作者：Baljinder Singh, Charanjit Singh Kalra

       摘要：磁力研磨工藝（MAF）可以實(shí)現(xiàn)精加工工藝中由傳統(tǒng)精整工藝如磨削、珩磨和拋光等引起的較深的切削痕去除掉并替以新的表面結(jié)構(gòu)。本研究利用300目的鐵粉（80%-按體積比）和300目的磨料（20%-按體積比）在燒結(jié)爐中制備出磁性磨粒Al2O3。利用柱形黃銅工件進(jìn)行精整加工以供研究試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)研究了不同參數(shù)在加工工藝中的影響，如磁性磨粒質(zhì)量（5㎎、10㎎、15㎎）、工件旋轉(zhuǎn)速度（200rpm、400rpm、600rpm）、磨粒粒度（120、180、220）、加工時(shí)間（20、50/80）和工件間隙（2mm、4mm、6mm）。最佳工藝參數(shù)為：15㎎、220目（粒度大小53μm）4mm間隙、600rpm和80分鐘。

1、引言
       拋光、珩磨和磨削等傳統(tǒng)精整工藝不足以在航空航天、光學(xué)電子、醫(yī)療器械和核反應(yīng)堆等技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備制備工藝中實(shí)現(xiàn)較高要求的表面精整水平。MAF工藝則可以在管狀工件的內(nèi)外表面以及平面工件上實(shí)現(xiàn)較高的表面質(zhì)量；利用磁場中形成的磁性磨粒，MAF可以實(shí)現(xiàn)較高的工件表面和邊緣精加工。少量的磁性磨粒充當(dāng)切削工具，當(dāng)對(duì)工件施以相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)這些磨粒在工件表面受到壓縮并將待加工材料以切屑形式磨除掉。
       Shinmura 等人在高溫高壓條件下將平均直徑5μm的氧化鋁和鐵粉混合，在真空燒結(jié)爐中1.5小時(shí)，將其制備成150μm粒度大小的磁性磨粒，對(duì)SS41材質(zhì)的工件進(jìn)行破碎和修整加工，并研究MAF工藝的基本原理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明工件表面精整質(zhì)量得到了約40%的改善。               Aizawa等人利用磁性輔助磨料研磨工藝對(duì)非鐵磁管狀工件進(jìn)行內(nèi)表面精整加工。實(shí)驗(yàn)所用工件為不銹鋼衛(wèi)浴管，磁性磨料為氧化鋁和鐵粉混合制備而成；表面精整改善約48%。實(shí)驗(yàn)還對(duì)MAF工藝中潤滑劑的使用量進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)潤滑劑最佳用量可以改善磨料在工件表面的接觸進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較好的表面精整且精度較高。Khairy等人研究了MAF工藝在精整加工銀器鋼棒的粗糙表面和鋒利邊緣時(shí)的有效性和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)將氧化鋁和鐵粉混合，在1400℃下置于盛放有惰性介質(zhì)的爐中進(jìn)行壓制，時(shí)間1小時(shí)；然后將其破碎成小顆粒并進(jìn)行粒度篩選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MAF工藝能夠改善表明精整約52%。表面光滑度、紋理結(jié)構(gòu)和表面層等都要比珩磨、拋光等利用固結(jié)在鐵水泥粗顆粒上的精細(xì)磨料產(chǎn)生的表面精整質(zhì)量要好。

表1：制備磁性磨料的燒結(jié)參數(shù)

 

圖1：振動(dòng)篩分裝置

圖2：內(nèi)表面MAF工藝用實(shí)驗(yàn)裝置

表2：MAF試驗(yàn)參數(shù)

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論
       實(shí)驗(yàn)對(duì)工藝中的有效參數(shù)如磁性磨料量、工件旋轉(zhuǎn)速度、磨粒粒度、加工時(shí)間和工作間隙進(jìn)行改變并研究它們對(duì)表面粗糙度的影響。
圖3為磁性磨料量對(duì)平均表面粗糙度的平均值的影響。據(jù)圖可知，表面粗糙度隨磨料量增加而降低，說明磨料量增加可以改善表面精整質(zhì)量。表面粗糙度隨磨料粒度增大而降低。還可以看出表面粗糙度的降低隨著中間線的出現(xiàn)劃分出兩個(gè)基準(zhǔn)，基準(zhǔn)1和基準(zhǔn)2；隨著工件-磁極的間隙增大，表面粗糙度數(shù)據(jù)從基準(zhǔn)1降低為基準(zhǔn)2進(jìn)而增大轉(zhuǎn)向基準(zhǔn)3。表面粗糙度隨工件旋轉(zhuǎn)速度的增大呈定量下降。隨著加工時(shí)間的延長，表面粗糙度由基準(zhǔn)1向基準(zhǔn)2定量下降，基準(zhǔn)2到基準(zhǔn)3的下降變化影響基本可以忽略。

圖3：不同參數(shù)對(duì)表面粗糙度平均值之平均值的影響

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