（機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)論文）磁性磨料的燒結(jié)法制備及其加工特性的分析研究.pdf

太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 磁性磨料的燒結(jié)法制備及其加工特性的分析研究 摘要 磁性研磨加工技術(shù)是光整加工的新工藝 新技術(shù) 由于 其獨(dú)特的加工特點(diǎn) 即磁性磨料自銳性好 與加工表面適應(yīng)性 好及磁性磨料磁刷柔性好 所以磁性研磨加工技術(shù)不斷獲得發(fā) 展并在生產(chǎn)領(lǐng)域得以迅速推廣 而作為磨具的磁性磨料是磁性 研磨加工的關(guān)鍵所在 為此 本文分析研究了磁性磨料磨粒的 磨削機(jī)理 并在此基礎(chǔ)上提出了磁性研磨加工技術(shù)對(duì)磁性磨料 性能的要求 在對(duì)磁性磨料的組成成分 結(jié)構(gòu)形狀 規(guī)格大小 研磨壓力的形成以及磁性磨料的制備方法進(jìn)行分析研究的基 礎(chǔ)上 提出燒結(jié)法制備磁性磨具 作者從理論上揭示了原料粉 末的特性和粉末冶金生產(chǎn)工藝中各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)燒結(jié)而成的磁性 磨料性能的影響 為如何確立制備方案提供了理論依據(jù) 并通 過實(shí)驗(yàn)證明了燒結(jié)制備磁性磨料的可行性 而且就所燒制的磁 性磨料進(jìn)行了加工特性的實(shí)驗(yàn)研究 確定了最佳的實(shí)驗(yàn)參數(shù) 分析了磨料的不同材料 不同配比成分 不同磨料粒度 以及 不同燒結(jié)溫度的加工特性 比較了燒結(jié)磁性磨料和粘結(jié)磁性磨 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 料的加工效果 并對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析 最終獲得了影響燒 結(jié)磁性磨料加工效果的實(shí)驗(yàn)資料 進(jìn)而為磁性研磨加工的推廣 應(yīng)用獲得了有實(shí)際參考價(jià)值的工藝參數(shù) 關(guān)鍵詞 光整加工磁性研磨磁性磨料燒結(jié)制備 太愿理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 t h ea n a l y sisa n dr e s e a r c h0 nsln t e rin gp r e p a r a t i i o n a n df i n i s h i n gc h a r a c t e r i s t f co fm a g n e t i ca b r a s i v e g r a i n s a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fm a g n e t i ca b r a s i v ef i n i s h i n g m a f i sn e wt e c h n i c sa n dn e wt e c h n o l o g yo ff i n i s h i n g m a c h i n i n g t h et e c h n o l o g yo fm a g n e t i ca b r a s i v ef i n i s h i n g w i l la c h i e v ed e v e l o p m e n ta n db er a p i d l ys p r e a d e di nt h e p r o d u c td o m a i n b e c a u s eo fi t se s p e c i a lm a c h i n i n g w a y w h i c hi sg o o do w ns h a r p n e s so fm a g n e t i ca b r a s i v e g r a i n s f i n eo w na p p l i c a b i l i t y o fm a g n e t i ca b r a s i v e g r a i n sa n dw o r k p i e c e g o o df l e x i l i t yo fm a g n e t i c a b r a s i v eg r a i n s b yw a yo fg r i n d i n gt o o l m a g n e t i c a b r a s i v eg r a i n sa r ek e yo fm a g n e t i ca b r a s i v ef i n i s h i n g s ot h ep a p e ra n a l y s e sa n dr e s e a r c h e sg r i n d i n gm e c h a n i s m o fm a g n e tica b r a si v eg r a i n sa n db r i n gf o r w a r dc 導(dǎo)p a b i l i t y r e q u i r e m e n to fm a g n e t i c a b r a s i v eg r a i n sf o rm a g n e t i c a b r a s i v ef i n i s h i n go nt h eb a s i co fi t i nt h ep a p e r 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 f o l l o w i n gi t e m so nm a g sh a v eb e e na n a l y z e d c o m p o s i t i o n s t r u c t u r e s h a p e s i z e f i n i s h i n gp r e s s u r ei ng r i n d i n g p r o c e s sa n dt h ep r e p a r a t i o nw a yo fm a g n e t i ca b r a s i v e g r a i n s t h e ns i n t e r i n gp r e p a r a t i o no fm a g n e t i ca b r a s i v e g r a i n s isb r o u g h tf o r w a r d s ot h ea u t h o rs e r i o u s l ys t u d i e st h er e l a t e dk n o w l e d g e o fp o w d e rm e t a l l u r g ya n ds i n t e r i n gt h e o r i e s a n dt h e a u t h o rt h e o r e t i c a ll yo p e no u ti n f l u e n c eo fe v e r yt a c h e f o r s i n t e r i n gm a g n e t i ca b r a s i v eg r a i n s i np o w d e r m e t a l l u r g yp r o d u c t i o n t h e s eo f f e rt h e o r e t i c a l l yb a s i s f o re s t a b l i s h i n gp r e p a r a t i o ns c h e m e t h ea u t h o rm a k e s l o t se x p e r i m e n tt om a k i n gs u r ek e yt e c h n o l o g yp a r a m e t e r i nt h et e c h n o l o g i cp r o c e s s a n dp r o v eg o o dt os i n t e r m a g n e t i ca b r a s i v eg r a i n sb ye x p e r i m e n t a n dt h ea u t h o r s t u d i e sm a c h i n i n gc h a r a c t e r i s t i co fs i n t e r i n gm a g n e t i c a b r a s i v eg r a i n s b ye x p e r i m e n t t h e f i r s tp r o p e r e x p e r i m e n tp a r a m e t e r i sm a d es u r e t h e nt h e p 導(dǎo)p e r a n a l y s e sm a c h i n i n gc h a r a c t e r i s t i c o f d i f f e r e n t m a t e r i a la b r a s i v eg r a i n s d i f f e r e n td i s t r i b u t i n g 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 c o m p o s i t i o n d i f f e r e n tg r a n u l a r i t yo fa b r a s i v eg r a i n sa n d d i f f e r e n ts i n t e r i n gt e m p e r a t u r e m a c h i n i n ge f f e c ti s c o m p a r e do nf e l t i n ga n ds i n t e r i n gm a g n e t i c a b r a s i v e g r a i n s s oe x p e r i m e n ti n f o r m a t i o ni sg a i n e do na f f e c t i n g m a c h i n i n ge f f e c to fs i n t e r i n gm a g n e t i ca b r a s i v eg r a i n s t h e s eo f f e ru s e f u ll yt e c h n o l o g i cp a r a m e t e rf o rw i d e l y s p r e a d i n go ft e c h n o l o g yo fm a g n e t i ca b r a s i v ef i n i s h i n g k e y w o r d f i n i s h i n g m a c h i n i n gm a g n e t i ca b r a s i v e f i n i s h i n gm a g n e t i c a b r a s i v e g r a i n ss i n t e r i n g p r e p a r a ti o n 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 引言 現(xiàn)代科技的快速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的不斷提高 使得作為為國民經(jīng) 濟(jì)各部門提供技術(shù)裝備的機(jī)械工業(yè) 無論在加工技術(shù)還是加工設(shè)備的各 個(gè)方面都要求取得飛速發(fā)展 人們對(duì)許多產(chǎn)品的性能 質(zhì)量都提出了越 來越高的要求 期望以低廉的價(jià)格 獲取功能齊全 性能良好 使用可 靠的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品 光整加工技術(shù)的宗旨正是以提高零件表面質(zhì)量為目的 該技術(shù)在保持或提高零件型面加工精度的前提下 可以降低零件表面的 粗糙度值 經(jīng)過光整加工的零件表面具有低的表面粗糙度和良好的表面 微觀幾何形貌 不僅具有良好的外觀質(zhì)量 而且還有耐磨 防腐蝕和抗 疲勞等作用 就外觀質(zhì)量來說 對(duì)于一些產(chǎn)品尤其是承受沖擊和交變載 荷的產(chǎn)品來說 一般其表面粗糙度值降低 其使用壽命可以顯著提高 如對(duì)滾動(dòng)軸承來說 如果使其滾道的表面粗糙度值由r a o 4um 提高到 r a o 0 4um 其使用壽命可以提高4 倍以上 并能消除波紋度 減小軸承 的振動(dòng)和噪聲 可見光整加工對(duì)于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能具有至關(guān)重要 的作用 國際上目前采用的光整加工的方法主要有 手工拋光 機(jī)械研磨拋 光 超聲波拋光 化學(xué)與電化學(xué)拋光 電化學(xué)機(jī)械光整加工 磁性研磨 等 手工拋光是最常用的光整加工方法 這種方法不僅勞動(dòng)強(qiáng)度太 加 工效率低 而且對(duì)工人的技術(shù)熟練程度要求高 超聲波拋光也是一種手 工操作的輔助拋光方式 主要用于槽 縫 邊角等人的手指難觸及的部 位的拋光 這種拋光方式的加工效率非常低 相比之下 化學(xué) 電化學(xué) 拋光和電化學(xué)機(jī)械光整加工的加工效率則要高的多 由于這三種加工方 第1 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 式屬于腐蝕和溶解加工 對(duì)材料的硬度 韌性和強(qiáng)度等幾乎不受任何限 制 目前已經(jīng)在內(nèi)外圓柱表面的鏡面加工中獲得應(yīng)用 雖然化學(xué) 電化 學(xué)和電化學(xué)機(jī)械光整加工方法有著很高的加工效率 但由于影響它們的 加工因素很多 難于控制 對(duì)環(huán)境和工人的健康也有一定程度的危害 其應(yīng)用范圍受到很大的制約 目前還僅能用于一些簡單型面或小的復(fù)雜 工件的光整加工上 磁性研磨加工技術(shù)是一種有效的光整加工方法之 一 這種加工方法具有高效率 高精度和高表面質(zhì)量的特點(diǎn) 適合于平 面 球面 圓柱面和其他復(fù)雜形狀零件的加工 并能控制研磨效率和研 磨精度 值得一提的是磁性研磨加工技術(shù)可以很好的與數(shù)控機(jī)床 加工 中心和機(jī)器人結(jié)合 以使實(shí)現(xiàn)光整加工的自動(dòng)化 因此磁性研磨加工技 術(shù)越來越得到重視 隨著磁性研磨加工技術(shù)的日益成熟和在更大范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用 磁性研磨加工的一磁性磨料的開發(fā)研究變的越來越迫切 目前 國內(nèi)外 許多科技人員都致力于該方面的研究 而且國外已有一些廠家可實(shí)現(xiàn)批 量生產(chǎn) 但價(jià)格昂貴 應(yīng)用范圍不廣 國內(nèi)一些高校也在從事磁性磨料 的研究 但目前國內(nèi)沒有較完善的磁性磨料制備工藝 多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn) 研究階段 因此 對(duì)磁性磨料的深入研究將為磁性研磨加工技術(shù)的進(jìn)一 步廣泛應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 1 2 磁 陛研磨加工技術(shù)及其發(fā)展概況 1 2 1 磁性研磨的加工原理 所謂磁性研磨加工 就是在強(qiáng)磁場作用下 填充在磁場中的磁性磨 料將沿著磁力線的方向排列起來 吸附在磁極上形成 柔性磁刷 通 過與磁場中工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的光整加工 作為介質(zhì)的 第2 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 磁性磨料 必須具有對(duì)磁場的磁感應(yīng)性質(zhì) 同時(shí)又具有對(duì)工件的切削能 力 磁性磨料是一種平均直徑大約為1 5 0i 1m 的粒狀體 由磁化率大的鐵 粉和磨削能力強(qiáng)的氧化鋁粉或碳化硅粉等按一定比例混合麗成的組合 體 圖1 i 所示是磁性研磨的加工原理圖 目前 已對(duì)零件的內(nèi)圓面 外圓面 平面 成型面以及形狀復(fù)雜的中小型零件表面進(jìn)行了磁性研磨 加工的開發(fā)研究 從原理上講 它可以對(duì)任何幾何形狀的表面進(jìn)行精密 光整加工 因此 有著十分廣闊的應(yīng)用前景 必將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益 和社會(huì)效益 a b 圖i 1 磁 陛研磨的加工原理 8 一磁性磨料的磁刷及研磨壓力的形成 b 一加工區(qū)域內(nèi)單顆磨粒的受力分析 1 2 2 磁性研磨加工的裝置 盡管目前國際上應(yīng)用的磁性研磨加工裝置種類繁多 但如果按其磁 場的形式劃分有兩種 第一種可以形成恒定的磁場 圖卜2 圖卜3 圖卜4 在該磁場作用下 當(dāng)磁性磨料和工件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)加工 第二種是產(chǎn)生交變的或旋轉(zhuǎn)的磁場 圖卜5 圖卜6 在該磁場作用下 磁性磨料與加工面形成相對(duì)運(yùn)動(dòng) 從而達(dá)到至0 光整加工的目的 第3 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一種磁性研磨加工裝置的特點(diǎn)是磁性磨料移動(dòng)的距離小 通常 光整加工靠加工表面與磁極的同時(shí)運(yùn)動(dòng)來完成 圖l 一2 圖1 3 圖1 4 不過圖卜3 的情況是一個(gè)例外 它的磁性磨料靠氣體動(dòng)力驅(qū)動(dòng) 產(chǎn)生與 工件表面相對(duì)運(yùn)動(dòng) 第一種裝置均含有一個(gè)作為磁場源的電磁線圈或永 工捧 圖1 2 平面的磁性研磨 圖1 3 磁粒噴射加工 鬻銜 圖1 4 球型閥的磁粒光整 圖1 5 用旋轉(zhuǎn)磁場加工管內(nèi)表面 久磁鐵 帶磁極的磁扼和在磁極與工件 之間充有鐵磁性磨料的工作區(qū) 第二種裝置 圖1 5 圖卜6 磁 性磨料的運(yùn)動(dòng)靠一個(gè)交變或者運(yùn)動(dòng)的 磁場來實(shí)現(xiàn) 有時(shí)也靠加工零件的運(yùn)動(dòng) 來實(shí)現(xiàn) 1 6 用 吏巒磁場加工小零件 值得一提的是 日本的s h i n m u r a 等人新近開發(fā)的旋轉(zhuǎn)磁場磁性研磨 加工裝置 圖卜5 由于可以包括彎管在內(nèi)的管的內(nèi)壁的光整加工 解 第4 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 決了真空管 衛(wèi)生管內(nèi)壁拋光這一傳統(tǒng)加工方法難以解決的加工難題 這種加工裝置出于沒有運(yùn)動(dòng)部件 其運(yùn)行非?？煽?圖i 8 采用交變磁 場的加工裝置也是如此 它常用于小零件整個(gè)外表面的光整加工 旋轉(zhuǎn)磁場磁性研磨加工裝置雖然非常有效 但就它的應(yīng)用對(duì)象來說 其截面形狀必須是圓形 對(duì)于截面是方形和其它形狀工件的加工則無能 為力 1 9 9 7 年由韓國的j e o n g d uk i m 等人提出了一種新的磁性研磨加 工裝置一磁粒噴射加工裝置 圖卜3 這種裝置的原理是將混有磁粒的 氣流噴射迸被加工的管內(nèi) 磁粒在高壓氣流作用下向前飛速移動(dòng) 磁粒 在前移的過程中 由于受到磁場的作用而貼向管的內(nèi)壁 沿管的內(nèi)壁前 移并與之發(fā)生摩擦 從而起到對(duì)工件內(nèi)壁的光整加工作用 這種新的磁 性研磨加工裝置 不僅可以加工截面形狀圓形的工件內(nèi)壁 對(duì)其它截面 形狀的工件內(nèi)壁也可以進(jìn)行非常有效的加工 1 2 3 磁性研磨加工中研磨壓力的產(chǎn)生 a 單顆磨粒的受力分析 以加工磁性材料的外圓表面為例 如圖卜1 b 所示為加工區(qū)域內(nèi)單 顆磨粒的受力狀況 加工區(qū)域內(nèi)的磨粒被磁化后 沿著磁力線方向排列 成刷狀 將工件置于磁場的 磁刷 中 工件與 磁刷 的前端磨粒相 互吸引 使前端磨粒在磁力作用下緊壓于工件表面 取一前端磨粒a 討 論受力狀況 其受力有 磁場作用力e 由工件旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的切向摩擦 力只 磁性磨粒之間的相互吸引力亦稱為磁場保持力c 各力的表達(dá)式如 下 1 單顆磨粒的磁場作用力只 只 v g g r a d b j 雎 1 1 其中 以一真空磁導(dǎo)率 7 4 4 1 0 h m 虼一單顆磨粒中鐵粉的體 積 最一單顆磨粒所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度梯度 第5 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 工件回轉(zhuǎn)表面對(duì)單顆磨粒產(chǎn)生的切向摩擦力廳 廳 船z 卜2 其中 單顆磨粒與工件的摩擦系數(shù) 一磨粒粒度 形狀修正系 數(shù) 3 單顆磨粒的磁場保持力晟 l 只 e 卜3 其中 只 k 掣 1 4 p 也p h 嬰 1 5 式中 圪一單顆磨粒中鐵粉的體積 f 一單顆磨粒的相對(duì)磁導(dǎo)率 一磁場強(qiáng)度 掣 掣磁場強(qiáng)度在磁力線 等磁位線方向上的變化率 磁性研磨過程中 單顆磨粒在磁場作用力 磁場保持力和切向摩擦 力的共同作用下 使磨粒穩(wěn)定地保持在加工間隙中 實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的 研磨加工 同時(shí)處在加工區(qū)域外部的磁性磨料磨粒由于受磁場力的作用 將自動(dòng)向加工區(qū)域匯集 填充于磁極和工件之間參與加工 形成一個(gè)完 整和連續(xù)的加工過程 b 研磨壓力的產(chǎn)生 加工過程中 由于磁場保持力只作用 加工間隙中的各個(gè)磨粒沿著 磁力線方向相互銜接形成 磁刷 產(chǎn)生一個(gè)指向工件表面的合力p 這 個(gè)合力p 作用于工件表面形成 研磨壓力 見如圖卜1 a 假定單顆磨粒形狀為球狀體 外圓表面研磨時(shí)的研磨壓力尸為 肚岳 殺躲 n e 4 o3 2 j 萬缸 一l 矽 第6 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 式中 儼一磁感應(yīng)強(qiáng)度 t 一真空磁導(dǎo)率 h m r 一磨粒的 相對(duì)磁導(dǎo)率 一磨粒中鐵的體積百分比 由 卜6 式可知 研磨壓力的大小主要與磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān) 改 變磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 就會(huì)改變研磨壓力的大小 其次 還與磨料 中鐵的含量形有關(guān) 的多少體現(xiàn)了磁性磨料 磁 的這一特性 因此 在配制中形的多少將是磁性磨料的一個(gè)主要性能指標(biāo) 1 2 4 磁性研磨加工的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的研磨 拋光加工工藝相比 磁性研磨光整加工工藝具有許多 優(yōu)點(diǎn) i 在磁場中磁化的磨粒 靠磁場的作用力可彼此非剛性地固結(jié)在 一起形成磨料刷 由于磁性研磨的 磁刷 是柔性的 它的形狀在加工 的過程中能夠隨工件形狀的變化而變化 因而具有很好的自適應(yīng)性 2 加工中磁極和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使磨料沿加工面滑動(dòng)的同時(shí)出現(xiàn) 滾動(dòng) 磁性磨料之間不斷的更換位置 使磁性研磨加工具有極好的自銳 性 和普通砂輪加工相比 不存在堵塞現(xiàn)象 在很大程度上提高了磁性 研磨加工的效率 3 通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小可以改變磁場強(qiáng)度 實(shí)現(xiàn)控制研磨壓 力大小的目的 同時(shí)可以調(diào)節(jié)磁性磨料的磁場保持力和加工狀態(tài)中的其 他有關(guān)參數(shù) 4 磁性研磨的切削深度小 研磨溫升和工件變形相對(duì)較小 加工 表面光潔平整 5 適用范圍廣 磁性研磨加工不僅可以加工磁性材料 如鋼件 鑄件 還可以加工非磁性材料 如陶瓷 玻璃 塑料 鋁合金等 磁性 研磨加工不僅可以加工平面 內(nèi)外圓柱面 薄板件 球面 還可以用來 加工復(fù)雜曲面 甚至能加工普通加工手段無法進(jìn)入和加工的表面 如各 第7 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 種模具以及管道的內(nèi)表面等 6 磨削能力強(qiáng) 加工時(shí)間短 生產(chǎn)效率高 7 在對(duì)工件進(jìn)行光整加工的同時(shí) 不僅可以去除機(jī)加工和磨削加 工產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力 而且能夠形成1 6 0 2 1 0 m p a 的預(yù)留壓應(yīng)力 這可以 大大提高工件的抗疲勞強(qiáng)度 8 加工裝置簡單 象機(jī)床的配件一樣 可以借助通用機(jī)床或舊機(jī) 床改造而成 9 磁性磨料可快速更換 磁性研磨加工的眾多優(yōu)點(diǎn)使得它在精加工領(lǐng)域顯示出獨(dú)特的魅力 特 別是磁性研磨良好的柔性和自適應(yīng)性 為其與數(shù)控技術(shù)結(jié)合起來進(jìn)行復(fù) 雜曲面的光整加工創(chuàng)造了條件 使得磁性研磨加工的自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn) 1 2 5 磁性研磨加工技術(shù)的發(fā)展概況 磁性研磨加工技術(shù) m a f m a g n e t i ca b r a s i v ef i n i s h i n g 最早出現(xiàn) 在前蘇聯(lián) 它的概念首次由蘇聯(lián)工程師k a r g o l o w 于1 9 3 8 年提出 隨后 5 0 年代及6 0 年代宋 前蘇聯(lián)的k o n o v a l o vh u t e v b a r o n 和s a k u l e v i c h 等人一直致力于磁性研磨的研究和推廣應(yīng)用工作 而后 保加利亞從7 0 年代中期起一直在發(fā)展m a f 技術(shù) 例如m a k e d o n s k y 等 并在其國內(nèi)舉 辦了多次國際性的專題學(xué)術(shù)會(huì)議 日本是從8 0 年代初開始對(duì)磁性研磨加工進(jìn)行研究的 并開發(fā)出了多 種磁性研磨加工設(shè)備 其中有代表性的研究學(xué)者有日本宇都宮大學(xué)的 t a k e os h i n m u r a t o s h i oa i z a w a 日本東京大學(xué)的m a s a h i r oa n z a i k o i c h i m a s a k i 等 其中t a k e os h i n m u r a 研制開發(fā)了多種加工鐵磁性工件和非鐵 磁性工件的磁性研磨加工裝置 如平面 圓柱內(nèi)外表面 球面等磁性研 磨加工裝置 并分別對(duì)它們的光整加工特性進(jìn)行了研究 這些加工裝置 有的采用永久磁體來產(chǎn)生恒定磁場 有的則采用電磁體來形成強(qiáng)度可以 第8 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 控制的磁場 有的采用工件移動(dòng)外加一定振幅和頻率的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)磁性 研磨加工 有的采用磁性裝置的移動(dòng)外加一定振幅和頻率的振動(dòng)來進(jìn)行 加工 有的則采用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的辦法實(shí)現(xiàn)磁性研磨加工 t a k e o s h i n m u r a 在研制各種形式磁性研磨加工設(shè)備的同時(shí) 對(duì)各種場合的加工 工藝進(jìn)行了較深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究 如磁場強(qiáng)度 加工間隙 磨 料與工件的相對(duì)移動(dòng)速度 磁性磨料的成分和粒度等因素對(duì)加工質(zhì)量和 效率的影響以及它們之間的相互關(guān)系 韓國近幾年來也在致力于磁性研磨光整加工的研究 例如韓國先進(jìn) 科學(xué)技術(shù)研究所j e o n g d uk i m y o u n h e ek a n g 等發(fā)明的磁性磨料噴射 光整加工裝置 該裝置為非圓截面管子內(nèi)壁的光整加工提供了有效的加 工方法 另外 美國o k l a h o m a 州立大學(xué)的k o m a n d m i 等人也開始有關(guān)方面的 研究工作 德國已經(jīng)出版了有關(guān)方面的論文 英國的幾家公司也生產(chǎn)了 用于修飾性加工和去毛刺的磁性研磨設(shè)備 迄今為止 國外的磁性研磨 技術(shù)已成功地應(yīng)用在多個(gè)方面 如不銹鋼凈氣瓶的內(nèi)壁研磨 研磨修正 超硬磨料砂輪 研磨塑料透鏡 細(xì)長軸類陶瓷加工 軸承環(huán)及內(nèi)外圈滾 道 液壓機(jī)械用的滑閥 泵齒輪 球閥 家用不銹鋼器皿 螺紋軋棍 滾珠絲杠 滾珠軸承保持架 盤形制動(dòng)器 縫紉機(jī)零件 活塞 凸輪軸 葉片等異型零件的去毛刺與拋光加工等 我國對(duì)磁性研磨光整加工技術(shù)的研究是從8 0 年代中期開始的 起步 比較晚 由于投入的人力有限 不論是研究的深度還是廣度與國歲卜均有 比較大的差距 所以現(xiàn)在仍處于試驗(yàn)階段 實(shí)際應(yīng)用的不多 一直以來 國內(nèi)的研究多限于比較簡單的平面 圓柱面的磁性研磨光整加工工藝 不過近幾年許多科研單位或高校 如太原理工大學(xué) 哈爾濱理工大學(xué) 大連理工大學(xué)等 也己開始對(duì)磁性研磨加工技術(shù)向深度和廣度進(jìn)行研究 第9 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 他們也開始對(duì)曲面磁性研磨加工工藝和設(shè)備進(jìn)行研究 并且已取得了一 定的成就 不過遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠深入 特別是在磁性磨料制備方面的研究一直 一 很少 至于磁性研磨加工技術(shù)的推廣應(yīng)用更是微乎其微 磁性研磨加工技術(shù)之所以沒有在國內(nèi)得到推廣應(yīng)用的原因在于國外 磁性磨料的制備工藝多為企業(yè)的商業(yè)秘密 因此有關(guān)這類的報(bào)道很少 而國內(nèi)沒有完善的磁性磨料制備工藝 并且磁性磨料制作成本較高 沒 有形成批量生產(chǎn) 以及工件的裝夾與去磁問題尚未得到解決 以上諸多 因素導(dǎo)致我國在磁性研磨加工技術(shù)上比較滯后 要使磁性研磨在國內(nèi)進(jìn) 入實(shí)際生產(chǎn)使用階段并獲得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益 目前急需解決 的首要問題就是開發(fā)研究制備工藝簡單而成本低 壽命長 切削效率高 的優(yōu)質(zhì)磁性磨料 1 3 課題的背景和意義以及本文的主要內(nèi)容 1 3 1 課題的背景和意義 隨著工業(yè)產(chǎn)品的不斷發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高 人們對(duì)機(jī)械產(chǎn)品 質(zhì)量的要求越來越高 因此對(duì)加工出來的機(jī)械零件的幾何精度和表面質(zhì) 量的要求相應(yīng)也越來越高 而光整加工是所有機(jī)械零件加工的最終工 序 其加工質(zhì)量直接影響著機(jī)械產(chǎn)品本身的質(zhì)量 壽命和使用性能 磁性研磨加工作為一種很有前途的光整加工方法 為復(fù)雜曲面的光 整加工帶來了希望 盡管多年以來已有不少人對(duì)該技術(shù)和相應(yīng)的裝置進(jìn) 行了系統(tǒng)的開發(fā)和研究 但迄今為止很少有人對(duì)磁性磨料的進(jìn)行專門深 入的研究 而磁性磨料作為磁性研磨加工中不可缺少的介質(zhì) 對(duì)它的開 發(fā)和研究就變的越來越重要了 一旦磁性磨料的問題得以完善解決 磁 性研磨加工技術(shù)就可迅速在生產(chǎn)中的得到廣泛的應(yīng)用 第1 0 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 2 本文的主要內(nèi)容 磁性研磨加工中最值得重視的是磁性磨料在加工中的的柔性和適 應(yīng)性 這種特性使之在復(fù)雜多變的型腔和曲面的加工中能夠適應(yīng)表面的 形狀變化 因而 開發(fā)研究出用于型腔和曲面加工的磁性加工技術(shù)可以 解決在精加工和拋光作業(yè)仍以手工為主的落后局面 磁性研磨加工因其 固有的優(yōu)點(diǎn)逐漸在生產(chǎn)中被廣泛的采用 目前制約磁性研磨加工更深入 發(fā)展的主要因素之一就是磁性磨料的制備技術(shù)跟不上發(fā)展的要求 現(xiàn)在 國內(nèi)生產(chǎn)中使用的磁性磨料多為國外進(jìn)口的 因其價(jià)格昂貴 由此導(dǎo)致 磁性研磨加工的成本也比較高 這就阻礙了磁性研磨加工的廣泛應(yīng)用 盡管國內(nèi)也有少數(shù)人研制出一些種類的磁性磨料 但由于其使用性能不 理想 壽命短或者由于其生產(chǎn)成本太高 只用于實(shí)驗(yàn)使用 因此尋找一 種理想的制備磁性磨料的方法成為磁性研磨加工發(fā)展中的首要任務(wù) 本論文就是在這種情況下產(chǎn)生的 本文的宗旨是應(yīng)用燒結(jié)法作為一種 制造磁性磨料的方法 制造出性能良好的磁性磨料 研究燒結(jié)法制備磁 性磨料的制備理論和制備工藝 以及其影響因素 并對(duì)燒結(jié)法制備的磁 性磨料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究 第l l 頁 t 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章磁性磨料磨粒的加工原理與 磁性磨料的制備方法 2 1 磁性磨料磨粒的加工原理 2 1 1 微量切削作用 由磨料的組成成分可知 磨料磨粒的硬度比工件材料硬度高 在研 磨壓力作用下和相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀況下 磨粒刃尖將對(duì)工件表面產(chǎn)生切削作用 如圖2 1 a 所示 假設(shè)磨料切削刃為圓錐形時(shí)的微量切削模型 如前所 述 暫且不考慮磁場保持力的作用 單顆磨粒在工件表面的作用力可分 為法向力廳和切向摩擦力只 法向力e 使磨料壓向工件表面 如測試硬 度一樣 在表面形成壓痕 對(duì)表面形成了一定的擠壓作用 能夠改變工 v i f p f p 每叛滋珍滋渤科 a 微量切削模型 b 磨料磨損模型 圖2 1 件表面的應(yīng)力狀況 磨粒向前推進(jìn)時(shí)產(chǎn)生切向摩擦力b 當(dāng)磨粒的形狀 和方向適當(dāng)時(shí) 磨粒就如刀具的切削刃一樣 在工件表面進(jìn)行微量切削 而產(chǎn)生切屑 該切削作用的強(qiáng)弱與磁性磨料磨粒的形狀 位置 磨粒工 作角度及磁場特性等工藝參數(shù)有著密切的關(guān)系 控制這些參數(shù)就可以控 制磨粒的切削作用 達(dá)到微量去除的目的 同時(shí)由于磨粒在磁場中構(gòu)成 了柔性 磁刷 以及磁場分布的不均勻性 磨粒隨機(jī)地變換方位進(jìn)行磨 削 對(duì)每個(gè)磨粒而言 其切削過程是隨機(jī)的和不連續(xù)的 而且在 b r 過 程中磨粒的切削刃不斷的在更新 在金屬切削機(jī)理研究中 占有重要地 第1 2 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 位的就是刀具的幾何形狀和切削角度 其中前角是影響刀具切削性能的 關(guān)鍵因素 由于磨粒切削刃前刀面方向很不規(guī)則 負(fù)前角比較大 在磁 場作用力f 作用下 其吃刀量非常小 一般切入工件表面的切痕不超過 0 2 0 3 t im 切深小于前道工序加工后留下的缺陷 因此 所產(chǎn)生的切屑 很小 切屑變形很小 工件加工面彈塑性變形區(qū)域小 加工變質(zhì)層極薄 殘余應(yīng)力也很小 并為壓應(yīng)力 而且 作為切削加工中產(chǎn)生表面粗糙度 的主要因素一理論殘余面積高度和切削刃復(fù)印性等在磨料的微量切削過 程中也很小 因此 這種加工方法可以獲得非常好的加工表面 粗糙度 r a 值可達(dá)o 2 i t m 以下 2 1 2 多次塑變磨損作用 具有較高硬度的磁性磨粒群體所形成的彈性磨具在磁場作用下吸附 在磁極頭 當(dāng)工件與磨粒作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) 與加工面接觸的磨粒就產(chǎn)生接 觸滑移 被加工表面于是就被磨損 由此實(shí)現(xiàn)了光整加工 對(duì)于這種磨 粒與工件表面發(fā)生的機(jī)械作用 可根據(jù)磨粒磨損原理之一的犁刨理論來 解釋 假定磨粒的切削刃形狀為圓錐形 其磨粒磨損模型如圖2 1 b 所示 在磁場作用力f p 作用下 刃尖被壓入深度為h 由于工件材料相對(duì) 較軟 使得磨粒棱邊外有材料被擠壓堆積 即圖中a 所示區(qū)域 當(dāng)磨粒 與工件表面存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)后 就形成了磨粒對(duì)工件的 犁刨 作用 另 外 根據(jù)磁性研磨加工中工件被磨粒磨損作用的形式 即既有硬磨粒與 摩擦表面c j i 件表面 對(duì)磨的磨損 即二體磨粒磨損 又有彈性磨具與 工件表面以及接觸面上存在著較松散磨粒和磨屑的共同磨損 即三體磨 粒磨損 作用 同時(shí) 由于磁性研磨的磨料顆粒一般集中在磁感應(yīng)線密 集的表面不平輪廓峰附近 因而表面不平的微凸體處磨損相對(duì)較大 使 得不平度下降加快 所以 磁性研磨過程中的磨粒的磨損作用能使工件 表面較快地得到光滑的加工表面 但是產(chǎn)生如前所述的切削過程并不是 第1 3 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 唯一的 有時(shí)磨粒會(huì)在工件表面上產(chǎn)生其他幾種磨削現(xiàn)象 一帶而過的 滑擦摩擦 在工件表面僅留下一條痕跡 或者發(fā)生塑性變形 擦出一條 兩邊隆起的溝紋 或者犁出一條溝槽 兩邊翻出飛邊 當(dāng)磨粒形狀較圓 鈍時(shí) 或磨粒的棱角而不是棱邊對(duì)著運(yùn)動(dòng)方向 或者磨粒和工件之間的 夾角太小時(shí) 或者工件表面材料的塑性很高時(shí) 磨粒在工件表面滑移后 經(jīng)常發(fā)生后兩種磨削現(xiàn)象 在磁性磨料的連續(xù)加工過程中 已出現(xiàn)塑性 變形或飛邊堆積的表面層金屬將發(fā)生反復(fù)的塑變 產(chǎn)生加工表面硬化作 用 最后剝落成為磨屑 這就是所謂 擦傷式 的犁刨現(xiàn)象和 碾壓式 的滾擦現(xiàn)象共同作用的結(jié)果 值得提出的是由于磁性研磨時(shí)磨粒一般都 集中在磁力線密集的表面凸起的微小輪廓峰附近 因而表面不平的微凸 體處的塑變磨損相對(duì)較大 使得該不平度下降加快 因此磨粒的多次塑 變磨損作用可以較快地獲得光滑的工件表面 而不影響工件的尺寸和形 狀精度 2 1 3 電化學(xué)磨損作用 在磁性研磨中同樣也存在著化學(xué)磨損 當(dāng)工件表面被磨粒摩擦 刻 化時(shí) 純凈的金屬就暴露在空氣中 被加工表面上新形成的區(qū)域內(nèi)金屬 會(huì)與外部介質(zhì)產(chǎn)生相互化學(xué)反應(yīng) 表面迅速被氧化形成一層極薄的氧化 膜 一般地 這種氧化膜對(duì)工件基體的附著力較弱 而且氧化膜與工件 基體的膨脹系數(shù)也不同 在研磨溫度變化的影響下產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 在摩擦 過程中較易從表面脫落 因而在連續(xù)研磨過程中 工件表面層金屬不斷 的被氧化一脫落一再氧化一再脫落 提高了研磨效率 另外 由于工件 回轉(zhuǎn) 在加工過程中使沿磁力線排列的導(dǎo)電磨粒鏈產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)而偏離磁力 線 形成磁場梯度 在這一磁場梯度作用下 磨粒鏈兩端就產(chǎn)生一個(gè)微 小電動(dòng)勢 使工件表面產(chǎn)生一微小電流 在研磨中 表面微電流使工件 表層快速被磨損掉 如果磁場是由交變勵(lì)磁電流產(chǎn)生時(shí) 工件在兩磁極 第1 4 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 間受一個(gè)交變勵(lì)磁作用 導(dǎo)電的磁性磨料產(chǎn)生的電動(dòng)勢反復(fù)使工件表面 充電 強(qiáng)化了工件表面的電化學(xué)過程 進(jìn)一步提高研磨效率 2 1 4 磨粒的切削軌跡 以加工磁性材料的外圓表面為例 為了使磁性研磨獲得更好的加工 效果 加工時(shí) 工件在產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí) 還應(yīng)附加一個(gè)軸向振動(dòng) 這是因?yàn)橛捎诠ぜ恼駝?dòng) 單位時(shí)間內(nèi)使工件表面的研磨路程增大 同 時(shí)由于工件表面的研磨方向不斷發(fā)生變化 切削方向上出現(xiàn)多向性效果 結(jié)果在工件表面上呈現(xiàn)出切削刃的切削軌跡為交叉而不重復(fù)的網(wǎng)紋狀 產(chǎn)生疊加效果 促使磨粒在工件間隙中的翻滾和攪拌作用增強(qiáng) 磨粒的 加工位置頻繁變動(dòng) 使磁性研磨過程中磁性磨粒的自銳性加強(qiáng) 工件表 面得到更充分的加工 實(shí)現(xiàn)對(duì)表面的高效優(yōu)質(zhì)研磨加工 由此可知 從單個(gè)磨粒切削刃到無數(shù)個(gè)磨粒切自0 刃構(gòu)成的切削軌跡 形成一交叉而不重復(fù)的網(wǎng)紋狀表面 以工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向振動(dòng) 或 是磁極攜帶磨料相對(duì)工件的振動(dòng) 共同構(gòu)成一個(gè)交叉角口 正是由于交叉 角的存在 才使得研磨后工件表面被加工成網(wǎng)紋狀 從而實(shí)現(xiàn)了加工 提高了加工質(zhì)量 磁性磨料的切削軌跡如圖2 2 所示 圖2 2 磁性磨料的切削軌跡 第1 5 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 口 是由磨粒切削刃軌跡與工件回轉(zhuǎn)方向上的夾角 計(jì)算公式為 o a r c t gr n1 2 a t f 1 7 式中 卜 工件的回轉(zhuǎn)速度 m m i n 工件的軸向振動(dòng)頻率 h a 一工件的軸向振動(dòng)振幅 刪 在實(shí)際加工時(shí) 由于 磁刷 為柔性的彈性磁鏈 受到磁磨阻力后 極易變形 所以加工中工件表面上磨粒的實(shí)際軌跡與理論上不同 其交 叉角為吒 且吒 目 2 2 磁性磨料 磁性磨料作為磁性研磨加工的工具 它是一種復(fù)合材料 它的構(gòu)造如 圖2 3 所示 由于磁性磨料在磁場中能夠被磁化并受到足夠強(qiáng)的磁場力 的作用 這就不僅要求它有普通磨料所具有的高硬度 能夠切削金屬 而且要求它應(yīng)有較強(qiáng)的導(dǎo)磁性能 但是對(duì)于磁 性磨料并不要求整個(gè)顆粒都具有很高的硬 度 普通磨料在加工中常常是以磨料的棱角進(jìn) 行切削 因此可以用在較軟的磁性基體表面散 布有許多硬的質(zhì)點(diǎn)的顆粒作為磁性磨料磨粒 磁性磨料的種類很多 最簡單的是人們所熟知 圖2 3 磁性磨料磨粒的構(gòu)造 的硬質(zhì)合金粉末和具有鐵磁性質(zhì)的金屬氧化物 陶瓷結(jié)構(gòu) 如f e c f e a 卜c f e t i f e 0 3 f e 仉 c r o 等 硬質(zhì)合金粉末由于硬度較低k 通常只用來研磨拋光軟質(zhì)合金或有色金屬 也用于去除軟的氧化膜或氧 化皮 具有鐵磁性質(zhì)的金屬氧化物也有較好的光整加工能力 如將c r z 0 f e n 和鐵粉混合 能對(duì)s ig n 進(jìn)行磁性研磨光整加工 并可獲得r z o 0 5 1 3 m 的表面質(zhì)量 其缺點(diǎn)就是加工效率較低 為了對(duì)硬度較高的工件進(jìn)行 第1 6 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 高效率的磁性研磨加工 前蘇聯(lián) 保加利亞等國發(fā)明了許多具有不同結(jié) 構(gòu)的復(fù)合磁性磨粒 其微觀幾何結(jié)構(gòu)如圖2 4 所示 這些復(fù)合磨粒都是 由鐵磁體相和硬質(zhì)磨料相組成的 其中的鐵磁體相通常是鐵 鈷 鎳及 它們的合金 耐磨相則常是 些金屬的耐火化合物 諳化物和a l z 0 3 等 在特殊的場合下 也可采用金剛石作為耐磨相 囝固q 嘧鎊 固 國q h 圖2 4 鍬基靜巨密粒的微觀結(jié)構(gòu) 白色 鐵磁體相 黑色 磨料相 a 一純鐵磁體金屬或它的固容體的化合物 b 完全由磨料包覆的磁磨粒 c 一磨料僅分布 在粒子表面的磁磨粒 d 磨粒均布在粒子表面的磁磨粒 e 一磨料呈層狀分布的磁磨 粒 f 一以鐵的共晶合金為基礎(chǔ)的磁磨粒 g 帶有磨料粘結(jié)相的磁磨粒 h v x 共晶合金為 填料的磁磨粒 i 一以純鐵體合金為中心 四周由含有磨料的共晶合金所覆蓋的磁磨粒 2 3 磁性磨料的發(fā)展及應(yīng)用 2 3 1 磁性磨料的國外研究現(xiàn)狀 從磁性研磨的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用現(xiàn)狀來看 磁性研磨技術(shù)的發(fā) 展?jié)摿艽?應(yīng)用范圍極廣 有著廣闊的市場前景 磁性研磨2 n r 中需 要大量的磁性磨料來實(shí)現(xiàn)切削加工 具有良好性價(jià)比的磁性磨料是提高 加工效率和加工質(zhì)量最重要的一環(huán) 也是解決磁性研磨技術(shù)在更大范圍 內(nèi)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵所在 同時(shí)也是降低加工成本的先決條件之一 傳統(tǒng) 的磁性磨料原料是純鐵粉加磨料粉 a i 0 3 s i c 等 制備方法是將一定粒 第1 7 貞 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 度的純鐵粉與較小粒度的磨料粉混合 然后在高溫高壓下 真空或惰性 氣體介質(zhì)中燒結(jié) 再粉碎篩選 制成一定尺寸的磁性磨料磨粒 這種傳 統(tǒng)的磨料制備方法需要高溫高壓裝置 磨料制備較為復(fù)雜困難 成本很 高 目前國外已有一些廠家可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn) 但每公斤的價(jià)格高達(dá)8 0 0 元人民幣左右 因此 許多專家學(xué)者一直致力于磁性磨料的制備工藝研 究 7 0 年代 前蘇聯(lián)的研究人員研制了多種磁性磨料 并對(duì)復(fù)合磁性磨 料進(jìn)行了廣泛的研究 許多文獻(xiàn)也曾先后報(bào)道了一些磁性磨料的研究開 發(fā)動(dòng)態(tài) 例如 具有不同磨料材料的磁性磨料的性能研究 磁性能的標(biāo) 定 f e t i c 磁性磨料的微觀 宏觀結(jié)構(gòu)對(duì)研磨性能的影響 原位反應(yīng)吹 粒法的條件不同對(duì)磁性磨料宏觀形貌的影響及形成炭化物合成元素的不 同對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響 自蔓延燃燒合成法的工藝問題研究 8 0 年代保加 利亞和日本的研究人員開始進(jìn)行復(fù)合磁性磨料的研究 2 3 2 磁性磨料的國內(nèi)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用價(jià)值 國內(nèi)科技人員在早期研究工作中大多數(shù)采用粘結(jié)法制備磁性磨料 但由于粘結(jié)強(qiáng)度不高 粘結(jié)劑不能耐高溫等問題一直未能取得進(jìn)展 9 0 年代初 南京航空航天大學(xué)就復(fù)合鍍層制造磁性磨料作過大量試驗(yàn)工作 目前 大連理工大學(xué)正在研究用等離子噴涂法制造磁性磨料 上海交通 大學(xué)和兄弟院校合作用原位反應(yīng)復(fù)合法及粉末冶金法制備磁性磨料 長 沙鐵道學(xué)院探討了激光燒結(jié)磁性磨料的工藝 許多高等院校和科研機(jī)構(gòu) 的博士生也正在致力于磁性研磨加工技術(shù)和磁性磨料制備工藝的開發(fā)研 究 隨著磁性研磨m r 技術(shù)的日益成熟和在更大范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用 磁 性磨料的開發(fā)研究也就變的越來越迫切 但目前國內(nèi)沒有較完善的磁性 磨料制備工藝 多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段 幾年來 太原理工大學(xué)精密 表面光整加工技術(shù)科研組 就磁性研磨加工及其開發(fā)應(yīng)用的課題研究已 第j 8 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 取得了一定成果 獲得一項(xiàng)國家發(fā)明專利 其中對(duì)磁性磨料的研制開發(fā) 和系列化也獲得了可喜的成果 這 研究課題對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐來說具有十 分重要的現(xiàn)實(shí)意義 2 4 磁性磨料的制備方法 眾所周知 在磁性研磨加工中起主要作用的是磁性磨料 磁性磨料 是鐵基顆粒增強(qiáng)型復(fù)合材料 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的材料通過 復(fù)合工藝組合而成的一種多相材料 其性能在特定方面明顯優(yōu)于原材料 而且復(fù)合材料必須具有其單個(gè)組元所沒有的優(yōu)良性能 現(xiàn)代科學(xué)中復(fù)合 材料學(xué)的快速發(fā)展 使得磁性磨料的制備技術(shù)也相應(yīng)得到發(fā)展 目前在 國際上應(yīng)用的磁性磨料的制備方法有多種 概括介紹如下 2 4 1 等離子粉末熔融法 日本的真崎浩一和安齊正博 進(jìn)行了一種稱為 等粒子高溫熔 融燒結(jié) 方法的研究 如圖2 5 所示 這種方法的原理是將硬質(zhì) 磨料顆粒和鐵粉按一定體積預(yù)先 混合 然后從等離子噴涂設(shè)備中 噴出 借助等離子弧的高溫將兩 者熔融在一起 這種方法雖然在 很大程度上解決了磨料和鐵的相 圖2 5 等離子粉末熔融法制作磁性籮料 容性問題 但研究發(fā)現(xiàn) 并不是所有的硬質(zhì)磨料都適合于這種方法 如 a l o s i c w c 等 它要求磨料的密度和鐵的密度必須差別很小 否則在 噴涂的過程中 磨料將浮于熔融狀忿的鐵基體的表面上 而不是均勻的 分散于其中 與鐵的密度比較接近的磨料只有n b c 但n b c 的價(jià)格昂貴 第1 9 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 因此該方法有太大的局限性 2 4 2 激光燒結(jié)法 激光燒結(jié)磁性磨料是一種新工藝 它的產(chǎn)生既拓寬了激光的應(yīng)用領(lǐng) 域 又推動(dòng)了磁性研磨技術(shù)的發(fā)展 激光燒結(jié)是將一定粒度的鐵粉與磨 料 按一定的比例進(jìn)行混合 為了防止物料氧化和氧化膜的生成 燒結(jié) 必須在還原氛圍中進(jìn)行 因此 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)盡量排除容器內(nèi)的活性氣體 防止激光輻射時(shí)與物料發(fā)生反應(yīng) 實(shí)驗(yàn)中進(jìn) 排氣閥都打開 使高壓氮 氣在管內(nèi)流動(dòng) 在y 行管處的另一支路形成負(fù)壓 將混料抽運(yùn)出來噴射 到密閉室中 并在激光束的焦斑附近 與激光相遇而發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象 這 種方法制備的磁性磨料壽命比較長 它的磨料相與鐵磁體相有很好的結(jié) 合強(qiáng)度 但需要昂貴的激光燒結(jié)設(shè)備 生產(chǎn)成本比較高 難以應(yīng)用于實(shí) 際生產(chǎn)中 2 4 3 機(jī)械壓嵌法 機(jī)械壓嵌法是制造磁性磨料的方法中最簡單的一種 這種方法是將鐵 粉和磨料均勻地撒在硬板上進(jìn)行滾壓 滾壓出來的磁性磨料是在磁性鐵 核的外面包有一層磨料外殼 這種方法制造出來的磁性磨料中磨料的分 布不夠均勻 而且鐵基體相與硬質(zhì)磨料相之間的結(jié)合強(qiáng)度也很小 所以 效果較差 2 4 4 自蔓延高溫合成法 自蔓延高溫合成 s e l f p r o p a g a t i n gh i g h t e m p e r a t u r es y n t h e s i s 簡稱 s h s 法 是近三十年來發(fā)展起來的制備材料的新方法 屬高新技術(shù)領(lǐng)域 該方法是利用高效放熱反應(yīng)的能量使兩種或兩種以上物質(zhì)壓坯的化學(xué)反 應(yīng)自動(dòng)持續(xù)地蔓延下去 生成金屬陶瓷化合物的方法 其最大特點(diǎn)是利 用反應(yīng)物內(nèi)部的化學(xué)能來合成材料 一經(jīng)點(diǎn)燃 燃燒反應(yīng)即可自我維持 一般不再需要補(bǔ)充能量 整個(gè)工藝過程極為簡單 能耗低 生產(chǎn)率高 第2 0 頁 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 產(chǎn)品純度高 同時(shí) 由于燃燒過程中高的溫度梯度及快的冷卻速率 易 于獲得亞穩(wěn)物相 在制備磁性磨料時(shí) 將磨粒相顆粒形成元素的粉術(shù)和 鐵基粉末按一定比例混合均勻 壓實(shí)除氣后制成壓坯 置于有保護(hù)氣氛 的裝置中 通過強(qiáng)熱點(diǎn)火或加熱至燃點(diǎn) 使其進(jìn)行自蔓延燃燒過程 之 后升溫至鐵基熔點(diǎn)吹制成粒 2 4 5 霧化快凝法 霧化快凝是將鐵的氧化物和磨料粉混合在霧化裝置中引燃 使混合 物發(fā)生固相反應(yīng)制成由a l 0 3 f e f e a 1 0 3 冰晶石三相構(gòu)成的球狀的 磁性磨料 該法制的磁性磨料是屬于彌散型的 工藝過程不易控制 而 且制的磁性磨料成分分布也不是很均勻 2 4 6 復(fù)合鍍層法 用復(fù)合電鍍或復(fù)合化學(xué)鍍的方法 將某種磨料顆粒均勻地夾雜到金 屬鍍層中 而形成的特殊鍍層即為復(fù)合鍍層 復(fù)合鍍層法經(jīng)過3 0 年的發(fā) 展 目前已成功地應(yīng)用在不少科技領(lǐng)域中 將復(fù)合鍍層工藝應(yīng)用到磁性 磨料的制各技術(shù)中 需注意兩個(gè)工藝問題 1 原始純鐵粉顆粒的去污活化 2 磨料顆粒在純鐵粉顆粒表面的均勻沉積 目前 第二個(gè)問題的解決辦法是磁攪拌 用這種方法最易解決硬度 比的關(guān)系 但使用壽命與鍍層厚度有關(guān) 當(dāng)前大批量生產(chǎn)還難以實(shí)現(xiàn) 而且考慮環(huán)境污染還存在鍍液處理問題和生產(chǎn)成本問題 2 4 7 鑄造法 鑄造法是將磨料直接加入到液態(tài)鐵磁材料中 并使顆粒在基體中均 勻分布 然后制粒