在線電解修整磨削液研究現(xiàn)狀及其展望

伍俏平 王 煜 瞿 為 鄧朝暉

1.湖南科技大學(xué)智能制造研究院，湘潭，4112012.難加工材料高效精密加工湖南省重點實驗室，湘潭，411201

在線電解修整磨削液研究現(xiàn)狀及其展望

伍俏平1,2王 煜1瞿 為1鄧朝暉1,2

1.湖南科技大學(xué)智能制造研究院，湘潭，4112012.難加工材料高效精密加工湖南省重點實驗室，湘潭，411201

在線電解修整(electrolytic in-process dressing，ELID)鏡面磨削過程中，磨削液的成份及配比對砂輪表面氧化膜的生成速度、致密性、黏附性以及絕緣性等都有著很大的影響，磨削液的配比及優(yōu)化成為ELID磨削過程中的關(guān)鍵技術(shù)之一。主要介紹了ELID磨削液的成分配比、磨削液對氧化膜的影響以及ELID磨削液改進(jìn)這幾個方面的研究進(jìn)展，并對ELID磨削液下一步的研究重點進(jìn)行了展望。

ELID鏡面磨削技術(shù)；ELID磨削液；氧化膜；成膜特性

0 引言

在線電解修整(electrolytic in-process dressing,ELID)鏡面磨削技術(shù)是由日本國立理化學(xué)研究所的大森整、東京大學(xué)的中川威雄于1987年提出的一項新型磨削技術(shù)[1]，該技術(shù)的提出有效解決了金屬結(jié)合劑砂輪由于金屬基把持力大而導(dǎo)致磨粒自銳性差的問題。隨著硬質(zhì)合金、工程陶瓷、光學(xué)玻璃、淬火鋼及半導(dǎo)體等硬脆材料日益廣泛的應(yīng)用，ELID鏡面磨削技術(shù)在現(xiàn)代制造領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。自ELID鏡面磨削技術(shù)問世以來，就得到了許多工業(yè)國家的高度重視，這些國家投入了大量的人力、物力進(jìn)行研究，并取得了一系列研究成果，如開發(fā)出ELID磨削反饋控制系統(tǒng)[2]、ELID磨削專用電源[3]、ELID磨削測量裝置[4]以及ELID納米級磨床等[5-6]。

在ELID鏡面磨削加工過程中，金屬結(jié)合劑砂輪通過碳刷與電源正極相連作為電解陽極,銅、碳等作為陰極與電源負(fù)極相連,在砂輪和電極的間隙中通入磨削液,電源、砂輪、磨削液、電極形成一個完整的電流回路，利用電化學(xué)反應(yīng)中的陽極溶解效應(yīng)對砂輪表層的金屬結(jié)合劑進(jìn)行電解去除,使磨粒露出金屬結(jié)合劑表面,達(dá)到對砂輪修整的目的[7]；同時形成一層氧化膜附著于砂輪表面,抑制砂輪過度電解,從而使砂輪始終以最佳磨削狀態(tài)連續(xù)進(jìn)行磨削加工。該技術(shù)將砂輪修整與磨削過程結(jié)合在一起,有效解決了金屬結(jié)合劑砂輪磨削過程中自銳性差的問題。目前，ELID鏡面磨削加工方式主要有以下幾種[8]：普通ELID鏡面磨削、間隙式ELID鏡面磨削、無電極ELID鏡面磨削、噴嘴式電極ELID鏡面磨削等。不論是哪一種ELID磨削方式，ELID磨削液的成分及配比都對工件加工質(zhì)量和加工效率起著極為關(guān)鍵的作用，對此，國內(nèi)外學(xué)者開展了一系列研究工作。本文對ELID磨削液的成分及配比進(jìn)行了詳細(xì)分析，闡述了磨削液對氧化膜的影響，介紹了國內(nèi)外關(guān)于ELID磨削液的研究進(jìn)展，并對ELID磨削液的下一步研究重點進(jìn)行了展望。

1 ELID磨削液成分及配比分析

1.1 ELID磨削液基本成分及作用

ELID磨削液中各成分對磨削加工的影響很大[9]，其成分主要有無機(jī)鹽、潤滑劑、極壓添加劑、防銹劑、防霉添加劑、消泡劑、表面活性劑等[10]。其常用成分見表1。

表1 ELID磨削液主要成分Tab.1 Main composition of ELID grinding fluid

各成分中，無機(jī)鹽磨削液冷卻效果好,導(dǎo)電能力強(qiáng),表面張力大,且無機(jī)鹽離子具有吸附作用,可使砂輪表面氧化膜的黏附性提高,故電解質(zhì)常由亞硝酸鹽、鉬酸鹽等無機(jī)鹽充當(dāng)。潤滑劑一般由機(jī)油、聚烯烴油、胺類等化合物組成[11]，它的加入可增加磨削液的油性，提高磨削液的滲透力,保證邊界潤滑膜強(qiáng)度，并形成耐高壓、耐高溫的潤滑膜,在加工過程中能起到有效的潤滑作用[12-13]。極壓添加劑的作用類似于潤滑劑，用以增強(qiáng)磨削液的極壓性,在金屬表面形成化學(xué)膜,保證邊界極壓潤滑[14]，它一般由硫、氯、磷等有機(jī)化合物和有機(jī)金屬化合物構(gòu)成。防銹劑分無機(jī)與有機(jī)兩種，無機(jī)防銹劑可使金屬表面生成不溶性氧化膜層或反應(yīng)膜層，阻止金屬的進(jìn)一步腐蝕，一般由磷酸鹽、硼酸鹽等組成；有機(jī)防銹劑主要因被吸附在金屬表面而起到增強(qiáng)防銹的作用，主要由羧酸鹽、磺酸鹽等組成。防霉添加劑可有效殺菌，防止細(xì)菌繁殖，便于磨削液的長時間保存，通常是胺類、苯酚類的混合物。在ELID精密磨削中，若磨削液中的泡沫過多，勢必會對加工造成影響，因此，需要使用高級醇類、硅油乳狀液等作為消泡劑來抑制和消除泡沫。表面活性劑可以減小磨削液的表面張力,提高潤滑性能,它容易與其他分子結(jié)合形成潤滑膜吸附于金屬表面,使磨削區(qū)產(chǎn)生潤滑效果，它一般由脂肪酸衍生物、硫醇酯系等構(gòu)成。ELID磨削液中沒有特定的冷卻劑，一般由基液與以上幾種成分共同充當(dāng)。其中，水溶液的導(dǎo)熱系數(shù)、質(zhì)量熱容比油的導(dǎo)熱系數(shù)、質(zhì)量熱容大得多，故水溶液的冷卻性能比油類要好[15]，可有效降低磨削區(qū)溫度，防止工件表面燒傷和產(chǎn)生熱裂紋[16]，因此，ELID磨削液一般是水基的。

1.2 ELID磨削液成分配比分析

ELID鏡面磨削加工質(zhì)量很大程度上取決于氧化膜的彈性、致密性、黏附性及絕緣性等性質(zhì)，而砂輪結(jié)合劑的種類又是決定氧化膜成分的首要因素。ELID鏡面磨削所用的砂輪結(jié)合劑主要有鑄鐵基結(jié)合劑、青銅基結(jié)合劑、非金屬結(jié)合劑等。鑄鐵結(jié)合劑砂輪成膜速度快、膜層較厚且均勻，使得其在ELID鏡面磨削中的加工精度及穩(wěn)定性要優(yōu)于青銅結(jié)合劑砂輪。一般來說，用于鑄鐵基砂輪的ELID磨削液不應(yīng)含強(qiáng)電解質(zhì)，且弱電解質(zhì)的濃度也不能過高，否則會導(dǎo)致在線電解作用過快,結(jié)合劑產(chǎn)生過強(qiáng)的陽極溶解去除作用,縮短砂輪使用壽命。

關(guān)佳亮等[17]配制了用于鑄鐵基砂輪的HDMY系列ELID磨削液，其成分配比見表2?？紤]到鑄鐵基砂輪電解速度較快的特點，該配方中沒有添加電解性能較強(qiáng)的強(qiáng)電解質(zhì)，且作為弱電解質(zhì)的弱堿鹽(亞硝酸鈉等)含量也很低，僅占整個溶液的0.4%～0.6%。

表2 鑄鐵基砂輪ELID磨削液配比Tab.2 Composition and mass fraction of ELID grinding fluid for cast iron bonded wheel

青銅結(jié)合劑砂輪雖然在成膜速度與膜層厚度方面不如鑄鐵基砂輪，但它在制造工藝方面要優(yōu)于鑄鐵基砂輪。為了解決青銅結(jié)合劑砂輪成膜能力差的問題，王樹啟等[18]針對青銅結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行了深入研究,并對幾組不同配比關(guān)系的磨削液進(jìn)行了電解及成膜能力實驗,通過對比發(fā)現(xiàn)，按表3中的配比進(jìn)行實驗，電解過程中電流減小速度快,穩(wěn)定電流小,砂輪表面生成的氧化膜較厚且黏附性強(qiáng),致密性好。

表3 青銅基砂輪ELID磨削液配比Tab.3 Composition and mass fraction of ELID grinding fluid for bronze bonded wheel

通過對比表2、表3發(fā)現(xiàn)，青銅結(jié)合劑砂輪ELID磨削液中不僅新增了強(qiáng)電解質(zhì)硝酸鈉，而且弱電解質(zhì)的含量也由原來的0.4%～0.6%提高到10%，同時，作為抑制電解作用的緩蝕劑磷酸氫二鈉和鈍化劑四硼酸鈉，含量均降低了1/4左右，這一系列的改變，目的就是提高青銅結(jié)合劑砂輪的成膜能力。

為減少對環(huán)境的金屬污染，學(xué)者們開發(fā)出一系列非金屬結(jié)合劑砂輪，它們的出現(xiàn)自然衍生了一系列用于ELID磨削加工的ELID磨削液。如針對以米糠和酚醛樹脂為原料的RB陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，新世紀(jì)加工系統(tǒng)公司開發(fā)出NX-CM2型弱導(dǎo)電性磨削液，將其稀釋50倍后對單晶硅、硬質(zhì)合金等材料進(jìn)行實驗，獲得了良好的加工效果[19]。另外，也有學(xué)者針對以竹炭粉、酚醛樹脂為原料制造的竹陶瓷結(jié)合劑砂輪，自行研制了HDMY-201型ELID磨削液，并進(jìn)行了不銹鋼工件的ELID磨削加工，加工過程中砂輪表面生成了致密性良好的氧化膜，工件加工后獲得了鏡面加工效果[20]。

2 磨削液對氧化膜的影響

2.1 ELID鏡面磨削中氧化膜的形成與控制

實踐教學(xué)內(nèi)容體系(表1)三個層次中，第一層次是基礎(chǔ)層次：通過英語聽說訓(xùn)練，學(xué)生能熟練地運(yùn)用英語進(jìn)行簡單的英語交流；通過計算機(jī)實訓(xùn)，讓學(xué)生掌握計算機(jī)的基本操作，能夠運(yùn)用計算機(jī)進(jìn)行單據(jù)的制作和文件處理。在學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課之前，帶領(lǐng)學(xué)生參觀當(dāng)?shù)氐耐赓Q(mào)企業(yè)，也可以邀請企業(yè)人士到學(xué)校為學(xué)生作報告，使學(xué)生對外貿(mào)業(yè)務(wù)流程有一個大體的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

ELID鏡面磨削過程中，砂輪表面會生成一層氧化膜，該氧化膜主要是通過非線性電解作用將砂輪最外層數(shù)十微米到幾百微米的部分改變性質(zhì), 使堅硬的砂輪結(jié)合劑變?yōu)榫哂幸欢◤椥浴⒑穸群鸵欢◤?qiáng)度的能容納大量微細(xì)磨料的氧化膜層[21-22]。在進(jìn)行粗磨時，磨粒出刃高度較大,磨粒固著在金屬結(jié)合劑基體上,氧化膜充滿在磨粒之間。氧化膜的主要作用是抑制金屬結(jié)合的過度電解并保持很好的容屑能力[23],所以希望氧化膜厚度小于磨粒尺寸,以保證砂輪具有良好的磨削性能。而在進(jìn)行精磨時，為使砂輪基體表層磨粒在磨削中不直接與工件接觸，此時希望砂輪表面覆蓋的氧化膜厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磨粒的出刃高度，這樣真正參與加工的將是富含磨粒且具有良好柔性的研磨膜。ELID鏡面磨削的兩種不同加工狀態(tài)是由磨粒尺寸與氧化膜厚度的比率決定的，為了獲得集磨削、研磨及拋光為一體的復(fù)合加工能力，需對氧化膜的厚度進(jìn)行控制。氧化膜厚度的控制主要是通過調(diào)整電解參數(shù)(包括脈沖電壓、脈沖電流、占空比等)和磨削工藝及參數(shù)[24](包括砂輪垂直進(jìn)給速率、采用間歇磨削加工等)來調(diào)節(jié)電解速率的，從而有效控制氧化膜的生成速度和厚度。用以上方法對氧化膜進(jìn)行控制時需要用到測量、反饋、數(shù)據(jù)采集及處理等裝置，對硬件要求較高，操作難度大[25]。如文獻(xiàn)[26-27]在ELID磨削中對氧化膜進(jìn)行控制時，就用到了LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、霍爾電壓傳感器件、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等一系列設(shè)備。除了上述方法，還可通過調(diào)節(jié)ELID磨削液濃度和流速來實現(xiàn)砂輪氧化膜厚度及均勻性的控制。

2.2 ELID磨削液對氧化膜的影響

ELID鏡面磨削過程中生成的氧化膜對抑制砂輪過度電解、保持砂輪最佳磨削狀態(tài)、提高磨削效率和砂輪使用壽命等方面有很大影響，所以研究ELID磨削液對氧化膜的影響是很有必要的。ELID磨削液的酸堿性、流速、成分及配比直接影響著砂輪表面氧化膜的生成速度、厚度、均勻性、致密性、黏附性以及絕緣性等。ELID磨削液的酸堿性主要影響氧化膜的成膜速度以及厚度。一般而言，金屬在中性或弱堿性溶液中的鈍化速度比在酸性溶液中的鈍化速度要快，且大多數(shù)金屬在堿性溶液中發(fā)生陽極反應(yīng)均生成氫氧化物或難溶鹽，這些物質(zhì)的溶解度很小，因此，可以在金屬基砂輪表面形成一層較厚的氧化膜。文獻(xiàn)[28-29]通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，ELID磨削液的pH值在9～10之間時，對砂輪表面氧化膜的生成速度和厚度較為有利。

除了酸堿性外，磨削液注入到砂輪與電極之間時的流速將對氧化膜的均勻性、黏附性及厚度等產(chǎn)生較大影響。不同的砂輪結(jié)合劑和磨削液成分對磨削液的注入速度有不同要求[30]。對于成膜速度快、膜層較厚的ELID磨削加工，宜選擇較低的流速，因為流速越快，對砂輪表面的沖擊力就會越大，沖擊力的增大將使受沖擊區(qū)域的氧化膜被流動的磨削液帶走，降低氧化膜的黏附性；同時，流速越大，波動性也越大，必然導(dǎo)致砂輪表面不同區(qū)域生成的氧化膜厚度不一致，會降低氧化膜的均勻性，從而降低加工精度。ISLAM等[31]應(yīng)用CG7型磨削液對硅片進(jìn)行電解磨削加工時，選擇的是31.41 L/h的低流速。與其他高流速相比，該流速下生成的氧化膜致密性更高，加工時磨削力有所減小。反之，對于成膜速度慢、膜層較薄的ELID鏡面磨削加工，就應(yīng)選擇較高的流速以增強(qiáng)磨削液的穿透能力，使陽極生成的金屬陽離子與ELID磨削液中的陰離子結(jié)合生成沉淀于砂輪表面的氫氧化物增加，以提高電解成膜速度和氧化膜厚度。QIAN等[32]和OHMORI等[33]應(yīng)用AFG-M型磨削液分別對圓柱軸承鋼和陶瓷進(jìn)行ELID鏡面磨削加工，選擇的都是20～30 L/min的高流速。在該流速下，砂輪表面成膜速度加快、膜層變厚，且加工表面的粗糙度達(dá)到了納米級。

磨削液成分及配比也是影響砂輪表面氧化膜性質(zhì),特別是氧化膜的致密度、絕緣性能及抵抗機(jī)械刮擦能力的重要因素之一[34]。不同成分的磨削液會產(chǎn)生不同性質(zhì)的氧化膜，對于含ClO3-、CrO3-、NO3-、CH3COO-、SO42-、Cl-等陰離子的磨削液，由于OH-離子的鈍化性強(qiáng)于它們，故這些磨削液在砂輪表面一般是生成氫氧化物，其中一部分氫氧化物脫水為氧化物，它們與溶液中其他化學(xué)劑的沉淀物一起形成一層復(fù)合膜，而且這層膜在磨削區(qū)高溫作用下,表層的氧化物發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化,呈現(xiàn)出由表層及里層梯度分布的特征[35]。ELID磨削液中的電解質(zhì)主要決定著電解成膜速度，在一定范圍內(nèi)隨著磨削液濃度的增大，對磨削液電解成膜的速度、質(zhì)量有積極的影響；但若超過這一范圍，磨削液會喪失成膜特性，使砂輪表面沒有氧化膜生成。這主要是因為電解氧化速率過快，砂輪表面形成較厚的氧化膜,由于氧化膜的強(qiáng)度和黏附性較低,在磨削力的作用下極易從砂輪表面剝落[36]。剝落的氧化膜和磨粒進(jìn)入磨削區(qū)域,會引起磨削表面污染和刮擦[37-38]。一般來說，ELID磨削液中的電解質(zhì)應(yīng)先考慮弱電解質(zhì)，以弱電解質(zhì)取代強(qiáng)電解質(zhì)作為磨削液的電解劑時,砂輪表面氧化膜致密性、成膜速度等性能(指標(biāo))較好,而且腐蝕性大大減小[39]。另外，磨削液中的其他添加劑對氧化膜也有著很大影響，如防銹劑在防銹的同時可以使氧化膜的硬度增大;冷卻劑不僅有冷卻的作用，而且能使氧化膜的厚度增加;沖洗劑可以提高氧化膜的生成速度等[40]。

3 ELID磨削液的改進(jìn)

ELID磨削液對磨削性能影響相當(dāng)大，在進(jìn)行ELID鏡面磨削時選擇合適的磨削液是很重要的[41]。同時，為了進(jìn)一步提高ELID鏡面磨削加工精度和加工表面質(zhì)量，國內(nèi)外學(xué)者對ELID磨削液進(jìn)行了一定的改進(jìn)研究。如樸承鎬等[42]對8種無機(jī)鹽進(jìn)行了對比實驗，分析了各組元對電解磨削液性能的影響并配制出具有實用價值的磨削液，用研制出的磨削液對砂輪進(jìn)行在線電解修銳后，對K9玻璃進(jìn)行ELID磨削實驗,實驗結(jié)果表明，加工表面的粗糙度達(dá)到0.023 60 μm。王樹啟等[18]針對青銅結(jié)合劑砂輪成膜能力較差的問題,對幾組不同配比關(guān)系的磨削液進(jìn)行了電解及成膜能力實驗,通過觀察電解過程電流的變化規(guī)律以及電解后陽極表面生成氧化膜的質(zhì)量,對磨削液的成膜特性進(jìn)行了評定,確定了磨削液配比優(yōu)化方案。

XIE等[47]在研究濕度、空氣等放電介質(zhì)對砂輪電解修銳的影響過程中，通過改變原有磨削液中添加劑的含量配制了WS60型磨削液。仇中君等[48]在以NaCl+Na3PO4為主體的磨削液中，通過調(diào)整添加劑的種類及配比，配制出電解速度高且防銹性能好的磨削液，較好地解決了電解性能與防銹能力之間的矛盾，并在實際應(yīng)用中取得了滿意的磨削效果。朱從容等[49]在研究ELID磨削硬質(zhì)合金的過程中，考慮到硬質(zhì)合金脆硬性的特點，通過對已有ELID磨削液進(jìn)行分析改進(jìn)，自行研制出EG-05型磨削液。周曙光等[50]自制了HDMY-200磨削液，并通過ELID內(nèi)圓磨削實驗證明，該磨削液能達(dá)到精密鏡面磨削的要求。楊黎健等[51]對軸承內(nèi)圈進(jìn)行ELID磨削時，在已有TJMX系列磨削液的基礎(chǔ)上研制了TJMX-V型ELID磨削液，該磨削液具有更好的成膜速度和膜層厚度。INADA等[52]在已有ELID磨削液中融入碳納米顆粒，研制出一種新型NCEC磨削液，應(yīng)用該磨削液加工砂輪表面，生成了一層厚200 nm且含有碳納米顆粒的氧化膜，碳納米顆粒的加入提高了氧化膜層的強(qiáng)度，使得加工更加平穩(wěn)，加工出的工件表面精度更高。

雖然以上學(xué)者開展了ELID磨削液改進(jìn)的探索性工作，但對于改進(jìn)后的ELID磨削液的成膜機(jī)理、成膜特性及氧化膜生成過程理論模型的建立等還缺乏系統(tǒng)性的研究。

4 研究展望

目前，國內(nèi)外學(xué)者在ELID專用磨削液研究方面取得了一系列的研究進(jìn)展，但隨著材料科學(xué)的快速發(fā)展，很多新型難加工材料需進(jìn)行精密與超精密加工，特別是在綠色制造和環(huán)保理念日益深入人心的大背景下，這必將對ELID磨削液提出更多新的、嚴(yán)格的要求。對此，筆者認(rèn)為在ELID專用磨削液的研究方面，有以下幾方面值得深入研究：

(1)深入開展納米技術(shù)在ELID磨削液中的應(yīng)用研究，通過在ELID磨削液中添加能改變氧化膜結(jié)構(gòu)和成分的納米顆粒，使生成的氧化膜具有更好的物理、力學(xué)性能，可進(jìn)一步提高加工精度和加工表面質(zhì)量。

(2)深入研究ELID磨削液中各成分的理化性質(zhì)，分析ELID磨削過程中氧化膜的成膜特性和成膜機(jī)理，開展氧化膜均勻性和厚度的有效控制研究，降低加工過程中的不穩(wěn)定性。

(3)建立針對不同砂輪結(jié)合劑的ELID磨削液數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)，有效實現(xiàn)ELID磨削加工過程中ELID磨削液配選以及電解工藝參數(shù)的優(yōu)化。

(4)研發(fā)出污染小、經(jīng)濟(jì)成本低的新型ELID磨削液，盡量減少有毒成分的使用，實現(xiàn)高性能、綠色化的ELID鏡面磨削加工。

[1] 張飛虎,朱波,欒殿榮,等.ELID磨削——硬脆材料精密和超精密加工的新技術(shù)[J].宇航材料工藝,1999,29(1):51-55. ZHANG Feihu,ZHU Bo, LUAN Dianrong,et al.ELID Grinding-A New Technology for Precision and Ultraprecision Machining of Hard and Brittle Materials[J].Aerospace Materials & Technology,1999,29(1):51-55.

[2] FATHIMA K, SCHINHAERL M, GEISS A, et al. A Knowledge Based Feedback Control System for Precision ELID Grinding[J].Precision Engineering, 2010,34(1):124 -132.

[3] 關(guān)佳亮,張代軍,王凡.實用新型ELID磨削電源的開發(fā)[J].現(xiàn)代制造工程,2006(6):109-111. GUAN Jialiang, ZHANG Daijun, WANG Fan. Development of New Practical Power Supply for ELID Grinding[J].Modern Manufacturing Engineering,2006(6):109-111.

[4] RAHMAN S,SALEH T,LIM H S,et al.Development of an On-machine Profile Measurement System in ELID Grinding for Machining Aspheric Surface with Software Compensation[J].International Journal of Machine Tools & Manufacture,2008,48(7):887- 895.

[5] OHMORI H, LIN W,KATAHIRAI K,et al. Development History and Variation of Precision and Efficient Machining Assisted with Electrolytic Process Principle and Applications[C]//The First International ELID Grinding Conference. Changsha,2008:1-5.

[6] SALEH T, RAHMAN M S, LIM H S, et al. Development and Performance Evaluation of an Ultra-precision ELID Grinding Machine[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2007,192/193(10):287-291.

[7] ZHANG F H , QIU Z J , KANG G W , et al. High Efficiency ELID Grinding of Garnet Ferrite [J].Journal of Materials Processing Technology,2002,129(1/3): 41-44.

[8] 尹韶輝，曾憲良，范玉峰,等.ELID鏡面磨削加工技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國機(jī)械工程，2010,21(6):750-755. YIN Shaohui, ZENG Xianliang, FAN Yufeng, et al. Research Progresses of ELID Mirror Grinding Technology[J].China Mechanical Engineering，2010,21(6):750-755.

[9] EBBRELL S, WOOLLEY N H, TRIDIMAS Y D, et al.The Effects of Cutting Fluid Application Methods on the Grinding Process[J]. International Journal of Machine Tools& Manufacture,2000,40(2):209-223.

[10] HANSKURT T, THOMAS F.In-process Dressing of Fined Diamond Wheels for Tool Grinding[J]. Precision Engineering,2000,24(1):58-61.

[11] 魏源遷，錢怡,張愛玲，等.微量油膜附水滴磨削液的研究[J].中國機(jī)械工程,2004,15(8):675-677. WEI Yuanqian, QIAN Yi, ZHANG Ailing, et al. Research on Grinding Fluids of Minimum Oils on Water[J].China Mechanical Engineering,2004,15(8):675-677.

[12] WANG Yaogang, LI Changhe, ZHANG Yanbin, et al. Experimental Evaluation of the Lubrication Properties of the Wheel/workpiece Interface in MQL Grinding with Different Nanofluids[J].Tribology International，2016,99:198-210.

[13] HAJIAN M，RAZFAR M R，MOVAHED S. An Experimental Study on the Effect of Magnetic Field Orientations and Electrolyte Concentrations on ECDM Milling Performance of Glass[J].Precision Engineering,2016,45:322-331.

[14] MONICI R D，BIANCHI E C，CATAI R E, et al. Analysis of the Different Forms of Application and Types of Cutting Fluid Used in Plunge Cylindrical Grinding Using Conventional and Super-abrasive CBN Grinding Wheels[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture,2006,46(2):122-131.

[15] WINTER M, BOCK R, HERRMANN C. Investigation of a New Polymer-water Based Cutting Fluid to Substitute Mineral Oil Based Fluids in Grinding Processes[J]. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology,2013,6(4):254-262.

[16] JIN T,STEPHENSON D J,XIE G J.Investigation on Cooling Efficiency of Grinding Fluids in Deep Grinding[J].CIRP Annals Manufacturing Technology,2011,60(1):343-346.

[17] 關(guān)佳亮，郭東明, 周曙光，等. ELID鏡面磨削技術(shù)新磨削液的研制[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2001(5):28-29. GUAN Jialiang, GUO Dongming, ZHOU Shuguang,et al. Research on New Grinding Fluid of ELID Mirror Surface Grinding Technology[J].Manufacturing Technology & Machine Tool,2001(5):28-29.

[18] 王樹啟,黃紅武,尚振濤，等.在線電解修銳(ELID)磨削液的成膜特性實驗研究[J].精密制造與自動化，2005(4):14-16. WANG Shuqi, HUANG Hongwu, SHANG Zhentao,et al. Experimental Study on the Film Forming Properties of the Electrolytic Dressing(ELID) Grinding Fluid[J].Precise Manufacturing& Automation,2005(4):14-16.

[19] 根本昭彥，蔣修治.環(huán)保型ELID磨削用RB陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的開發(fā)[J].超硬材料工程,2005,17(4):40-46. GENBEN Zhaoyan,Jiang Xiuzhi. Development of RB Ceramic Bond Diamond Grinding Wheel for Environmental Protection ELID Grinding [J].Super-hard Material Engineering,2005,17(4):40-46.

[20] 于天明，李偉.環(huán)保型砂輪燒結(jié)工藝及其磨削性能研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2009. YU Tianming,LI Wei. Study on Sinter Process and Grinding Performance of Environmental Friendly BCB Grinding Wheel[D].Hangzhou:Zhejiang University of Technology,2009.

[21] FATHIMA K, SCHINHAERL M，GEISS A，et al. Wear Analysis of Electrolytically Dressed Wheels for Finishing Substrate Materials [J].Tribology International,2010,43(1/2):245-251.

[22] 朱波，袁哲俊，張飛虎，等.ELID超精密磨削鋼結(jié)硬質(zhì)合金及其表面質(zhì)量分析[J].中國機(jī)械工程,2000,11(8):866-868. ZHU Bo, YUAN Zhejun, ZHANG Feihu, et al. Analysis of Surface Quality of Steel Bonded Carbide in Ultra-precision Grinding of ELID [J]. China Mechanical Engineering,2000,11(8):866-868.

[23] LIM H S, FATHIMA K, KUMAR A S, et al. A Fundamental Study on the Mechanism of Electrolytic In-process Dressing (ELID) Grinding[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture,2002,42(8):935-943.

[24] 李偉，詹方勇，徐敏界. ELID磨削的智能加工技術(shù)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015,43(1)：39-42. LI Wei, ZHAN Fangyong, XU Minjie. Fuzzy Control Theory and Technique of ELID Grinding[J]. Journal of Zhejiang University of Technology,2015,43(1):39-42.

[25] 王黨利,馬保吉,寧生科.ELID磨削預(yù)修銳階段砂輪表面氧化膜厚度測量及生長特性[J].中國機(jī)械工程,2012,23(18):2173-2207. WANG Dangli, MA Baoji, NING Shengke. Thickness Measurement and Growth Behaviors of Oxide Layer on grinding Wheel Surface in Pre-dressing Process of ELID[J].China Mechanical Engineering,2012,23(18):2173- 2207.

[26] ZHANG Kaifei，REN Chengzu, YANG Y, et al. Precision Internal Grinding of Bearing Steel Based on the State Control of Oxide Layers with Electrolytic In-process Dressing [J]. Journal of Materials Processing Technology,2012,212(7):1611-1621.

[27] WU M L, ZHANG Kaifei, REN Chengzu. Study on the Non-uniform Contact during ELID Groove Grinding[J].Precision Engineering,2014,39:116-124.

[28] OHMORI H, KATAHIRA K, AKINOU Y, et al. Investigation on Grinding Characteristics and Surface Modifying Effects of Biocompatible Co-Cr Alloy[J].Annals of the CIRP,2006,55(1): 21-25.

[29] KATAHIRA K, OHMORI H, UEHARA Y, et al. ELID Grinding Characteristics and Surface Modifying Effects of Aluminum Nitride (AlN) Ceramics[J]. International Journal of Machine Tools& Manufacture,2005,45(7/8):891-896.

[30] IRANI R A, BAUER R J, WARKENTIN A. A Review of Cutting Fluid Application in the Grinding Process[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture,2005,45(15):1696-1705.

[31] ISLAM M M，KUMAR A S, BALAKUMAR S, et al. Performance Evaluation of a Newly Developed Electrolytic System for Stable Thinning of Silicon Wafers[J].Thin Solid Films,2006,504(1):15-19.

[32] QIAN Jun, LI Wei, OHMORI H. Cylindrical Grinding of Bearing Steel with Electrolytic In-process Dressing[J].Precision Engineering,2000,24(2):153-159.

[33] OHMORI H,TAKAHASHI I, BANDYOPAD-HYAY B P.Ultra Precision Grinding of Structural Ceramics by Electrolytic In-process Dressing(ELID) Grinding [J].Journal of Materials Processing Technology,1996,57(3/4):272-277.

[34] 張飛虎, 張春河, 歐海濤，等.在線電解修整鏡面磨削中砂輪耐用度的研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1999,31(6):9-11. ZHANG Feihu，ZHANG Chunhe, OU Haitao. et al. Life of Grinding Wheel during ELID Mirror Surface Grinding[J].Journal of Harbin Institute of Technology,1999,31(6):9-11.

[35] 鄶吉才,張飛虎,張勇.ELID磨削砂輪表面氧化膜力學(xué)性能[J].納米技術(shù)與精密工程,2010,8(5):447-451. KUAI Jicai, ZHANG Feihu, ZHANG Yong. Mechanical Properties of Oxide Film on Grinding Wheel Surface[J]. Nano Technology and Precision Engineering,2010,8(5):447-451.

[36] 朱育權(quán),馬保吉,STEPHENSON D J. ELID超精密磨削砂輪表面氧化膜形成行為的實驗研究[J].鑄造技術(shù),2008,29(8):1113-1115. ZHU Yuquan, MA Baoji, STEPHENSON D J. Experimental Study on the Growth Behaviors of Oxide Layers in ELID Pre-dressing Process[J]. Foundry Technology,2008,29(8):1113-1115.

[37] FATHIMA K, KUMAR A S, RAHMAN M, et al. A Study on Wear Mechanism and Wear Reduction Strategies in Grinding Wheels Used for ELID Grinding [J].Wear,2003,254(12):1247-1255.

[38] LEE E S.The Effect of Optimum in Process Electrolytic Dressing in the Ultra Precision Grinding of Die Steel by A Super-abrasive Wheel[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture.2002,16(11):814-821.

[39] 關(guān)佳亮，郭東明，袁哲俊. ELID鏡面磨削中砂輪生成氧化膜特性及其作用的研究[J].機(jī)械工程學(xué)報，2000,36(5):89-92. GUAN Jialiang, GUO Dongming, YUAN Zhejun. Study on Characteristics and Function of Oxide Film of Grinding Wheel in ELID Mirror Grinding[J].Journal of Mechanical Engineering,2000,36(5):89-92.

[40] 關(guān)佳亮，郭東明，袁哲俊. ELID鏡面磨削砂輪氧化膜生成機(jī)理[J].中國機(jī)械工程,1999,10(6):630-632. GUAN Jialiang, GUO Dongming, YUAN Zhe jun. Formation Mechanism of Oxide Layer on ELID Mirror Surface Grinding Wheels[J].China Mechanical Engineering,1999,10(6):630-632.

[41] ALBERDI R, SANCHEZ J A, POMBO I, et al. Strategies for Optimal Use of Fluids in Grinding[J].International Journal of Machine Tools & Manufacture,2011,51(6):491-499.

[42] 樸承鎬, 喬宏, 李杰，等. 在線電解修整磨削的電解磨削液研制[J].光學(xué)技術(shù),2001,27(1):57-62.PIAO Chenghao, QIAO Hong，LI Jie, et al. The Development of Electrolyte Grinding Fluid on Grinding with Electrolyte In-process Dressing[J].Optical Technique,2001,27(1):57-62.

[43] YIN Shaohui, OHMORI H, DAI Yutang, et al. ELID Grinding Characteristics of Glass-ceramic Materials[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture,2009,49(3/4):333-338.

[44] YIN Shaohui, MORITA S Y, OHMORI H, et al. ELID Precision Grinding of Large Special Schmidt Plate for Fibre Multi Object Spectrograph for 8.2 m Subaru Telescope[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2005,45(14):1598-1604.

[45] 史興寬，原京庭,任敬心，等.鑄鐵結(jié)合劑微粉金剛石砂輪的在線電解修整的試驗研究[J]. 航空學(xué)報,1997,18(5):611-614. SHI Xingkuan, YUAN Jingting, REN Jingxin, et al. Experimental Study on Electrolytic In-process Dressing of Cast-iron Bonded Micro Abrasive Diamond Wheel[J].Acta Aeronautica Et Astronautica Sinica,1997,18(5):611-614.

[46] STEPHENSON D J, VESELOVAC D, MANLEY S, et al. Ultra Precision Grinding of Hard Steels[J]. Precision Engineering,2001,25(4):336-345.

[47] XIE J, TAMAKI J. An Experimental Study on Discharge Mediums Used for Electro-contact Discharge Dressing of Metal-bonded Diamond Grinding Wheel[J]. Journal of Materials Processing Technology,2008,208(1/3):239-244.

[48] 仇中君，張飛虎，謝大綱. ELID專用磨削液的研究[J].工具技術(shù),2000,34(8):12-14. QIU Zhongjun, ZHANG Feihu, XIE Dagang. Study on Special Grinding Fluid for ELLD Grinding[J].Tool Engineering,2000,34(8):12-14.

[49] 朱從容，李偉，于天明. 鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪ELID磨削硬質(zhì)合金的性能研究[J].金剛石與磨料磨具工程,2008(6):5-8.

ZHU Congrong, LI Wei, YU Tianming. Performance of Cast-iron Bonded Diamond Wheels in ELID Grinding Cemented Carbide[J]. Diamond & Abrasives Engineering,2008(6):5-8.

[50] 周曙光,關(guān)佳亮，郭東明.ELID鏡面磨削技術(shù)應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機(jī)床, 2001(6):37-39. ZHOU Shuguang, GUAN Jialiang, GUO Dongming,et al. Application of ELID Mirror Grinding Technology[J].Manufacturing Technology & Machine Tool,2001(6):37-39.

[51] 楊黎健,任成祖,靳新民.軸承套圈內(nèi)圓在線電解修整磨削試驗[J].中國機(jī)械工程,2011,22(2):212-214. YANG Lijian, REN Chengzu, JIN Xinmin.Internal Cylindrical ELID Grinding Experiment of Bearing Rings[J].China Mechanical Engineering,2011,22(2):212-214.

[52] INADA A，MIN S，OHMORI H. Micro Cutting of Ferrous Materials Using Diamond Tool under Ionized Coolant with Carbon Particles[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology,2011,60(1):97 -100.

(編輯 陳 勇)

Research Status and Perspectives of ELID Grinding Fluid

WU Qiaoping1,2WANG Yu1QU Wei1DENG Zhaohui1,2

1.Institute of Intelligent Manufacturing, Hunan University of Science and Technology,Xiangtan, Hunan,411201 2.Hunan Province Key Laboratory of High Efficiency and Precision Machining of Difficult to Machine Materials, Xiangtan,Hunan,411201

As a low cost and high efficiency ultra-precision processing method, ELID mirror grinding technology played an important role in the field of modern mechanical manufacturing. The formation rate, compactness, adhesion and insulation of the oxide layer were decided by the composition and ratio of grinding fluid, which was the key technology in ELID grinding processes. This paper mainly introduced the composition of ELID grinding fluids, the influences of grinding fluids on the oxide layers and the improvements of ELID grinding fluids, and the next step of the research of ELID grinding fluids was prospected.

electrolytic in-process dressing(ELID) mirror grinding technology；ELID grinding fluid；oxide layer；film forming characteristic

2016-08-16

國家自然科學(xué)基金資助項目(51575179, 51205126)；湖南省自然科學(xué)基金青年人才聯(lián)合培養(yǎng)項目(12JJB006)

TG580

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.09.020