專利名稱：磁性研磨磨具及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明磁性研磨磨具及其制備屬于機(jī)械零件精密表面光整加工的技術(shù)領(lǐng)域。具體來(lái)講，涉及一種磁性研磨的材料制備及其加工技術(shù)的范疇。
隨著機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，迫切需要解決的問(wèn)題，就是提高零件的表面質(zhì)量，有效改善零件的使用性能，以達(dá)到延長(zhǎng)零件使用壽命的目的。而零件的形狀是千變?nèi)f化的，由于材料不同、形狀各異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，許多零件的表面精加工問(wèn)題難以解決。因而，制約了產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提高。目前，一些異性零件表面、帶有各種細(xì)小溝槽的內(nèi)外圓零件表面的精加工，只能采用手工的方法來(lái)完成，加工效率低，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且環(huán)境污染嚴(yán)重。因此，解決這些零件的表面質(zhì)量問(wèn)題，則成為急待攻克的主要課題。
目前，磁性研磨加工技術(shù)已成功地應(yīng)用于許多高新技術(shù)領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)去除毛刺、提高零件表面質(zhì)量的目的。例如，不銹鋼凈氣瓶的內(nèi)壁研磨、塑料透鏡的研磨、細(xì)長(zhǎng)軸類陶瓷的精磨加工，以及液壓滑閥、中凸變橢圓鋁合金活塞、軸承環(huán)及內(nèi)外圈軌道、縫紉機(jī)用異性小零件、各種復(fù)雜刀具等零件表面的光整加工及去除毛刺，解決了零件表面的質(zhì)量問(wèn)題。
然而，作為磁性研磨加工技術(shù)的重要組成部分，磁性研磨磨具在我國(guó)還不能生產(chǎn)制作，磁性研磨磨具的制備工藝和制備技術(shù)仍屬空白。國(guó)際上，也只有日本、保加利亞等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家開(kāi)發(fā)研制磁性研磨磨具，并能小批量生產(chǎn)。生產(chǎn)方法主要是燒結(jié)法，采用的原料有(1)具有良好導(dǎo)磁性能的鐵磁體(純鐵粉)，(2)具有較強(qiáng)切削能力的磨料粉(氧化鋁、碳化硅等)。加工工藝如下將純鐵粉(80％)和氧化鋁或碳化硅(20％)均勻混合后，壓制成毛坯，然后送入真空或通有惰性保護(hù)氣體的密封燒結(jié)爐內(nèi)，在1300℃的高溫和5MPa的壓力下，燒結(jié)一定時(shí)間后，經(jīng)粉碎、篩選獲得產(chǎn)品。其結(jié)構(gòu)是以微小的磨料顆粒均勻分布在鐵磁體中，形成一定尺寸的磁性磨粒顆粒群。這種工藝，由于對(duì)燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)氣氛及粉末性能的要求均很高，而且需要高溫、高壓設(shè)備，造成了工藝復(fù)雜、操作困難，生產(chǎn)環(huán)境差。同時(shí)生產(chǎn)成本很高，每千克高達(dá)850元人民幣，難以推廣應(yīng)用。
本發(fā)明磁性研磨磨具及其制備的目的在于1 填補(bǔ)磁性研磨磨具這一產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)空白，完全替代進(jìn)口產(chǎn)品；2 實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外圓表面、成形表面、異性曲面、帶有不同尺寸細(xì)小溝槽的鋁合金零件以及其他用傳統(tǒng)方法無(wú)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，去除棱邊毛刺，改善零件表面應(yīng)力狀況，提高零件表面硬度，從而使零件的表面配合性、表面?zhèn)鲗?dǎo)性、表面密封性及使用壽命得以大幅度提高；4 促進(jìn)磁性研磨加工技術(shù)的迅速推廣，使一些傳統(tǒng)落后的光整加工方法更新?lián)Q代，用現(xiàn)代文明的生產(chǎn)方式促使新技術(shù)，新工藝的推廣與應(yīng)用；5 提供一種制成工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉、加工效率高、加工效果好、易于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)的磁性研磨磨具的制成方法及其加工技術(shù)；6 有一定的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究后，可以打入國(guó)際市場(chǎng)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為國(guó)家創(chuàng)造外匯收入。
本發(fā)明磁性研磨磨具，其特征在于是一種主要由磨料粉、結(jié)合劑和鐵磁體組成的微小顆粒狀復(fù)合磁性研磨材料，粒度范圍(60-140)#。其組分為磨料粉(16-19)％，粒度范圍(300400)#和微粉，耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂(5-7.5)％，硅樹(shù)脂(2.5-4)％，固化劑(1.3-2.3)％，純鐵粉(66.8-74)％，粒度范圍為(140-200)#，其余為雜質(zhì)。制備工藝如下
(Ⅰ)第一，嚴(yán)格精選鐵磁體材料和磨料材料，鐵磁體粒度(140-200)#，磨科粉粒度(300-400)#和微粉，且粒度要求均勻；第二，結(jié)合劑應(yīng)耐300℃的高溫；(Ⅱ)按磨料粉與鐵磁體重量比為1∶4，分別稱量?jī)煞N物料；(Ⅲ)將稱量好的兩種物料裝入混料設(shè)備的裝料筒中，密封進(jìn)料口，以(10-20)r/min的轉(zhuǎn)速混合(6-10)小時(shí)；(Ⅳ)結(jié)合劑的配制，首先按結(jié)合劑重量與混合料重量之比為2∶15計(jì)算結(jié)合劑的總重量，然后再按2∶1∶0.5的重量比分別稱量環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂和固化劑三組分，進(jìn)行均勻混合攪拌；(Ⅴ)將混合均勻的結(jié)合劑和混合料倒入一大容器中，進(jìn)行均勻攪拌至混合料和結(jié)合劑完全濕潤(rùn)，融為一體時(shí)，將其制作成直徑為(30-50)mm的團(tuán)狀塊；(Ⅵ)將粘結(jié)好的團(tuán)狀塊放置于干燥、避光的環(huán)境中，并施加(0.1-0.3)MPa的壓力，在室溫下固化24小時(shí)左右；(Ⅶ)利用粉碎設(shè)備進(jìn)行粉碎，然后用標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)將其按使用要求，分選成60#、80#、100#、120#、140#的粒度系列，以滿足粗研磨加工、半精研磨加工和精密研磨加工的要求即可。
本發(fā)明制成的磁性研磨磨具，主要區(qū)別在于原材料的選擇上，比燒結(jié)磨具增加了一種結(jié)合劑。盡管這樣，這種結(jié)合劑的存在卻具有以下兩個(gè)方面的重要作用。第一，將混合均勻的鐵磁體和磨料粉粘結(jié)成一個(gè)整體，使磨料顆粒均勻分布于鐵磁體中，從而替代了真空或保護(hù)氣體燒結(jié)的復(fù)雜工藝過(guò)程，簡(jiǎn)化了操作規(guī)程，省去了高溫、高壓設(shè)備，從而大幅度降低了生產(chǎn)成本；第二，該結(jié)合劑本身具有良好的拋光作用，使加工后工件表面的光澤度和光亮度明顯好于燒結(jié)磨具。
本發(fā)明制成的磁性研磨磨具，借助于磁性研磨的加工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械零件的內(nèi)外圓表面、成形表面、異性曲面、帶有不同尺寸和形狀溝槽的微小零件表面、棱邊和各種圓角裉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礎(chǔ)上下降2-3級(jí)，Ra值達(dá)到了0.2μm以下，對(duì)于溝槽棱邊、凹坑表面的毛刺去除效果也很理想。而生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，每千克160元人民幣，價(jià)格不到進(jìn)口磁性磨具的五分之一。
本發(fā)明最佳實(shí)施例制備實(shí)例1 首先按磨料粉與純鐵粉的重量比為1∶4稱量300#氧化鋁0.1千克、140#純鐵粉0.4千克，進(jìn)行均勻混料6小時(shí)；然后稱量結(jié)合劑各組分的重量耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂0.038千克、硅樹(shù)脂0.019千克、固化劑0.0095千克，進(jìn)行充分?jǐn)嚢柚翛](méi)有筋狀物存在時(shí)，再與混合料倒入一起，進(jìn)行均勻攪拌直到混合料被完全濕潤(rùn)方可粘結(jié)，然后在室溫下加0.2MPa固化24小時(shí)，粉碎篩選為60#、80#兩種粒度。用于粗研磨加工和半精研磨加工。
制備實(shí)例2 首先按磨料粉與純鐵粉的重量比為1∶4稱量400#氧化鋁0.5千克、180#純鐵粉2千克，進(jìn)行均勻混料7小時(shí)；然后稱量結(jié)合劑各組分的重量耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂0.19千克、硅樹(shù)脂0.095千克、固化劑0.048千克，進(jìn)行充分?jǐn)嚢柚翛](méi)有筋狀物存在時(shí)，再與混合料倒入一起，進(jìn)行均勻攪拌直到混合料被完全濕潤(rùn)方可粘結(jié)，然后在室溫下加壓0.3MPa固化24小時(shí)，粉碎篩選為100#、120#兩種粒度。用于精密研磨加工。
制備實(shí)例3 首先按磨料粉與純鐵粉的重量比為1∶4稱量W20碳化硅0.25千克、200#純鐵粉1千克、進(jìn)行均勻混料6小時(shí)；然后稱量結(jié)合劑各組分的重量耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂0.095千克、硅樹(shù)脂0.05千克、固化劑0.024千克，進(jìn)行充分?jǐn)嚢柚翛](méi)有筋狀物存在時(shí)，再與混合料倒入一起，進(jìn)行均勻攪拌直到混合料被完全濕潤(rùn)方可粘結(jié)，然后在室溫下加壓0.2MPa固化24小時(shí)，粉碎篩選成粒度為120#、140#兩種。用于超精研磨加工。
加工實(shí)例1工件表面光整加工實(shí)驗(yàn)條件
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
加工效果加工后工件表面粗糙度值Ra=0.22μm，且表面光亮，機(jī)械性能良好。
加工實(shí)例2工件表面去除毛刺工件材料及規(guī)格鋁合金精密外圓表面φ×1=15×50(mm)加工要求去除不同尺寸溝槽棱邊的毛刺(共6處)，溝槽的尺寸如下B×L=2×30(mm)、4×15(mm)，溝槽末端帶有直徑為4mm的小圓孔。
加工效果優(yōu)選加工參數(shù)后進(jìn)行加工，加工時(shí)間共10分鐘。加工后零件表面光亮，各溝槽表面、圓孔表面毛刺全部去除，而且不破壞零件原有精密表面的幾何尺寸精度。
通過(guò)各種加工性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和用戶應(yīng)用評(píng)價(jià)，本發(fā)明磁性研磨磨具及其制備主要具有以下一些優(yōu)點(diǎn)1 在磁性研磨加工設(shè)備的磁場(chǎng)裝置中，具有很強(qiáng)的導(dǎo)磁性能，產(chǎn)生的研磨壓力也很大，因此金屬去除量大，加工效率高；2 由于不需要特殊設(shè)備，而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、對(duì)工人的技術(shù)水平要求不高、易于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，因此產(chǎn)品成本低，具有較強(qiáng)的國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
3 無(wú)腐蝕、無(wú)廢液、無(wú)污染，生產(chǎn)環(huán)境好；同時(shí)因?yàn)椴恍枰吆哪艿臒Y(jié)和冷卻設(shè)備，因此節(jié)省能源，利于環(huán)保；4 解決了一些零件高精度加工方法的難題，可在一定程度上替代現(xiàn)有的手工生產(chǎn)方式，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的工作環(huán)境；5 加工后不僅零件的表面粗糙度可以有效下降兩級(jí)以上，Ra值達(dá)到0.2μm以下，機(jī)械性能也明顯好于加工前，因此加工后零件的表面質(zhì)量高；而且，由于結(jié)合劑所特有的拋光作用，使加工后零件表面的光澤度、光亮度好于進(jìn)口磨具。
權(quán)利要求
1 一種磁性研磨磨具，其特征在于是一種主要由磨料粉、結(jié)合劑和鐵磁體組成的微小顆粒狀復(fù)合磁性研磨材料，粒度為(60-140)#，其組分為磨料粉(16-19)％，耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂(5-7.5)％，硅樹(shù)脂(2.5-4)％，固化劑(1.3-2.3)％，純鐵粉(66.8-74)％，其余為雜質(zhì)。
2 按照權(quán)利要求1所述的一種磁性研磨磨具，其特征在于制備工藝為(Ⅰ)第一，嚴(yán)格精選鐵磁體材料和磨料粉材料，鐵磁體粒度(140-200)#，磨料粉粒度(300-400)#和微粉，且粒度要求均勻；第二，結(jié)合劑應(yīng)耐300℃的高溫；(Ⅱ)按磨料粉與鐵磁體重量比為1∶4，分別稱量?jī)煞N物料；(Ⅲ)將稱量好的兩種物料裝入混料設(shè)備的裝料筒中，密封進(jìn)料口，以(10-20)r/min的轉(zhuǎn)速混合(6-10)小時(shí)；(Ⅳ)結(jié)合劑的配制，首先按結(jié)合劑重量與混合料重量之比為2∶15計(jì)算結(jié)合劑的總重量，然后再按2∶1∶0.5的重量比分別稱量環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂和固化劑三組分，進(jìn)行均勻混合攪拌；(Ⅴ)將混合均勻的結(jié)合劑和混合料倒入一大容器中，進(jìn)行均勻攪拌至混合料和結(jié)合劑完全濕潤(rùn)，融為一體時(shí)，將其制作成直徑為(30-50)mm的團(tuán)狀塊；(Ⅵ)將粘結(jié)好的團(tuán)狀塊放置于干燥、避光的環(huán)境中，并施加(0.1-0.3)MPa的壓力，在室溫下固化24小時(shí)左右；(Ⅶ)利用粉碎設(shè)備進(jìn)行粉碎，然后用標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)將其按使用要求，分選成60#、80#、100#、120#、140#的粒度系列，以滿足粗研磨加工、半精研磨加工和精密研磨加工的要求即可。
3 按照權(quán)利要求2所述的一種磁性研磨磨具的制備工藝，其特征在于磨料粉的材料有氧化鋁、碳化硅和金剛石，粒度為(300-400)#和微粉。
4 按照權(quán)利要求2所述的一種磁性研磨磨具的制備工藝，其特征在于鐵磁體材料為純鐵粉，粒度為(140-200)#。
5 按照權(quán)利要求2所述的一種磁性研磨磨具的制備工藝，其特征在于結(jié)合劑的原料為耐高溫的環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂和固化劑，三組分的重量比為2∶1∶0.5。
全文摘要
一種磁性研磨磨具及其制備,屬于機(jī)械零件精加工領(lǐng)域。主要應(yīng)用于各種成形表面、異性曲面和帶有不同尺寸溝槽的微小零件表面的精密光整加工及其去除毛刺。其特征是一種主要由磨料粉、結(jié)合劑和鐵磁體構(gòu)成的既具有良好導(dǎo)磁性能,又具有較強(qiáng)切削能力和拋光作用的微小顆粒狀復(fù)合磁性研磨材料。具有制作工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、加工質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),可以替代進(jìn)口磨具,填補(bǔ)磁性研磨磨具生產(chǎn)技術(shù)的國(guó)內(nèi)空白,解決了磁性研磨加工技術(shù)在我國(guó)推廣應(yīng)用的一大難題。
文檔編號(hào)B24D3/34GK1299732SQ0013566
公開(kāi)日2001年6月20日 申請(qǐng)日期2000年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月17日
發(fā)明者張銀喜, 陳紅玲, 丁艷紅, 郭燕瑩, 張峪生 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)