应用环形磁场控制的微粉砂轮制备及其磨削性能

发布时间：2019-08-28 06:55

【摘要】：在超精密磨削中,金刚石微粉砂轮的磨粒分布均匀性对提高磨削表面质量至关重要,为了使微粉磨粒规则排布,提出了一种采用环形磁场控制磨粒规则排布的砂轮制备方法,制备了多种金刚石微粉砂轮,使用磁场控制制备的微粉砂轮对硬质合金YG8进行了平面及非球面磨削试验。结果表明:应用环形磁场控制可使金刚石微粉砂轮的磨粒实现规则排布,极大改善砂轮加工性能,利用环形磁控方法制备的砂轮可获得最佳表面粗糙度Ra3 nm、最佳面形精度PV318 nm的光滑镜面。
【图文】：

受力模型,排布,磨粒,砂轮

提高砂轮耐用度。此外，铁粉也能有效提高热传导效率，利于磨削过程中砂轮散热。本文首先阐述环形磁场控制磨粒排布金刚石微粉砂轮的制备方法及原理，制作环形磁控砂轮制备装置，制备多种型号的砂轮，并对铁粉和磨料在磁场控制下的排布规律，磁感应强度、铁粉及磨料质量分数对磨削比、加工面粗糙度及面形精度的影响进行试验研究。1环形磁控微粉砂轮制备方法及原理将羰基铁粉、金刚石微粉磨料、添加剂、树脂、结合剂混合，搅拌均匀后倒入砂轮模具之中，中间插入砂轮杆。没有外加磁场时，磨粒与磁性粒子随机分布，如图1a所示；当施加环形磁场后，如图1b所示，制备砂轮的混合料处在内外磁极形成的环形空腔内，磁力线与环形空腔径向保持一致，铁粉颗粒在外加磁场作用下沿磁力线方向排布，形成径向辐射链状或片状结构，同时，非磁性的金刚石微粉磨粒在磁性铁粉颗粒的作用下移动，沿磁链规则排布。图1砂轮磨粒的排布和受力模型下文对磁场中颗粒的受力情况进行分析。为简化，仅考虑二维情况，设任意单颗磁性颗粒在磁场中受Fi,x和Fi,y两个方向的磁力作用，如图1c所示，则Fi,x和Fi,y可用下式表达[12],0(/)ixF=VχHHx(1),0(/)iyF=VχHHy(2)式中，0V为磁性颗粒体积；χ为磁性颗粒磁化率；H为磁场强度；H/x是沿x方向磁场强度的变化率；H/y是沿y方向磁场强度的变化率。单颗磨料的受力为周围与其接触的所有磁性颗粒作用力合成，故有xi,xF=F(3)yi,yF=F(4)式中，Fx和Fy为磨料颗粒分别在x和y方向的受力。由上述公式可知，，磁性颗粒的磁化率越大、磁感应强度越高，磁场变化率越大，推动金刚石磨粒的力也就越大。当多颗磁性颗粒在磁场力作用下达到平衡后，表现为沿磁力线方向链状

磁控,环形,砂轮

蚴┘?MPa压力将砂轮压制成型。(6)带模烧结。将成型后的砂轮连同模具一起置于烧结炉内分段加热：首先在30min内从室温加热至100℃；然后，在100～150℃段，每60min升温20℃；至150℃时，保温120min；然后，再每60min升温20℃；至180℃时，保温180min，烧结过程结束。(7)冷却脱模。在烧结炉内自然冷却至室温，然后将砂轮脱模，用#800(19μm)GC砂轮进行修整。树脂金刚石铁粉混料装模施加磁场冷却脱模带模烧结压制成型图2砂轮的制备工艺路线2.2制备装置根据环形磁控砂轮制备原理设计的制备装置结构如图3a所示，实物如图3b所示。永磁石与45钢制成的导磁板、模套、砂轮杆形成闭合磁路。砂轮杆、上/下模、模套、导磁板形成模腔可装填制备砂轮的混合料，上/下模则用非导磁的不锈钢制成。采用ANSYS10.0对制备装置的磁路进行分析。由于装置轴对称，对其一半进行分析，选用VectQuad4nod13单元分析材料属性，Br=1.0T，Hc=150000A/m，μr=105。施加磁力线垂直的边界条件，假设没有磁漏，所有的磁通量沿磁路通过，外表面施加磁力线平行的边界条件，分析结果如图3c所示。由图可知，环形的模腔内可形成匀强磁常制备时，先将下模装入模套，插入砂轮杆后，可装填混合料，然后安装永磁石、导磁板及上模，形成磁场，上液压机施加1～30MPa的压力压制成型，最后至烘箱内加热固化，即完成砂轮制备。图3环形磁控砂轮制备装置2.3砂轮制备方案为了探讨不同成分配比及制备时外加磁感应强度对磨削性能的影响，制备了12种砂轮，如表1所示。1～4号砂轮用于研究铁粉质量分数对磨削性能的影响，铁粉质量分数从0%增加至35%，金刚石微粉质量分数保持为25%不变，砂轮制备过程施加磁感应强度为80mT；5～8号砂轮用于研究金刚石
【作者单位】：湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心;南华大学机械工程学院;大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室;长沙纳美特超精密制造技术有限公司;
【基金】：国家自然科学基金(51205120) 国际科技合作与交流专项(2014DFG72480) 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室开放基金资助项目
【分类号】：TG743

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