1．精密和超精密磨削的技術關鍵

在工具和模具制造中，磨削是保證產品的精度和質量的最后一道工序。技術關鍵除磨床本身外、磨削工藝也起決定性的作用。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，磨劑后的表面比較粗糙。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相繼推回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（Shere Mode Grindins）。由此磨削后的表面沒有微裂級形成，也沒有脆必剝落時的元規則的凹凸不平，表面呈有規則的紋理。

塑性磨削的機理至今不十分清楚在切屑形成由脆斷向逆性剪切轉變為塑斷，這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。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（Nanogrinding）。根據這一理論，有些人提出了一種觀點，即塑性磨削要靠特殊磨床來實現。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，導致轉變為脆性磨削。

2）極高的剛性。因為塑性磨削的切削力遠超過脆性磨削的水平，機床剛性太低，會因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變的關鍵。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：比如在一臺已經服役20多年的精度和剛度不高的平面磨床上磨削SiC陶瓷，用40O0#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。另外德國亞琛工業大學的Konig教授作了如下試驗，在普通的車床上，用激光局部加熱一個SiN陶瓷試件，即能順利地進行車削。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。為了能實現鏡面磨削，日本東京大學理化研究所的Nakagawa和Ohmori教授發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點是：要達到境面，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發明之前，微粒度砂輪在工業上應用很少，原因是微粒度砂輪極易堵塞，砂輪必須經常進行修整，修整砂輪的輔助時間往往超過了磨削的工作時間。ELID首次解決了僅用微粒度砂輪時，修整與磨削在時間上的矛盾，從而為微粒度砂輪的工業應用創造條件。

ELID磨削的關鍵是用與常規不同的砂輪，它的結合劑通常為青銅或鑄鐵。圖1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一電壓時，砂輪的結合劑發生氧化。在切削力作用下，氧化層脫落從而露出了鋒利的磨粒（圖2）。由于電解修整過程在磨削時連續進行，所以能保證砂輪在整個磨削過程中保持同一鋒利狀態。這樣既可保證工件表面質量的一致性，又可節約以往修整砂輪時所需的輔助時間。滿足了生產率要求。 #p#分頁標題#e#

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Rq1nm的水平，即使在可見光范圍內，這樣的表面確實可以作為鏡面來使用。ELID磨削的生產率遠遠超過常規的拋光加工，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，傳統的工藝是先磨再拋光，采用ELID磨削，只需一道工序，既節約時間又節省投資。

ELID也被用于加工其他幾何形狀如球面、柱面和環面等。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磨削雖有上述優點，但在某些應用場合也有一些缺點。比如在摩削玻璃時，如果采用較大的粒度（2μm），由于砂輪的磨粒連續更替，部分磨粒不斷脫離結合劑而成為自由磨粒，這些磨粒在工件與砂輪間作無規則的滾動，個別磨粒會在工件表面上造成局部的無規則的刻痕，其深度有時能超過磨料的半徑。圖3是一個ELID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。