CN1131290C - 热压烧结法制备磁性磨料 - Google Patents

Abstract

热压烧结法制备磁性磨料，涉及到材料和机械零件精加工领域。所谓热压烧结法是指将具有磁性的铁粉、棕刚玉粉，白刚玉粉、CBN和金刚石微粉等超硬磨料和使铁粉与超硬磨粒在高温高压下可靠结合的结合剂相混合，装模后，在不需要还原气氛的条件下进行热压烧结，冷却、粉碎、过筛的一种工艺过程。其工艺简单，成本低，生产出的磁性磨料加工质量稳定，经实际验证完全可代替进口。为磁性研磨加工技术的深入研究、推广、应用奠定了坚实的基础，具有广泛的应用前景和很好的经济效益。

Description

热压烧结法制备磁性磨料

本发明属于机械零件表光整加工技术领域，具体而言涉及到一种磁性研磨磨料的制备方法。

磁性磨料，也称磁磨粉，是一种运用于零件表面精密研磨加工的磨具这种磁磨粉的制作和开发在我国尚属薄弱环节，目前只有日本、保加利亚等少数国家开发研制。在国内虽有一些大专院校从事此方面的研究工作，但没有较完善、较适用、较经济的磁性磨料制备方法及工艺，因而目前使用的磁性磨料均依赖进口，这种状况严重制约了磁性研磨技术的开发、推广及应用。资料表明，目前制备磁性磨料的方法有激光烧结法、复合镀层法、粉末冶金法、气液反应法。日本多采用粉末冶金法制备磁磨粉，其原理是将铁粉(80％)与超硬磨料(20％)均匀混合后装入模具，在还原气氛下，或真空的密封烧结炉内高温高压烧制而成。这种方法存在的问题是：由于烧结时对烧结气氛有要求，从而造成烧结设备复杂，工艺复杂，制成的磁性磨料性能虽可以满足使用要求，但价格很高，每千克为850元人民币，难以推广应用。

本发明的磁性磨料制备方法，目的在于，通过设备改进，模具保证，烧结粉料组分改进，及热压烧结工艺参数的合理设置，提供一种更为简单实用的磁性磨料热压烧结工艺技术方案，使制成的磁性磨料，在满足工艺性能的前提下，成本大幅度下降，平均每千克260元人民币。采用热压烧结法制造磁性磨料，由于设备及工艺简单，制造成本低，可使磁性研磨技术迅速推广应用，并将产生很大的社会效益和经济效益。

本发明热压烧结法制备磁性磨料的工艺方法为：

第一步、烧结前准备工作：

I、严格精选粒度均匀的铁粉、结合剂粉和超硬磨料粉，铁粉粒度(140-200)#，超硬磨料粉粒度(300-400)#或使用微粉；

II、超硬磨料粉，铁粉与结合剂按1∶4∶0.5，分别称量物料；

III、将称好物料装入混料筒，密封进料口，以(10-20)转/分的转速混合(6～10)小时；

IV、混合好的粉料装入磨具结合体，常温下压实模腔内的松装粉料；

V、模具准备：单个模具的模具体与上下压块间的配合公差为上偏差0.01，下偏差0，模具体平面度要求为±0.01mm，四套模具组成一个磨具结合体；

第二步、热压烧结：

I、烧结时间为15～20分钟，其中加热时间10～12分钟，保温5～8分钟；

II、烧结压力5±0.5Mpa；

III、烧结温度：采用金刚石微粉；烧结温度740±10℃，用白刚玉、棕刚玉及CBN超硬磨料粉，烧结温度(1010～1050)±10℃；

第三步、粉碎筛选：

I、将烧好的磁性磨料块自然冷却至室温，卸开模具结合体，取出磨料

II、利用粉碎设备将磨料块粉碎，然后用标准筛网将其按使用要求，分选为60#、80#、100#、120#、140#等系列，以满足粗研磨加工、半精研磨加工和精密研磨加工的要求。

本发明中提及的热压烧结法制备磁性磨料的工艺与粉末冶金法明显区别在于：(1)从模具入手改善粉体与外界氛围的隔离状况，即严格控制模具的配合尺寸，(2)从烧结体成分入手，根据所用的磨粒不同，如金刚石微粉、棕刚玉、白刚玉、CBN，在铁粉与超硬磨料间加入不同量的结合剂以保证铁粉与超硬磨粒的可靠结合，(3)选用高致密度、高耐压强度和良好导电率的石墨，在不需还原气氛保护的条件下，烧制成磁性磨料，从而简化了生产设备，大幅度降低了生产成本，制成的磁性磨料，研磨性能良好。

热压烧结法制成的磁性磨料是一种具有一定粒度大小的粉体；它具有良好的导磁性，较强的磨削能力及长的使用寿命。

研究发明的热压烧结法制成的磁性磨料经实际加工验证，其切削性能，使用寿命和研磨效果十分理想，可与进口磁性磨料相比，而其制作成本仅为进口磁性磨料的三分之一。

用热压烧结法制成的磁磨粉，不但具有良好导磁性，且“磁刷”的磨削能力强，加工质量好，根据不同的被加工材料，制成与其“匹配”的磁磨粉，通过各种加工实验及用户评价，确定了其价值可完全替代进口磁磨粉，它为磁性研磨技术的尽快推广，应用起到了积极的推动作用。

采用热压烧结法制成的磨料，借助于加工设备的磁极研磨装置，实现对机械零件内、外圆表而、成形表面、异形表面、沟槽、棱边和园弧根部的表面精加工及去毛刺。

本发明热压烧结法制备磁性磨料的最佳制备实例及制成的磁磨粉进行磁力研磨加工实例如下：

制备实例一：

按300#白刚玉∶140#纯铁粉∶200#结合剂1∶4∶0.5称量，铁粉71.1克，白刚玉17.9克，结合剂8.95克(Ti粉5.37克，Mo粉3.58克)，装模压实后烧结，烧结温度1030℃，加热10分钟，保温5分钟，烧结压力4.5MPa，然后冷却、粉碎、筛选成60#、80#、100#、100#以上粒度，用于粗研磨加工、半精研磨加工和精研磨加工。

制备实例二：

按400#白刚玉∶180#纯铁粉∶300#结合剂1∶4∶0.5称量，铁粉66.9克，白刚玉16.72克，结合剂8.36克(Ti粉5.02克，Mo粉3.34克)，装模压实后烧结，烧结温度1050℃，加热12分钟，保温8分钟，烧结压力5MPa，然后冷却、粉碎、筛选成60#、80#、100#、100#以上粒度，用于粗研磨加工、半精研磨加工和精研磨加工。

制备实例三：

按325#棕刚玉∶200#纯铁粉∶300#结合剂1∶4∶0.5称量，铁粉65.5克，棕刚玉16.4克，结合剂8.2克(Ti粉4.92克，Mo粉3.28克)，装模压实后烧结，烧结温度1050℃，加热10分钟，保温5分钟，烧结压力5MPa，然后冷却、粉碎、筛选成60#、80#、100#、100#以上粒度，用于粗研磨加工、半精研磨加工和精研磨加工。

热压烧结法制成的磁性磨料的加工效果，见下表：

工件材料	淬火钢45#	铸铁	黄铜
				工件直径(mm)	40
工件原始粗糙度Ra(μm)	0.82	1.7	0.83
				磨料种类及粒度	80#白刚玉磁磨粉	80#棕刚玉磁磨粉
加工间隙(mm)	3.0
				加工时间(min)	3
磁感应强度(T)	1.15	0.97	0.42
				振幅a(mm)，频率f(Hz)	a＝15.00mm          f＝2.3Hz
工件回转速度(m/min)	V＝76.6m/min(n＝610r/min)
				添加剂	1号
加工后工件表面粗糙度(μm)	0.20	0.58	0.48
				注备	加工外圆表面

故热压烧结法及其制成的磁性磨料有以下优点及用途：

1、本发明提及的热压烧结法制备磁性磨料的技术方案，使用设备简单，在不需还原气氛保护的条件下，能够按照设定的工艺参数生产出切削性能好，使用寿命长，及价格低的磁性磨料。用热压法制成的磁性磨料具有高的性价比，以同一规格白刚玉磁磨粉而言，从日本进口每千克850元人民币，而用此法制成的价格仅为每千克260元。

2、热压烧结法制成的磁性磨料在磁力研磨装置的磁场中具有很强的导磁性，产生很强的磁感应强度，磁研磨压力大，金属去除量大磨性能好，加工效率高，从而证明在此简单的工艺条件下，避免了在开放气氛下烧结时，铁粉被氧化程度大的缺点。

3、热压烧结法法制成的磁性磨料进行表面光整加工，加工后的表面质量好，表面细化能力强，以加工45#钢为例，φ35mm外园，加工前表面粗糙度Ra为1.6μm，采用该磁性磨料研磨加工后，表面粗糙度值为Ra 0.2-----0.3μm，可与进口磨料媲美。

4、热压烧结工艺中要求高温高压，因而此法制成的磁性磨料，具有较高的耐热性、自锐性，可多次重复使用，使用寿命长，工艺适应性强。

5、热压烧结法制成的磁性磨料无毒、无味、无腐蚀、无环境污染，在表面加工的一定范围内，可有效替代一些传统陈旧的光整加工工艺，减轻工人劳动强度。

Claims (3)

1、一种热压烧结法制备磁性磨料的工艺，其特征在于是将磁性铁粉，超硬材料和结合剂在高温高压下进行烧结的工艺，其具体工艺步骤为：

第一步、烧结前准备工作：

I、严格精选粒度均匀的铁粉、由Ti粉和Mo粉组成的结合剂粉，超硬磨料粉，铁粉粒度范围是140#-200#，超硬磨料粉粒度范围是300#-400#，超硬磨料粉也可用微粉；

II、超硬磨料粉，铁粉与结合剂按1∶4∶0.5，分别称量物料；

III、将称好物料装入混料筒，密封进料口，以10-20转/分的转速混合6～10小时；

IV、混合好的粉料装入磨具结合体，常温下压实模腔内的松装粉料；

V、模具准备：单个模具的模具体与上下压块间的配合公差为上偏差0.01，下偏差0，模具体平面度要求为±0.01mm，四套模具组成一个模具结合体；

第二步、热压烧结：

I、烧结时间为15～20分钟，其中加热时间10～12分钟，保温5～8分钟；II、烧结压力5±0.5Mpa；

III、烧结温度：采用金刚石微粉；烧结温度740±10℃，用白刚玉、棕刚玉及CBN超硬磨料粉，烧结温度1000～1060℃；

第三步、粉碎筛选：

I、将烧好的磁性磨料块自然冷却至室温，卸开模具结合体，取出磨料块；

II、利用粉碎设备将磨料块粉碎，然后用标准筛网将其按使用要求，分选为60#、80#、100#、120#、140#等系列，以满足粗研磨加工、半精研磨加工和精密研磨加工的要求。

2、按照权利要求1所述的热压烧结法制备磁性磨料的工艺，其特征在于超硬磨料的材料有：棕刚玉、白刚玉、CBN，金刚石是微粉。

3、按照权利要求1所述的热压烧结法制备磁性磨料的工艺，其特征在于结合剂粉由Ti粉和Mo粉组成，最佳粒度范围是200#-300#。