粘结磁性磨料制备及其研抛加工研究

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1、http://www.paper.edu.cn1粘结磁性磨料制备及其研抛加工研究孟利，阎秋生，高伟强，邱腾雄，唐振宇广东工业大学，广州（510090）E-mail：himengli@gmail.com摘要：采用粘结法制备磁性磨料，磁性磨料粒度为40目时研磨效果最佳，用于模具钢的磁性研磨原始表面Ra1.87微米经过4分钟加工可降低到Ra0.4微米左右。氧化铝磁性磨料比碳化硅磁性磨料具有更好的耐用度，持续研磨加工时间可达16分钟，研磨初期工件表面粗糙度快速降低，之后降低趋于平缓。采用由粗到细的磁性磨料分步加工可有效降低表面粗糙度值、缩短加工时间，原始表面Ra2.09

2、2微米经过40目、60目、80目磁性磨料各加工4分钟后粗糙度可以达到Ra0.11微米。关键词：磁性研磨，粘结磁性磨料，模具钢1.引言磁性研磨作为近年发展起来的一种光整加工工艺，在零件加工中日益得到广泛应用。研磨加工过程中材料的去除作用是依靠磁性磨料在磁场磁力作用下完成的，磁性研磨技术的研究可以归结为三方面：研磨设备、磁性磨料、工艺参数，其中具有良好导磁性和磨削性能的[1]磁性磨料是实现磁性研磨加工的关键。用于磁性研磨加工的磁性磨料是由铁磁性材料颗粒和硬质磨料颗粒以一定工艺合成的，磁性磨料的特点突出表现在磨粒具有导磁和切除二重性，在磁场作用下既要产生足够的磁感应力

3、又能够产生切削作用。磁性磨料沿磁力线排列形成“磁串”继而聚集成为“磁刷”，具有高浓度硬质磨料整体保持一定柔性，其研磨加工效果与磨料成分、颗粒尺寸、磁场强度、加工间隙、被加工工件材质等诸多因素密切相关，并以被加工面表面粗糙度和磨料的有效使用时[2,3]间来衡量。磁性磨料的制造方法很多，不同方法制造出的磁性磨料性能也不同。通过对各种制备方法的分析以及对每种磁性磨料的使用性能、制造难易程度、成本和耐用度、加工效率的综合考虑，首先对性价比高、制造工艺相对简单的粘结磁性磨料进行了研究，分别制备了氧化铝与碳化硅复合磨料并分析了其特性。2.粘结法制备磁性磨料2.1粘结法工艺粘

4、结法是用粘结剂将一定比例混合均匀的铁磁材料和磨料粘结为一体，通过粉碎制成磁性磨料。由于不需要预先压制成块，不需要含有惰性气体的电炉、激光机等设备，粘结法具[4]有制备方法简单，加工成本低，研磨性能较高等优点。其工艺过程如下：图1粘结法工艺流程示意图1本课题得到广州市科技计划项目(2005Z3-D0021)、广东省科技计划项目（2005B50101018)和高等学校博士点学科专项科研基金（20060562005）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn2.2粘结制备实验在粘结工艺过程中，有一些技术要求需要注意：（1）配比的选择磁性磨料中的主要成

5、分是纯铁粉和磨料粉，其中铁粉的含量决定了磁场保持力的大小。铁粉含量过多，将带来研磨压力的增大，造成表面粗糙度值的增大而降低了被加工工件的表面质量；过少，则磁场保持力大幅减小，从而使磁性磨料飞离出加工区域。根据资料介绍常用的配比是4：1（质量比），这也是本研究实验中所采用的比例。（2）制取混粉。纯铁粉与磨料的混合要求均匀，尽可能减少偏析。（3）制取结合剂。结合剂应使磁性磨料既有良好的磨削性能，又不使基体与磨料分离。一般选用环氧树脂和聚胺树脂，按一定质量比混合并搅拌均匀。（4）固化工艺。固化是胶粘剂通过化学反应或物理作用而变成固体，并具有一定强度的过程。只有固化完全

6、，强度才会最好。所以采取适当的工艺方法使结合剂固化完全，才能保证良好的粘结强度。根据以上几点技术要求，我们尝试了不同的制备工艺（见表1），并通过研磨加工验证磁性磨料的性能，试图寻求最优工艺。表1磁性磨料制备工艺优化实验通过优化实验可知，No.3中所采用的各实验参数制备的磁性磨料性能良好，据此我们确定了最终的磨料制备工艺方案如表2所示，图2为粘结氧化铝磁性磨料的微观结构图。表2磨料制备方案由图2可以看出，粘结磁性磨料的微观结构分布较好，磨料被铁基材料紧密地粘裹在一起，而且分布在铁基材料上磨料的切削棱角也比较突出。按照以上工艺方法分别制备了氧化-2-http://w

7、ww.paper.edu.cn铝基和碳化硅基磁性磨料。图2Al2O3磁性磨粒的SEM照片3.粘接法制备磁性磨料的研磨性能对采用以上工艺方法制备的粘接磁性磨料直接进行磁性研磨加工实验进行性能分析，对比所加工表面的粗糙度和磨料耐用度。3.1试验装置及实验条件磁性研磨装置由数控铣床改造而成。励磁线圈的磁极采用工业纯铁制作，安装在机床主轴上，作为研磨工具基体吸附并带动磁性磨料作旋转运动，研磨过程中工件装夹在工作台上由CNC系统控制运动，实验装置如图3所示。用SRM-1(F)表面粗糙度测量仪测量研磨前后工件的表面粗糙度值，便于对研磨效果的对比分析。实验基本条件如表3所示。

8、图3普通铣床改制的磁性研