CN1097504C - 磁性研磨磨具及其制备 - Google Patents
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Abstract
一种磁性研磨磨具及其制备，属于机械零件精加工领域。主要应用于各种成形表面、异性曲面和带有不同尺寸沟槽的微小零件表面的精密光整加工及其去除毛刺。其特征是一种主要由磨料粉、结合剂和铁磁体构成的既具有良好导磁性能，又具有较强切削能力和抛光作用的微小颗粒状复合磁性研磨材料。具有制作工艺简单、生产成本低、加工质量稳定的优点，可以替代进口磨具，填补磁性研磨磨具生产技术的国内空白，解决了磁性研磨加工技术在我国推广应用的一大难题。
Description
技术领域
本发明磁性研磨磨具及其制备属于机械零件精密表面光整加工的技术领域。具体来讲，涉及一种磁性研磨的材料制备及其加工技术的范畴。
背景技术
随着机械产品质量的不断提高，迫切需要解决的问题，就是提高零件的表面质量，有效改善零件的使用性能，以达到延长零件使用寿命的目的。而零件的形状是千变万化的，由于材料不同、形状各异、结构复杂，许多零件的表面精加工问题难以解决。因而，制约了产品质量的进一步提高。目前，一些异性零件表面、带有各种细小沟槽的内外圆零件表面的精加工，只能采用手工的方法来完成，加工效率低，加工质量不稳定，工人劳动强度大，而且环境污染严重。因此，解决这些零件的表面质量问题，则成为急待攻克的主要课题。
目前，磁性研磨加工技术已成功地应用于许多高新技术领域，可以实现去除毛刺、提高零件表面质量的目的。例如，不锈钢净气瓶的内壁研磨、塑料透镜的研磨、细长轴类陶瓷的精磨加工，以及液压滑阀、中凸变椭圆铝合金活塞、轴承环及内外圈轨道、缝纫机用异性小零件、各种复杂刀具等零件表面的光整加工及去除毛刺，解决了零件表面的质量问题。
然而，作为磁性研磨加工技术的重要组成部分，磁性研磨磨具在我国还不能生产制作，磁性研磨磨具的制备工艺和制备技术仍属空白。国际上，也只有日本、保加利亚等少数几个国家开发研制磁性研磨磨具，并能小批量生产。生产方法主要是烧结法，采用的原料有：(1)具有良好导磁性能的铁磁体(纯铁粉)，(2)具有较强切削能力的磨料粉(氧化铝、碳化硅等)。加工工艺如下：将纯铁粉(80％)和氧化铝或碳化硅(20％)均匀混合后，压制成毛坯，然后送入真空或通有惰性保护气体的密封烧结炉内，在1300℃的高温和5MPa的压力下，烧结一定时间后，经粉碎、筛选获得产品。其结构是以微小的磨料颗粒均匀分布在铁磁体中，形成一定尺寸的磁性磨粒颗粒群。这种工艺，由于对烧结温度、烧结时间、烧结气氛及粉末性能的要求均很高，而且需要高温、高压设备，造成了工艺复杂、操作困难，生产环境差。同时生产成本很高，每千克高达850元人民币，难以推广应用。
发明内容
本发明磁性研磨磨具及其制备的目的在于：
1填补磁性研磨磨具这一产品的国内空白，完全替代进口产品；
2实现各种内外圆表面、成形表面、异性曲面、带有不同尺寸细小沟槽的铝合金零件以及其他用传统方法无法精加工的零件表面的精密研磨加工；
3有效降低零件的表面粗糙度值，去除棱边毛刺，改善零件表面应力状况，提高零件表面硬度，从而使零件的表面配合性、表面传导性、表面密封性及使用寿命得以大幅度提高；
4促进磁性研磨加工技术的迅速推广，使一些传统落后的光整加工方法更新换代，用现代文明的生产方式促使新技术，新工艺的推广与应用；
5提供一种制成工艺简单、生产成本低廉、加工效率高、加工效果好、易于实现大批量生产的磁性研磨磨具的制成方法及其加工技术；
6有一定的国际市场竞争能力，进一步开发研究后，可以打入国际市场，取得良好的经济效益和社会效益，为国家创造外汇收入。
本发明磁性研磨磨具，其特征在于是一种主要由磨料粉、结合剂和铁磁体组成的微小颗粒状复合磁性研磨材料，粒度范围(60-140)#。各组分的重量百分比分别为：磨料粉(16-19)％，粒度范围(300-400)#和微粉，耐高温环氧树脂(5-7.5)％，硅树脂(2.54)％，固化剂(1.3-2.3)％，纯铁粉(66.8-74)％，粒度范围为(140-200)#，其余为杂质。制备工艺如下：
(I)第一，严格精选铁磁体材料和磨料材料，铁磁体粒度(140-200)#，磨料粉粒度(300-400)#和微粉，且粒度要求均匀；第二，结合剂应耐300℃的高温；(II)按磨料粉与铁磁体重量比为1∶4，分别称量两种物料；(III)将称量好的两种物料装入混料设备的装料筒中，密封进料口，以(10-20)r/min的转速混合(6-10)小时；(IV)结合剂的配制，首先按结合剂重量与混合料重量之比为2∶15计算结合剂的总重量，然后再按2∶1∶0.5的重量比分别称量环氧树脂、硅树脂和固化剂三组分，进行均匀混合搅拌；(V)将混合均匀的结合剂和混合料倒入一大容器中，进行均匀搅拌至混合料和结合剂完全湿润，融为一体时，将其制作成直径为(30-50)mm的团状块；(VI)将粘结好的团状块放置于干燥、避光的环境中，并施加(0.1-0.3)MPa的压力，在室温下固化24小时左右；(VII)利用粉碎设备进行粉碎，然后用标准筛网将其按使用要求，分选成60#、80#、100#、120#、140#的粒度系列，以满足粗研磨加工、半精研磨加工和精密研磨加工的要求即可。
本发明制成的磁性研磨磨具，主要区别在于原材料的选择上，比烧结磨具增加了一种结合剂。尽管这样，这种结合剂的存在却具有以下两个方面的重要作用。第一，将混合均匀的铁磁体和磨料粉粘结成一个整体，使磨料颗粒均匀分布于铁磁体中，从而替代了真空或保护气体烧结的复杂工艺过程，简化了操作规程，省去了高温、高压设备，从而大幅度降低了生产成本；第二，该结合剂本身具有良好的抛光作用，使加工后工件表面的光泽度和光亮度明显好于烧结磨具。
本发明制成的磁性研磨磨具，借助于磁性研磨的加工设备，实现了对机械零件的内外圆表面、成形表面、异性曲面、带有不同尺寸和形状沟槽的微小零件表面、棱边和各种圆角根部的表面精密研磨加工和去除毛刺，加工效果良好。加工后零件表面粗糙度值可在原有基础上下降2-3级，Ra值达到了0.2μm以下，对于沟槽棱边、凹坑表面的毛刺去除效果也很理想。而生产工艺简单，生产成本低廉，每千克160元人民币，价格不到进口磁性磨具的五分之一。
具体实施方式
制备实例1 首先按磨料粉与纯铁粉的重量比为1∶4称量：300#氧化铝0.1千克、140#纯铁粉0.4千克，进行均匀混料6小时；然后称量结合剂各组分的重量：耐高温环氧树脂0.038千克、硅树脂0.019千克、固化剂0.0095千克，进行充分搅拌至没有筋状物存在时，再与混合料倒入一起，进行均匀搅拌直到混合料被完全湿润方可粘结，然后在室温下加0.2MPa固化24小时，粉碎筛选为60#、80#两种粒度。用于粗研磨加工和半精研磨加工。
制备实例2 首先按磨料粉与纯铁粉的重量比为1∶4称量：400#氧化铝0.5千克、180#纯铁粉2千克，进行均匀混料7小时；然后称量结合剂各组分的重量：耐高温环氧树脂0.19千克、硅树脂0.095千克、固化剂0.048千克，进行充分搅拌至没有筋状物存在时，再与混合料倒入一起，进行均匀搅拌直到混合料被完全湿润方可粘结，然后在室温下加压0.3MPa固化24小时，粉碎筛选为100#、120#两种粒度。用于精密研磨加工。
制备实例3 首先按磨料粉与纯铁粉的重量比为1∶4称量：W20碳化硅0.25千克、200#纯铁粉1千克、进行均匀混料6小时；然后称量结合剂各组分的重量：耐高温环氧树脂0.095千克、硅树脂0.05千克、固化剂0.024千克，进行充分搅拌至没有筋状物存在时，再与混合料倒入一起，进行均匀搅拌直到混合料被完全湿润方可粘结，然后在室温下加压0.2MPa固化24小时，粉碎筛选成粒度为120#、140#两种。用于超精研磨加工。
加工实例1 工件表面光整加工
实验条件
| 工件材料及规格 | 淬火钢 ￠＝40mm 1＝260mm |
| 原始粗糙度 | Ra＝1.1μm |
| 磁性研磨磨具及规格 | Al2O3系列 100#(149μm) |
| 添加剂 | 1号添加剂 |
实验数据
| 加工时间 | 加工间隙 | 磁感应强度 | 工件相对运动速度 | 工件相对振动振幅 | 工件相对振动频率 |
| t＝3min | Δ＝3mm | B＝1.2T | V＝76.7m/min | a＝15mm | f＝2.3Hz |
加工效果：加工后工件表面粗糙度值Ra＝0.22μm，且表面光亮，机械性能良好。
加工实例2 工件表面去除毛刺
工件材料及规格：铝合金精密外圆表面 ￠×1＝15×50(mm)
加工要求：去除不同尺寸沟槽棱边的毛刺(共6处)，沟槽的尺寸如下：B×L＝2×30(mm)、4×15(mm)，沟槽末端带有直径为4mm的小圆孔。
加工效果：优选加工参数后进行加工，加工时间共10分钟。加工后零件表面光亮，各沟槽表面、圆孔表面毛刺全部去除，而且不破坏零件原有精密表面的几何尺寸精度。
通过各种加工性能测试实验验证和用户应用评价，本发明磁性研磨磨具及其制备主要具有以下一些优点：
1在磁性研磨加工设备的磁场装置中，具有很强的导磁性能，产生的研磨压力也很大，因此金属去除量大，加工效率高；
2由于不需要特殊设备，而且生产工艺简单、生产周期短、对工人的技术水平要求不高、易于实现大批量生产，因此产品成本低，具有较强的国际国内市场的竞争能力。
3无腐蚀、无废液、无污染，生产环境好；同时因为不需要高耗能的烧结和冷却设备，因此节省能源，利于环保；
4解决了一些零件高精度加工方法的难题，可在一定程度上替代现有的手工生产方式，减轻工人的劳动强度，改善工人的工作环境；
5加工后不仅零件的表面粗糙度可以有效下降两级以上，Ra值达到0.2μm以下，机械性能也明显好于加工前，因此加工后零件的表面质量高；而且，由于结合剂所特有的抛光作用，使加工后零件表面的光泽度、光亮度好于进口磨具。
Claims (4)
1一种磁性研磨磨具，其特征在于是一种主要由磨料粉、结合剂和铁磁体组成的微小颗粒状复合磁性研磨材料，粒度为(60-140)#，各组分重量百分比分别为：磨料粉(16-19)％，耐高温环氧树脂(5-7.5)％，硅树脂(2.5-4)％，固化剂(1.3-2.3)％，纯铁粉(66.8-74)％，其余为杂质。
2一种磁性研磨磨具的制备工艺，其具体步骤为：(I)第一，严格精选铁磁体材料和磨料粉材料，铁磁体粒度(140-200)#，磨料粉粒度(300-400)#和微粉，且粒度要求均匀；第二，结合剂应耐300℃的高温；(II)按磨料粉与铁磁体重量比为1∶4，分别称量两种物料；(III)将称量好的两种物料装入混料设备的装料筒中，密封进料口，以(10-20)r/min的转速混合(6-10)小时；(IV)结合剂的配制，首先按结合剂重量与混合料重量之比为2∶15计算结合剂的总重量，然后再按2∶1∶0.5的重量比分别称量环氧树脂、硅树脂和固化剂三组分，进行均匀混合搅拌；(V)将混合均匀的结合剂和混合料倒入一大容器中，进行均匀搅拌至混合料和结合剂完全湿润，融为一体时，将其制作成直径为(30-50)mm的团状块；(VI)将粘结好的团状块放置于干燥、避光的环境中，并施加(0.1-0.3)MPa的压力，在室温下固化24小时左右；(VII)利用粉碎设备进行粉碎，然后用标准筛网将其按使用要求，分选成60#、80#、100#、120#、140#的粒度系列，以满足粗研磨加工、半精研磨加工和精密研磨加工的要求即可。
3按照权利要求2所述的一种磁性研磨磨具的制备工艺，其特征在于磨料粉的材料有：氧化铝、碳化硅和金刚石。
4按照权利要求2所述的一种磁性研磨磨具的制备工艺，其特征在于铁磁体材料为纯铁粉。
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