磁性研磨技术—文献综述.doc

东华大学研究生课程论文封面教师填写：得分任课教师签名年 月 日学生填写：姓名学号专业导师课程名称任课教师课程学分上课时间20 至20 学年 第 学期 星期 递交时间年 月 日本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的课程论文，是本人独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 注：本表格作为课程论文的首页递交，请用水笔或钢笔填写。磁性研磨技术概论摘要：本文讲了磁性研磨加工的原理、特点，制备方法，磁性磨料，工艺参数，研磨机理，介绍了几种磁性研磨加工方法，探讨了磁力研磨加工技术的发展趋势。关键词：磁性研磨，磁性磨料，工艺参数，表面质量，光整加工1. 引言现代科学技术发展相当的快，对于零件的表面质量要求也越来越高，所以表面光整加工技术需要做的更好，在很多的领域我们的零件的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度的要求非常高。为了达到这些要求，我们需要开发一种新的表面光整加工技术。这种技术需要能够满足加工要求且高效率、操作简便、成本低廉，以突破传统加工方法的局限。近来兴起的磁性研磨技术具有柔性好、自适应性好、压力可控性、高表面质量、低成本、高精度、易于自动控制等的特点，是一种比较有发展前景的光整加工技术。这种技术加工表面几乎可以对任何非导磁性材料进行加工，比如说，对微小零件表面进行加工，对多个零件同时加工，在去除量比较小的情况下获得高的表面质量、获得优异的加工效果，所以说这种技术克服了传统加工方法的一些限制与不足，用起来相当方便的。目前，磁性研磨加工技术已经可以很好地与数控机床、加工中心和机器人结合，实现光整加工的自动化，所以其发展很有前途12. 磁性研磨加工技术2.1 概念及原理磁性研磨法是通过磁场的磁极将磁性磨料吸压在加工件表面，加工件表面与磁极之间可以有数毫米的加工间隙，磁性磨料在加工间隙中沿磁力线整齐排列，形成弹性磁刷，并压附在工件表面，旋转磁场或旋转加工件，使磁刷与加工件产生相对运动，从而精磨工件表面。主要有磁性磨料研磨和磁流体研磨两种，细分的话可以分为平面研磨、圆周研磨、自由曲面研磨、磁浮置研磨、磁性液体分离式研磨、磁性液体堆积研磨。（1） 平面研磨2图1为平面磁研磨的图，平面研磨的磁极高速回转，被加工圆盘也在转。 磁极与加工表面的间隙，加工间隙为2mm，在此加工间隙里面形成了不均匀的磁场。具有了强磁性的磁性磨料充填于此间隙中。在磁场的作用下沿磁力线形成磁刷。磁刷在回转磁极的诱导下高速回转研磨圆盘表面，来光整表面。（2） 圆周研磨3,4用磁性磨料研磨的方法对内孔和外圆柱表面进行加工时，以工件旋转并沿轴向振动、磁极静止的方式（图2）进行的。要求磁性磨料吸附在磁极和工件表面上。在内孔研磨中，孔径较大时这种方法加工是可行的，但当孔径较小时，磁极与工件表面之间距离变小，而漏到与加工无关部位的磁通量增多，使加工部位的磁场强度减弱，造成加工效果不理想。所以这种方法对于孔径有要求。（3） 自由曲面研磨5局部的进行加工，可以加工不同表面的零件（图3）（4） 磁浮置研磨6,7磁浮置研磨的机理如图4、5所示：使用3个以上磁铁，使其相邻而磁极互不相同，由此产生的等磁力线在中心磁铁上方且呈凹形，因此添加在磁性液体中的磨粒就浮置在上层且集中在磁场形状产生的凹处，工件在回转过程中将磨粒搅散，若磁性液体中的磨粒添加率高，就可获得由浮置的磨粒与磁性液体形成的“粘土层”成为类似柔软抛光器的磨具，为了实现高效率的研磨需要大的磨粒浮置力和保持力。磁场强度的大小和方向会影响它。越强，保持力和浮置力肯定越大的，通过更换磁场方向，影响加工质量。（5） 磁性液体分离式研磨分离式研磨原理图如图6所示：磁性液体和工件间有一层橡胶板和一层嵌有磨粒的抛光绒布，这个布和金相抛光的布差不多。在外磁场的作用下，磁性液体使绒布和工件压紧，当工件与绒布作相对运动时，绒布上的磨粒对工件进行微细切削，降低了工件表面粗糙度，这一方法加工效率较高，但在加工后表面留有残余应力，对形状复杂的工件也难以进行加工。（6） 磁性液体堆积研磨在磁性液体中加入氧化铝或碳化硅磨料，磨粒添加率大大高于用于磁浮置研磨的最佳添加率，根据磨料粒径不同，添加率达到55%60%，使混合液成为粘稠的胶状液体。如图 7所示：将工件紧贴压在混合液上，并以速度 v运动, 在外加磁场的作用下，混合液保持相对不动，混合液中的磨粒就会在与工件表面发生相对运动的过程中进行细微的冲击、刮削和滚压，起到研磨加工的作用。这种加工表面也不能很复杂。2.2磁性研磨加工的特点：磁性研磨加工应用广泛是因为具有以下特点：(l)具有很好的柔性和自适应性。在磁场中,磁化的磨粒靠磁场的作用力和彼此间的磁性吸引力非刚性的固结在一起形成磨料刷,这个磨料刷的形状在加工过程中能够随工件形状的变化而变化,表现出极好的柔性和自适应性。(2)具有很好的自锐性。加工中相对运动的存在,使磨粒沿加工面滑动的同时出现了滚动,磨粒间不断的更换位置,使其具有极好的自锐性。它不像普通砂轮那样存在堵塞和磨粒钝化现象,这在很大程度上提高了加工的效率。(3)研磨的压力可控性强。磁力研磨的加工压力可以通过改变励磁电流进行调节,所以控制起来比较容易。(4)适用范围广。磁力加工不仅可以用来进行光整加工,而且可以用来去毛刺、倒角和去除30微米厚的锈。不仅可以加工平面、内外柱面、球面。还可以加工复杂的曲面,甚至能加工普通加工手段无法加工的工件。(5)加工效率高。用于加工一定硬度以上的表面，淬火钢工件表面,如轴承环、轴瓦和圆棒等。很短时间内能细化表面粗糙度一个等级。8(6)可以强化工件的表面。在对工件进行光整加工的同时,不仅可以去除机械加工和磨削时产生的残留拉应力,而且能够形成预留压应力加工硬化,而这可以大大提高工件的抗疲劳强度。9 (7)加工装置简单、成本低。不需要砂轮、油石、传动带等预备加工设备。另外,该方法比较清洁,振动、噪声较小、具有加工良好的柔性和自适应性,能与数控技术结合。2.3 磁性磨料磁性磨料是人们所熟知的硬质合金粉末(Fe-C、Fe-Al-C、Fe-Ti等),这些合金粉末通常只用于研磨软质合金或有色金属,也可用于去除软的氧化薄膜或氧化皮。对于耐磨材料的磁力研磨,须采用氧化铝、碳化硅、金刚石等硬质磨料与铁磁性粉末复合,一般采用烧结的方法。磁性磨料的制备主要有：机械压嵌法、铸造法、原位反应复合法、复合镀层法、自蔓延高温合成法、雾化快凝法、激光烧结法、热压烧结、电炉烧结法、等离子粉末熔融法、粘结法。2.4 研磨机理磁性磨粒在加工过程中与工件表面产生的接触滑擦、挤压、刻划、切削等现象的作用机理可分析如下：（1）磁性磨粒微量切削作用由于磁磨粉是由微粉粒状体的磨粒组成，切入工件表面的切痕深度一般不超过 0.20.3m,切深小于前道工序加工后留下的缺陷。产生的切屑很小，工件的加工变质层极薄，残余应力也很微小，因此这种加工方法属于微量切削，理论残留面积高度小，使加工后得到的表面粗糙度值很小10（2）磁性磨粒磨损作用磁性研磨加工中，在磨粒与工件表面对磨的磨损过程中，使工件表面得到研磨加工。由于磁磨粉一般集中在磁力线密集的表面不平度轮廓峰附近，微观表面不平度轮廓部分磨损相对较大，使工件表面光洁、平整。（3）磁性磨粒电化学磨损作用磁性研磨加工中存在着化学磨损，工件表面被磨粒摩擦、刻划，纯净的金属将暴露在空气中，会与外部介质产生相互化学反应，表面被迅速氧化并形成一层极薄的氧化膜。由于氧化膜与工件材料的膨胀系数不同，以及加工过程中温度变化等原因，在随后的滑擦摩擦中从工件表面脱落。在连续研磨加工过程中，工件表面层金属不断地氧化脱落再氧化再脱落，从而提高了研磨效率112.5 工艺参数磁性研磨对表面质量的改善主要有以下几个因素：磁感应强度B，加工间隙，相对速度v，前道工序的表面粗糙度值Ra，振幅a，频率f，磁性磨料性能。（1） 磁感应强度B磁感应强度较小时,磁感应强度较小,磁场保持力较弱,研磨压力小,磁性磨粒容易从磁刷上掉下来,不能形成对工件有效的磨削,表面粗糙度值的减小就慢，工件表面粗糙度值较大。磁感应强度加大,磁场保持力增大,研磨压力增大,磨削能力加强,因而表面粗糙度值下降加快。同时磁刷的刚性增强。表面的磁性磨粒贴附在工件表面上,得不到及时转移而降低了磁刷的磨削能力,磨粒对表面的划伤趋严重,表面粗糙度值反而要增加。（2） 加工间隙加工间隙是指工件表面和磁极工作表面之间的间隙。加工间隙的增大,磁回路中的磁阻增加,漏磁增大,磁感应强度减弱,最终将导致磁性磨料的切削能力下降,影响加工后工件的表面粗糙度值。加工间隙小的话，磨料难以翻滚，不好加工，所以有最佳的加工间隙。（3） 相对速度v速度小，肯定磨不动；速度大时,单位时间内磨削长度增加,金属去除量增大,表面粗糙度值逐渐减小。磨料会出现飞散现象保持不了磨削；切削热大量增加,导致工件表面温度升高,影响工件加工的表面质量,使工件表面的机械性能下降。所以有一个最佳的速度。（4） 其他一般都有最佳的参数，需要研究加工机理，进一步让我们研磨工艺更好。3. 结语磁性研磨是一种新型的表面精加工的加工工艺,它具有加工范围广、加工方法简单、操作方便、成本低、加工表面质量高等优点。今后需要研究解决的主要课题有：（1）新型磁性磨料的研究开发。提高磁性材料与硬质磨料之间的结合性，研发制作成本低、使用寿命长、研磨效率高，磁化率高的磨料。（2）进一步改进和完善磁力研磨装置，包括：1）提高大间隙情况下激磁线圈产生的磁场大小，以提高加工区域中的磁感应强度；2）解决因绕组线圈导线电阻和涡流效应引起的发热，以适应长时间的研磨工作。（3）采取有效的退磁手段。工件磁化现象，对仪器造成伤害，也不利于对工件表面的清洗。因此有必要对加工过的工件实施退磁处理。（4）磁性研磨自动化，引进数控机床的 CAD/CAM 系统，实现程序自动化。（5）工艺参数需要后人的改进，提高研磨效率，做到即快又好。磁性研磨方法有很大的应用领域和较高的经济价值。在前人的基础上加入后人创新性的技术，一定会变得更好，更加能够创造出这个技术的价值。参考文献1 肖作义.磁力研磨光整加工技术的理论与实验研究c.博士学位论文,上海:上海理工大学,2004.2 王凤辉.平面磁研磨法的研究J. 制造工艺,1997,(12):17-19.3 袁守华.用旋转磁极的方法对内孔和球面进行磁性磨料研磨加工的研究J. 金刚石与磨料磨具工程,1996,(3),12-13.4 贾向义.外圆磁性研磨机的改装及其磁力系统计算J. 机床与液压,2003,(5),8-10.5 栾斌.自由曲面磁性研磨的研究J. 东北煤炭技术,1999,(4),4-10.6 李德才.磁性液体研磨技术J. 新技术新工艺,1996,(3),175-180.