面粗糙度，但由于很難控制形狀精度，拋光后經(jīng)常會降低。為了解決這一矛盾，在80年代末日本和歐美的眾多公司和研究機構(gòu)相繼推出了兩種新的磨削工藝：塑性磨削（Ductile Grinding）和鏡面磨削（Mirror Grinding）。
（1）塑性磨削 它主要是針對脆性材料而言，其命名來源出自該種工藝的切屑形成機理，即磨削脆性材料時，切屑形成與塑性材料相似，切屑通過剪切的形式被磨粒從基體上切除下來、所以這種磨削方式有時也被稱為剪切磨削（Shers Mode Grinding）。由此磨削后的表面沒有微裂紋形成，也沒有脆性剝落時的無規(guī)則的凹凸不平，表面呈有規(guī)則的紋理。
塑性磨削的機理至今仍不十分清楚，在切清形成由脆斷向塑性剪切轉(zhuǎn)變的理論上存在各種看法。大多數(shù)研究者認為，當磨粒的切削深度小到一定程度時，切屑就由脆斷轉(zhuǎn)變?yōu)樗軘啵@一切削深度被稱為臨界切削深度，它與工件材料特性和磨粒的幾何形狀有關(guān)。一般來說，臨界切削深度在100μm以下，因而這種磨削方法也被稱為納米磨削（Nanogriding）。根據(jù)這一理論。有些人提出了一種觀點，即塑件磨削要特殊磨床來實現(xiàn)。這種特殊磨床必須滿足如下要求；
l）極高的定位精度和運動精度。以免因磨粒的切削深度超過100μm時，導致轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈阅ハ鳌?br> 2）極高的剛性。因為塑性磨削的切削力遠超過脆件磨削的水平，機床剛性太低，會出切削力引起的變形而破壞塑性切屑形成的條件。
對形成塑性磨削的另一種觀點認為切削深度不是唯一的因素，只有磨削溫度才是切屑由脆性向塑性轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。從理論上講，當磨粒與工件的接觸點的溫度高到一定程度時，工件材料的局部物理特性會發(fā)生變化，導致了切屑形成機理的變化。作者從實踐中找到了支持這種觀點的許多證據(jù)：比如在一臺已經(jīng)服役20多年的精度和剛度水高的平面磨床上磨削SiC陶瓷，用4000#的金剛石砂輪，工件表面粗糙度小于Rq5μm表面上看不到脆斷的痕跡。另外德國亞琛工業(yè)大學的K0nig教授作了如下試驗．在普通的車床廠，用激光局部加熱一個SiN 陶瓷試件，即能順利地進行切削。這些實驗均間接地說明溫度對切屑形成機理有決定性的影響。
（2）鏡面磨削 顧名思義，它關(guān)心的不是切屑形成的機理而是磨削后的工件表面的特性，當磨削后的工件表面反射光的能力達到一定程度時，該磨削過程被稱為鏡面磨削。鏡面磨削的工件材料不局限于脆性材料，它也包括金屬材料如鋼、鋁和鉬等。為了能實現(xiàn)鏡面磨削，本東京大學理化研究所的Nakagawa和Omori教授發(fā)明了電解在線修整磨削法ELID（Electrolytic In-Process Dressing）。
鏡面磨削的基本出發(fā)點是：要達到鏡面，必須使用盡可能小的磨粒粒度，比如說粒度2μm乃至0.2μm。在ELID發(fā)明之前，微粒度砂輪在工業(yè)上應用很少，原因是微粒度砂輪極易堵塞，砂輪必須經(jīng)常進行修整，修整砂輪的輔助時間往往超過了磨削的工作時間。ELID首次解決廠使用微粒度砂輪時，修整與磨削在時間上的矛盾，從而為微粒度砂輪的工業(yè)應用創(chuàng)造條件。
ELID磨削的關(guān)鍵是用與常規(guī)不同的砂輪，它的結(jié)合劑通常為青銅或鑄鐵。圖12是ELID在平面磨床上應用的原理及實驗裝置。在使用ELID磨削時，冷卻潤滑液為一種特殊的電解液。當電極與砂輪之間接上某一電壓時，砂輪的結(jié)合劑發(fā)生氧化。在切削力作用下，氧化層脫落從而露出了鋒利的磨粒（圖13）。由于電解修整過程在磨削時連續(xù)進行，所以能保證砂輪在整個磨削過程中保持同一鋒利狀態(tài)。這樣既可保證工件表面質(zhì)量的一致，又可節(jié)約以往修整砂輪時所需的輔助時間，滿足了生產(chǎn)率要求。

ELID在平面磨床上的應用原理及實驗裝置
a） ELID磨削原理 b）砂輪與修整器外觀
ELID磨削方法除適用于金剛石砂輪外，也適用于氮化硼砂輪，應用范圍幾乎可以覆蓋所有的工件材料。它最適合于加工平面，磨削后的工件表面粗糙度可達到Rq1nm的水平，即使在可見光范圍內(nèi)，這樣的表面確實可以作為鏡面來使用。ELID磨削的生產(chǎn)率遠遠超過常規(guī)的拋光加工，故在許多應用場合取代了拋光工序。最典型的例子就是加工各種泵的陶瓷密封圈，傳統(tǒng)的工藝是先磨再拋光，采用ELID磨削，只需一道工序，既節(jié)約時間又節(jié)省投資。
ELID也被用于加工其他幾何形狀如球面、柱面和環(huán)面等。按鏡面的不同要求，可用于部分取代拋光或把拋光的時間降到最低的水平。
ELID磨削雖有上述優(yōu)點，但在某些應用場合也有一些缺點。比如在磨削玻璃時，如果采用較大的粒度（2μm），由于砂輪的磨粒連續(xù)更替，部分磨粒不斷脫離結(jié)合劑而成為自由磨粒，這些磨粒在工件與砂輪間作無規(guī)則的滾動，個別磨粒會在工件表面上造成局部的無規(guī)則的刻痕，其深度有時能超過磨粒的半徑倍。圖14是一個EIJD磨削過的工件表面，若不考慮局部的刻痕，其表面粗糙度已達Rq5nm的水平，但由于這樣的刻痕，使工件的拋光量要增加到3～5μm，鏡面磨削的應用價值在這種情況下被相應地減弱。
由此可見，是否要采用鏡面磨削，關(guān)鍵在于應用場合。假如個別刻痕不影響工件的使用，鏡面磨削可以取代研磨和拋光，并提高生產(chǎn)效率。否則必須綜合考慮所有的加工過程以確定最佳的加工工序的組合。