巩义市泰和水处理材料有限公司
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磁性磨料研磨技术

  • 磁性研磨
    电场和磁性研磨加工(Field-assisted Fine Finishing, FFF)是利用和控制电磁场使磁流体带动磨粒对工件施加压力从而对高形状精度、高表面质量和完全与结晶相近的面进行加工的研磨方法。主要用于信息机械和精密机械高功能元件的加工。通过对电磁场控制也可以加工自由曲面。
    磁性(流体)研磨是在电磁场的强磁感应下,被磁化磨料(或含金刚砂磨料)沿磁力线方向被吸附在磁极上形成“磨料须子群”或称为“磨料软刷子”,它与工件做相对运动实现对工件表面研磨加工的新工艺。
    磁性研磨可以对外圆表面、内圆表面、平面、复杂型面和精密棱边进行精密研磨,也可对工程陶瓷等硬脆材料进行精密研磨。磁性研磨法具有以下特征:能够精密研磨具有凹凸面、曲面等复杂形状产品;能够短时间创成超微细精密表面;能够精密研磨非磁性长圆管和环形管内壁、孔口狭小的容器内表面;可对塑料、工程陶瓷进行精密研磨;可对像切削刀具刀刃那样复杂形状的产品达到0.01mm级精密棱边的光整加工。
    磁性研磨在轴承内外辊道、螺纹环规、丝锥、仪表电机轴、仪表齿轮、手表表座、照相机镜片和精密阀孔等多领域中得到应用。
  • 磁性研磨加工原理以圆柱表面研磨为例说明磁性研磨的加工原理,图8-35所示为圆柱表面磁性研磨加工原理示意。N-S两极固定形成直流磁场,位于磁场中的被磁化磨料沿磁力线方向形成整齐排列成刷子状的金刚砂磨料流,以一定压力施加在两极之间。工件以一定转速回转及以一定的振幅、频率轴向振动其上的磨料流,从而实现对工件表面的光整加工和棱边去毛刺的目的。附在工件表面上的金刚砂磨料,由于受到工件旋转方向的切向力作用,出现磨料向切线方向飞散,但由于这些磨料还受到磁场作用力和磨料间相互吸引力的作用,磁场作用力与金刚砂磨料间相互引力的合力大于切向力,从而有效地防止磨料向外流失。

    在研磨导磁材料的工件时。加工区的磁场分布如图8-36所示。在磁场内某一点A上一颗金刚砂磨料将受到沿磁力线方向的力Fx及受沿等势(位)线方向的力,在磁性研磨中,工件加工表面上微小表面层面积△Si上所承受的研磨压力Fi。
  • 回柱磁性研磨的加工特性经磁性研磨实验证明,圆柱磁性研磨加工特性如下。
    a.利用在磁极上开设切口有效地产生集中磁场分布是很重要的。
    b.研磨量随工件间转速度提高而增大。
    c.磁通密度增大研磨量增加。
    d.加工间隙增大,则研磨量减少。
    e.向工件叠加一振动可达到增大研磨量的效果及迅速达到表面平滑化的效果。
    f.研磨液对增大研磨量效果的作用很大。
    g.加工表面生成压缩残余应力,加工硬化层深度达数微米的程度。
    h.磁性研磨法对圆度、圆柱度等形状精度可以改善,但改善的速度很慢。
    i.可用金刚石磁性磨粒对工程陶瓷进行加工,可以获得Rz=0.1μm的精密表面,用Cr2O3和Fe3O4铁粒混合磨粒,能对Si3N4进行磁性研磨,可获得Rz=0.05μm的超精密研磨表面。
  • 高效率平面磁性研磨;图8-37所示为平面磁性研磨加工模式。回转的磁极和工件表面之间保持一定间隙,充满磁性磨粒,沿磁力线方向形成磁性“磨料须子群”随磁极一起回转,同时工件进给,实现平面的梢密研磨。作用在磁性磨料颗粒上的力有磁力Fm、压力Fi和离心力Ft。研磨中磁力FM应大于离心力Ft,否则金刚砂磨料会飞散出去。为确保研磨正常进行,工件与“磨料须子群”之间需保持一定压力Fi,这个压力Fi的大小取决于流过磁场线圈电流的大小、磁极与工件之间间隙大小。

    图8-38所示为磁性平面研磨装置和磁极形状。磁性流体研磨装置由加工部分、驱动部分和电磁线圈组成。为防止电磁铁发热,在其周围加循环水冷却。可通过定位螺钉来调整工件与回转研具之间的位置。工件4为1.2mm厚钠钙玻璃,前工序用3240#Al203磨粒湿研。磁性流体为水中定量悬俘的Al203。为了提高研磨效率,磁极锥度宜大,可制成M、R和C型。磁性流体研磨加工量14转速关系如图8-39所示。磁性流体研磨还能通过局部控制加工量来加工非球面和复杂曲面,图8-40所示为磁性流体研磨加工框图。工件与用黄铜制工件保持器的回转是同步的,利用此同步定位和励磁电流的变化可控制局部的加工量。回转同步由安装在工件回转机构上的回转式编码器来的输出信号经计数器、接口输入到电极励磁机构完成。

    将磁化性能好的微细磨料与大于磨粒粒径数倍的纯铁粉颗粒混合。微细磨粒被吸附在粒径大的铁粉颗粒表面上,形成一个直径较大的磁性磨粒。这些混合的粒子群沿磁力线整齐地排列,形成如图8-41所示的高刚性“磁性刷”。提高了研磨压力,实现高效率的磁性研磨。
  • 内圆磁性研磨将N、S磁极成直角地设置在非磁性圆管外,如图8-42所示,在圆管内部形成集中的磁场,工件回转且进给,磁性磨粒沿磁力线以一定压力对工件内表面进行加工。
    对于长圆管及弯管不宜实现高速回转时,可采用图8-43所示的回转磁性工具在磁场内对圆管内表面进行磁性研磨。这种磁性研磨法采用六个线圈,通过三相交流电,在圆管内形成磁场,磁性研磨工具高速回转,实现对内管表面精密研磨。
    图8-44所示为磁性流体磨粒内圆研磨装置。电磁铁配置在工件的左右,在磁极周围用水管冷却,磁极使用P型和M型两种。工件为非磁性材料黄铜套,前工序用金刚石砂纸手工研磨内圆,加工后加工表面粗糙度Rz值为2.7μm。磁性流体为水和质量分数为40%浓度的磁铁粉,磨粒为GC W50-W40、W28-W20两种。加工时间为30min;磁极2用W50-W40磨粒、91.5mm/s(工件转速50r/min);磁极1用W28-W20磨粒、162mm/s(工件转速100r/min)。由图8-45(a)可见,不加介质时,磁极1电流增加工件切除率减小,而磁极2电流增加,工件切除率增加。在流体中加上介质,磁极1电流增加,工件切除率也增加,如图8-45(b)所示。选择合适的磁极形状和介质可有效地进行内圆研磨。
  • 控制磨粒数磁力研磨;加工原理如图8-46(a)所示。在研磨具的孔中预先注入带有非磁性磨粒的磁流体。当磁场方向与重力方向平行时,则磁场加给非磁性磨粒浮力,磨粒进入研解具表层。调节电磁铁电流,可控制研磨的磨粒数,在压力下进行高效研磨。研磨装置如图8-46(b)所示。穿孔的研磨具贴在黄铜盘上,可随黄铜盘一起回转,容器里注入适量的磁性流体,液压控制黄铜盘上下位移,以实现加压和卸压。工件安装在夹具上井有一装置带动回转。
  • 胶板鼓胀磁性流体研磨;图8-47(a)所示为胶板鼓胀磁性研磨装置。将磁性流体定量注入黄铜园盘沟槽部位,在其上将1mm厚橡胶板胀开,作为研抛器。电磁铁对磁性流体在上、下方向施加磁场。工件安装在铁芯底部,与橡胶板接触(接触压力为零)。橡胶板上面注入磨粒悬浮于水的研磨剂。上部铁芯与黄铜圆盘的回转方向相反。图8-47(b)所示是其一作原理。当电磁铁通电时,磁性流体被推向磁极方向,使橡胶板向上鼓起给一件加研磨压力。并通过黄铜圆盘和铁芯的相对运动对工件进行研磨加工。电磁铁电流与加工压力之间在测定范围内(0-10 5A/m)成线性关系。对钠钙玻璃、硅单晶、铜工件加工,当磁性流体相对密度为1.35、黏度为2.3*10-2Pa·s,研磨剂为GC800#磨粒与水,其配比为24%悬浮液时。前工序加工表面粗糙度Ra值为l0μm。
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