制造类开题报告

1、太原理工大学硕士研究生学位论文选题计划表研究生姓名： 王军委 指导教师： 陈红玲 专 业: 机械制造及其自动化 所属院（所）： 机械工程学院 2011 年 2 月 24 日研究生姓名 王军委 专 业机械制造及其自动化导师姓名 陈红玲研究方向光整加工毕业论文题目热压烧结磁性磨料制备工艺及其研磨性能的研究论文类型理论研究应用研究用于生产其它选题目的和意义：随着机械产品质量的不断提高，迫切需要解决的问题，就是提高零件的表面质量，有效改善零件的使用性能，以达到延长零件使用寿命的目的。而零件的形状千变万化，由于材料不同、形状各异、结构复杂，许多零件的表面精加工问题难以解决，制约了产品质量的提高。目前，一

2、些异型零件表面、带有各种细小沟槽的内外圆零件表面的精加工，只能采用手工的方法来完成，加工效率低，加工质量不稳定，工人劳动强度大，而且环境污染严重。因此，解决这些零件的表面质量问题，成为急待攻克的主要课题。(问题)还有就是汽车内饰件等塑料模具由于制件形状复杂，在很多情况下不得不根据制件形状特点使用曲面作为分型面，凸凹模分型面需要良好贴合，曲面分型面的加工既有形状精度要求又有表面粗糙度要求，加工难度显著增大。对于大型汽车塑胶件模具的曲面分型面，目前采用手工研抛、多次试模、逐步贴合的方法，其形状精度和表面精度不稳定最终影响到制品的挺度、造成飞边等。然而磁力研磨正是解决这一问题的最有效的办法之一。本课

3、题将对磁性研磨加工作进一步的研究。磁性研磨加工作为一种很有前途的光整加工方法，为复杂曲面的光整加工带来了希望。尽管多年以来已有不少人对该技术和相应的装置进行了系统的开发和研究，但迄今为止很少有人对磁性磨料的进行专门深入的研究。而磁性磨料作为磁性研磨加工中不可缺少的介质，对它的开发和研究就变的越来越重要了。一旦磁性磨料的问题得以完善解决，磁性研磨加工技术就可迅速在生产中的得到广泛的应用。因此,研制出一种加工效果好、成本低的磁性磨料是目前的首要任务，而且磁性磨料的成功研制对推动磁性研磨技术的快速发展也具有深远的意义。国内外研究动态：磁力研磨的加工工具是磁性磨料。从磁力研磨的国内外发展状况及其应用现

4、状来看，磁力研磨技术的发展潜力很大，应用范围极广，有着广阔的市场前景。磁力研磨加工中需要大量的磁性磨料来实现切削加工，具有良好性价比的磁性磨料是提高加工效率和加工质量最重要的一环，也是解决磁力研磨技术在更大范围内推广应用的关键所在，同时也是降低加工成本的先决条件之一。因此，许多专家学者一直致力于磁性磨料的制备工艺研究。70年代，前苏联对磁性磨料的制备方法进行了大量的研究工作，并就磁性磨料的组成、配比和结构等提出了多项发明专利。研究初期，磁性磨料的制备主要是采用高温烧结和浇铸，然后粉碎的方法。但由于制备成本较高，其规模生产和应用都受到了很大限制，因此主要是在一些比较特殊的场合中应用，如圆管内壁表

5、面、不锈钢净气瓶内壁表面、硬质合金耐磨涂层刀具表面等的光整加工;随着研究的深入，一些粉末冶金技术如烧结、渗氮、雾化快凝等技术被用于磁性磨料的制备，现在又出现了一种称作自蔓延的高温合成技术。80年代，保加利亚和日本也开始了这方面的研究，并开发了多种磁粒光整加工设备。同时对各种场合的加工工艺进行了较深入的理论分析和试验研究，如磁场强度、加工间隙、磨料与工件的相对移动速度、磁性磨料的成分和粒度等因素对加工质量和效率的影响以及他们之间的相互关系。MasahiroAnzai和Koi比Masaki对磁性磨料的制备技术进行了研究，并研究开发了几种比较有应用价值的磁性磨料。他们采用的磁性磨料制备方法包括:等离

6、子粉末熔融法(PPM)、铁磁性金属材料与磨料纤维混合法、液体磁性磨料等。我国对磁粒光整加工技术的研究是从80年代中期开始的，起步比较晚，投入的人力也很有限，无论是研究的深度还是广度与国外均有比较大的差距。目前国内没有较完善的磁性磨料制备工艺，多数仍处于实验研究阶段。90年代初，南京航空航天大学就复合镀层制造磁性磨料作过大量试验工作。目前，大连理工大学正在研究用等离子喷涂法制造磁性磨料;上海交通大学和兄弟院校合作，用原位反应复合法及粉末冶金法制备磁性磨料;太原理工大学也对粘结法和烧结法制备工艺进行了研究;许多高等院校和科研机构的博士生也正在致力于磁力研磨加工技术和磁性磨料制备工艺的开发研究。可能

7、由于技术保密等各种原因，目前对磁性磨料的制备研究方面，除了日本发表了几篇报道性的文章外，国际上还鲜有文献报道。随着磁力研磨加工技术的日益成熟和在更大范围内的推广应用，磁性磨料的开发研究也就变的越来越迫切。研究的主要内容(1)磁性磨料是目前制约磁粒光整加工技术应用的瓶颈问题。而这一问题只有通过对磁性磨料制备方法和工艺的研究才能得到解决。在介绍各种磁性磨料制备方法的基础上，对热压烧结磁性磨料的制备方法以及烧结理论等技术进行了探索和研究，制定热压烧结法制备磨料的技术路线和工艺，并制备了两种分别以氧化铝和碳化硅为硬质相的磁性磨料。(2)通过磁力研磨实验对自制的两种烧结磁性磨料的研磨性能进行实验研究，从

8、降低工件表面粗糙度和磨料耐用度方面比较两种磁性磨料研磨性能的优劣，确定是否采用氧化铝磁性磨料还是碳化硅磁性磨料作为后续研究继续使用的磨料，并对其加工性能再进行更深层次的实验研究。(3)通过实验研究，对影响磁性磨料研磨性能和耐用度的主要参数进行实验，得出压力、温度、材料混合比、烧结时间等各参数与工件表面粗糙度的关系曲线并对它们之间的影响关系进行简明分析。实验设计方案：1.基础实验：以工件材质、加工时间、磨粒、磁极角度为参数做磁性研磨正交试验。找出影响磁性磨料耐用度和影响磨削工件的粗糙度的主要因素，找出最优组合。剔除不重要因素，然后在最优条件下，对铸铁黄铜淬火钢分别进行加工8分钟，记下各自的实验数

9、据，分析数据，得出结论。2.复合试验：再磨粒材料的混合比 磨料烧结时间、烧结温度、烧结压力这四种因素加上，在做正交试验。找出最优组合，剔除不重要因素，然后在最优条件下，对铸铁、黄铜、淬火钢加工8分钟，记下它们各自的实验数据，分析数据，得出结论。3.应用试验：对不规则的铸铁、黄铜、淬火钢材料制成的工件内孔、盲孔表面进行磁性研磨实验，确定实用的磨料制备参数。（理论实验、实践实际应用实验）课题解决问题采用不同的参数，制定合理的正交表来做实验，对热压烧结磁性磨料进行深层次的探索分析通过正交试验找出影响磁性磨料性能的最优组合条件，并确定用热压烧结法制备经济实用的磁性磨料的各个参数。准备工作情况和主要工作

10、措施：1.检索了国内外的相关文献，学习了磁性研磨方面的相关书籍，了解目前国内外磁性研磨光整加工方面研究现状及发展趋势。2.学习磁性研磨光整加工理论研究及其磨料的制作。3.设计了试验方案及其在实验中将遇到的问题的解决办法。4.进行实验。论文进度安排及预期达到研究结果：1、根据论文完成时间及工作内容的数量及难度，论文时间进度安排如下：2011.3-2011.5进行文献检索，收集阅读相关的文献及书籍资料，学习有关烧结方面的知识2011.5-2011.7整理相关资料，制作正交实验表准备做实验。2011.8-2011.9完成对磁性研磨光整加工的实验设计并进行修改2011.10-2011.12进行实验烧结

11、，制取磨料，并通过零件的加工试验确定各参数。2012.1-2012.2总结以前做的工作，撰写论文。2012.2-2012.4修改论文，定稿，打印，准备答辩。2、预期达到的研究成果：1）通过实验从温度，压力，及粒径大小方面探索影响金属磁性磨料磨削性能的参数，进行更具体化的研究并加以优化，建立模型分析和做实验，通过烧结法研制出性能更好更加经济的磁性磨料。 文献综述：（4000字以上，参考文献30篇以上，其中至少10篇外文参考文献）1磁性磨料的基本常识1.1磁性磨料的构磁性磨料主要有基体和磨料两部分组成。1.基体基体应是能在磁场中很好地被磁化产生磁力，且具有高导电性的铁磁性材料，一般选用铁、钢、铝镍

12、合金、钡的铁素体、镁-钡合金等。本课题中，我们选纯铁粉作为基体，铁粉可以作为磨料的承载体，又因它本身具有较好的铁磁性，在磁场中能很好地被磁化，产生磁场力。所以，纯铁粉主要的作用是产生研磨压力。由于铁粉自身的这种特性可以作为磁性磨料的主要组成成分之一，又称这样的基体为铁磁相。如图11所示。图1-1 磁性磨料磨粒结构示意图2.磨料磨料是起磨削、研磨和抛光作用的一种粒状物质，其目的是为了去除被加工对象表面的粗糙层和毛刺，达到所要求的表面质量。具有磨削能力的是高硬度的磨料是散布在基体上的不同位置，也称其为磨料相，如图41所示。通常选用较高硬度的耐火化合物、硼化物和Al2O3等，特殊场合采用金刚石等。本

13、课题中选用Al2O3粉和SiC粉作为磨料原料进行研究。而磨料必须具备以下基本特征：（1）具有一定的硬度磨料的硬度是决定磨料质量和研磨能力的一个重要特征。磨料的硬度不高则不能切入工件进行表面切削，而只能产生摩擦，加速工件温升，起不到切削作用。因而只有在磨料具有比工件材料更高的硬度时才能对被加工材料进行加工，这是一个重要的条件。（2）具有一定的强度磨料不仅要有一定的硬度切入工件表层，而且还必须具有一定的抗剪切强度及抗冲击韧性，以防止在切入工件表层的过程中受外力作用而破裂、破损。因此，磨料应具有可以变形，但不易破碎和难于磨损的能力。（3）磨料应具有适当的破碎性所谓“适当的破碎性”，是指磨料既能经过机

14、械粉碎得到所需要的大小粒度，同时又能在磨削过程中当其磨削刃磨钝后及时出现小的破碎，出现新的切削刃，即自锐能力。因此，磨料磨粒要求自锐性好。（4）具有一定的理化稳定性磨料在磨削热的作用下要求能够不被软化或发生化学分解和与其他材料发生化学反应，在一些研磨加工中还加入一定的研磨液。因此，要求磨料本身应具有一定的稳定性。（5）具有一定的形状磨粒的形状不同，其锋利性和耐破碎性也不同，且还直接影响粘结强度。所以，磨粒的形状对磁性磨料的研磨效率有很大的影响。1.2各种磁性磨料的简磁性磨料作为磁性研磨加工的工具，它是一种复合材料。由于磁性磨料在磁场中能够被磁化并受到足够强的磁场力的作用，这就不仅要求它有普通磨

15、料所具有的高硬度、可切削金属的能力，而且要求它有较强的导磁性能。但是对于磁性磨料并不要求整个颗粒都具有很高的硬度，普通磨料在加工中常常是以磨料的棱角进行切削，因此，可以用在较软的磁性基体表面散布许多硬的质点颗粒作为磁性磨料磨粒。最简单的磁性磨料是满足一定性能要求的铁氧体磁性材料、金属磁性材料以及硬质合金粉末（、等），这些纯磁性磨料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。对于耐磨材料的磁性研磨，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，实际上它们是铁和或经热压后再粉碎的磨粒，或者是强磁体上涂覆金刚石磨料而制成的磨粒。其磨粒结构示意图如图11所示。这些磨粒

16、都是使用寿命不长，原因是磨粒中的基体（铁）和磨料之间没有形成良好的界面。当磨粒高速旋转时，由于磨粒的涂覆层与工件接触易发生剥离。为此，国内外许多专家学者纷纷致力于新的磁性磨料的开发，力求降低制造成本,提高磨削能力和使用寿命。如表1-1所示。表1-1几种磁性磨料的特性比较随着科技的进步，保加利亚、日本已经发明创造出具有不同结构的特殊的复合铁质磁性磨料，其微观结构如图12所示。这些复合磨粒都是由铁磁体相和硬质磨料相组成的，其中的铁磁体相通常是铁、钻、镍及它们的合金，耐磨相则常是一些金属的耐火化合物、硼化物和等，在特殊的场合下，也可采用金刚石作为耐磨相。现在使用的大多数磁性磨料具有图12d和图12h

17、结构。最佳结构表明:磨粒相应占总量体积百分数的35%70%，这取决于磁力研磨加工装置磁场强度和在工作区域的形状。图1-2 磁性磨料磨粒结构简图1.3.磁性磨料各组成相的配比磁性磨料的相对磁导率，是研究磁性研磨加工效率的重要参数之一，它直接影响磁性磨料在磁场中的受力大小。而各组成相的体积百分比对一磁性磨料的相对磁导率影响很大。磁性磨料中一定的铁粉含量决定着磁场保持力。若铁粉的比例过大，会带来研磨压力的增大，造成表面粗糙度值增大，从而降低了表面质量；若铁粉含量减少，研磨压力减小，会使研磨时间增加。此时，磨料粉相对增多，可得到较小的表面粗糙度值。若铁粉含量太少时，则因磁场保持力的减小，使磁性磨料飞离

18、工作区而失去研磨作用。应根据加工工件材料、加工部位、加工形式等使用场合的不同，通过一系列的工艺实验后，确定合理配比。本实验按照质量配比铁粉:磨料为5:1、4:1、3:1、2:1，可满足一般使用要求。2磁性研磨加工机理的研究磁力研磨光整加工是利用磁场力的作用，在磁极与工件之间使磁性磨料形成如刷子一样的研磨刷，并以一定的压力压向工作表面，在机床主轴的高速旋转下，使磨料与工件之间产生相对运动，实现对工件表面的研磨抛光，其研磨原理示意图如图1一3所。由此可知磁力研磨的必要条件是产生磁场力的磁极、磁性磨料和磨料与工件间的相对运动。由于磨粒大小、形状和受力情况各异，所以研磨过程比较复杂。在本章，作者将根据

19、金属的切削原理、摩擦理论以及电磁理论对磁力研磨中单颗磨粒的受力、磁性研磨刷的受力以及研磨的机理进行分析研究。同时对研磨过程中研磨液的作用进行分析。图2一1磁力研磨原理示意图2.1磨料的运动状态磁性磨料放入磁场中，磁性磨料在磁场中将沿着磁力线的方向有序的排列成磁力刷。把工件放入两磁极中间，并使工件相对于两磁极保持一定的距离，当工件相对磁极作相对运动时，磁性磨料将对工件表面进行研磨。磁性磨料在工件表面的运动状态通常有滑动、滚动和切削三种形式。当磁性磨粒在加工中受到的磁场力大于切削力时，磁性磨料处于正常的切削状态。当磁性磨粒受到的磁场力小于切削阻力时，磁性磨粒就会产生滑动或滚动。另外，由于以下两种原

20、因，磨粒将以一定的速度随工件转动，从而受到离心力凡的作用。 (1)磨粒所受的摩擦力在大于它所受的磁场保持力的时候。 (2)由于工件的磁化，磨粒受到工件的吸引，磨粒也会因此而吸附在工件的表面随工件转动。当磨粒处于磨料群边缘并且离心力大于研磨压力时，磨粒将会产生飞溅而脱离磁极。2.1.1加工区域内一点磨粒的受力如图2-1所示的P点，磨粒将受到沿磁力线方向的作用力和沿等磁位线方向的，大小分别为: (2一l) (2一2)式中：磨粒中含铁的体积磨粒磁化率某点的磁场强度真空中的磁导率，为沿磁力线和等磁位线方向上的磁场强度梯度。其合力为：并且合力方向始终是指向加工区域的，另外，根据式(2一l)可知，使磁场保

21、持力存在的充要条件是: 和。这说明，磨粒中必须含一定体积的铁磁性材料，并且磁场强度在某一个方向上存在梯度，磁场才会对磨料产生力的作用，阻止磨料飞溅。这两个分力的作用是能防止磨粒在摩擦力和离心力的作用下飞离加工区域，其合力指向加工区域使磨粒能有效的参加研磨。2.1.2单颗磨粒受力分析如图2一1所示，其中任意一颗磨粒P是在加工区靠近工件表面的一颗磁性磨粒。将单颗磨粒放大后，可以把工件凸面与磨粒的接触点近似为平面，与工件相接触的磨粒P的受力如图2一2所示。图中，为工件被磁化后对磨粒的磁作用力; 为邻近磁粒对其产生的作用力；为工件对其的支承力。在静态时，切削力、摩擦力、相对速度以及磁场保持力都为零，则

22、 图2-2单颗磨粒受力示意图在加工过程中，当工件与磨粒有相对运动时，、都不为零。下面对各个力单独分析。1.切削力它是切削层对磨粒的反作用力，对于单颗磨粒的切削抗力分析，借用磨削研究已有的模型。由于磨削状态的复杂性，至今尚不能充分认识，因此磨削力的理论公式不得不建立在很多近似和假定的基础上，很难完全用来预先估算磨削力的值。而从实验数据整理出来的经验公式，由于磨削加工情况比较复杂，所以这类公式的通用性受到限制。借用单颗磨粒的切削抗力分析，是为了定性分析磨粒的状态和磨粒几何形貌的关系。日本佐藤健儿等人建立的单颗磨粒磨削力模有三个假定条件，即:磨粒外形具有顶角的圆锥;磨粒的对称中心线沿砂轮径向分布;忽

23、略磨粒表面的摩擦力。一个磨粒的切削力为: (2一3)式中：和分别为切削方向、工件表面法向方向的切削抗力;为在垂直于切削方向的单位面积上的磨削力，并设为常数;为磨粒切削深度;为圆锥的半顶角;这一模型忽略了磨粒突出部分的刃口半径，而磨粒的尖锐性是由切刃顶尖圆锥角和尖端圆角半径所决定。文指出，进行磨粒划痕实验的结果，磨粒切深大的时候，其切削作用接近于圆锥形，切深小的时候，接近球形。能否形成切屑，取决于是否大于最小切削厚度，而最小切削厚度取决于刃口半径和顶角圆锥半角。对于某一颗粒能否产生切削作用，则取决于磁场对磁粒的作用力。磁性磨料中的磨粒一般选择粒径为几微米，由于磨粒是以自然破碎面作为切削刃，所以切

24、削刃的形状是极其不一致的，但从统计的观点，可以把微小颗粒的凸出部分看成是尖端带圆角的圆锥形。一般粒度越细，顶端越小，顶端圆锥角接近，顶尖圆角半径为粒径的。2. 磁场作用力式中：真空磁导率（其大小为）；单个磨粒中铁基体的体积；、单个磨粒所在位置的磁感应强度及磁感应强度梯度。(3)磨粒之间的作用力如将磨粒近似为球形，可由下式计算磨粒之间的作用力:式中:磁性磨粒的半径;磨粒的磁化率;其它参数的意义与以上相同。这个力是沿着磁力线的方向，它使磁性磨粒沿力线的方向形成“磁性研磨刷”，同时，由于磨粒的相互吸引，也能防止加工时磨料的飞溅。(4)摩擦力它是磨粒与工件表面的摩擦而产生的。式中:单个磨粒与工件的摩擦

25、系数;磨粒粒度、形状修整系数。(5)作用在磨粒上的离心力磨粒受到摩擦力或工件表面的吸附力，将随工件一起转动，由于磨粒本身具有一定的质量，所以要受到离心力的作用，离心力的大小可由下式计算:式中:单个磨粒的质量(kg);磨粒转动的速度(m/s);磨粒转动的半径(m)。(6)磁场保持力FF是磁场中对单个磨粒所受磁力的合力，是由于磁场存在磁场强度梯度而产生的，其大小与、有关。磁力研磨过程中，单个磨粒在磁场作用力、磁场保持力、摩擦力等共同的作用下，使磨粒稳定地保持在加工间隙中，实现对工件表面的加工。同时，处在加工区外部的磨粒将自动向加工区域汇集，填充于磁极与工件之间参与加工，形成一个完整的连续的加工过程

26、。从受力图中也可以看出，正是由于、的存在，才使得磨粒在加工过程中不会脱离与工件的接触，才有可能切削工件，否则磨粒将只是在工件表面滚压而。为了提高加工效率，可以从两方面着手:一是提高,一是增大.提高就必须提高磁性磨粒的磁化率及磁场强度;而提高则需要提高磁场的梯度，实验证明磁场梯度主要与磁极的形状有关，通过在磁极表面的开槽的方法可以有效的提高磁场的强度。2.2磁力研磨的加工机理根据精密切削理论和摩擦学理论可知，磨粒群在磁场中受磁场力的作用而压向工件表面，由于磁性磨粒和工件之间的相对运动，在接触面上的磨粒将产生切削、挤压、滑擦和滚动等现象。其加工机理主要包括以下四个方面。(1)微量切削作由磁性磨料的

27、成分可知，磨粒相硬度高于工件材料硬度。研磨加工时，工件与磁极作相对运动，当磨粒的形状和方向适当时磨粒刃尖便在研磨压力作用下对工件表面产生微切削作用，同时磨粒中的铁基体还对工件表面起到一定的挤压作用。由于磁性磨粒的粒径很小，切入工件表面的深度一般不会超过，切深小于前道工序加工后留下的缺陷，产生的切屑也很小，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，加工后得到的表面粗糙度值很小。磨粒的微刃切削主要依靠磨粒上的不规则棱尖构成的比较锋锐而又有一定圆角的切削刃来实现的。一般磨粒切削刃形状可简化为以下几类:1)圆锥或棱锥形;2)球形;3)尖端带圆角的圆锥形;4)平顶圆锥形。磨粒

28、切削时，由于各自切削刃有不同形状，前刀面方向很不规则，而且负前角往往都很大，因此在研磨压力作用下，只能对工件表面进行微刃切削作用。如前所述，暂且不考虑磁场保持力的作用，单个磨粒在工件表面的作用力可分为法向力凡和切向力凡。法向力凡使磨粒压向工件表面，在工件表面形成压痕，对表面形成一定的挤压，可改变表面的应力状况。切向力凡使磨粒向前推进，当磨粒的形状和方向适当时，磨粒就如刀具的切削刃一样，在零件表面进行切削而产生切屑。该切削作用的强弱与磁性磨粒的形状、位置、工作角度、磁场特性等工艺参数有关，通过合理选取工艺参数即可控制磨粒的切削作用，达到微量切除金属的目的。同时由于磨粒在磁场中构成了弹性磁粒刷以及

29、磁场分布的不均匀性，磨粒随机地变换方位参与切削。就每个磨粒而言，其切削过程是随机的和不连续的。假设磨粒切削刃为棱锥形，其切削挤压的模型如图2一3所示。在金属切削机理的研究中，占有重要地位的就是刀具的几何形状和切削角度，其中前角是影响刀具切削性能的关键因素。对于磁性磨粒来说，它的切削刃前刀面很不规则，大都有很大的负前角，因此在磁场作用力凡作用下吃刀量都很小，一般在1即数量级甚至更小，所以磁力研磨属于微量切削，切削力很小，产生的切削热也很小。这样，一方面使弹塑性变形区域很小;另一方面，对切削过程中影响表面粗糙度的主要因素理论残留面积高度和切削刃复印性等的影响也是非常小的。通过磨粒的微量切削加工可以

30、获得非常好的零件表面，粗糙度Ra可达0.2以下。 图2一3磨粒的微量切削模型图 (2)磨损作由磁性磨粒群形成的弹性磨具受磁场作用而吸附在被加工工件表面，磨粒与工件表面始终处于接触状态，磨粒除对工件表面产生切削作用外，有时还会对其产生其它磨削作用，如一带而过的滑擦摩擦，在工件表面仅留下一条痕迹;当磨粒形状较为圆钝时，工件表面或发生塑性变形，擦出一条两边隆起的沟纹，或犁出一条两边翻出飞边的沟槽。磨粒的多次塑变磨损机理为:一方面在磁性磨粒的连续加工过程中，已出现塑性变形或飞边堆积的表面金属层将发生反复塑变，产生加工表面硬化作用，最后剥落成为磨屑，这是“擦伤式”犁刨现象与“碾压式”滚擦现象共同作用的结

31、果;另一方面由于磁力研磨时磨粒一般集中在磁力线较密集的表面，凸起的微小轮廓峰附近，因此表面不平的微凸体处的塑变磨损相对较大，从而使该微凸体的不平度下降加快。因此磨粒的多次塑变磨损作用可以较快地获得光滑的工件表面，而不影响工件的尺寸和形状精度。(3)化学作用磨粒在工件表面除了切削和产生塑性变形作用外，还存在着一带而过的滑擦摩擦现象，使金属表面产生腐蚀磨损。由腐蚀磨损机理可知，腐蚀是和其存在的环境有关的化学作用，它在很大程度上取决于环境条件和周围介质。工件表面被磨粒摩擦，因纯净金属表面裸露而受环境和介质腐蚀迅速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，

32、在随后的滑擦摩擦中脱落。连续加工过程中，工件表面层金属不断的氧化脱落再氧化再脱落，从而加速了研磨效果，提高了研磨效率。在磁力研磨过程中，为了提高加工的效率，经常加一些研磨液，在研磨液中含有硬脂酸、油酸等活性物质，能使工件表面形成一层化合物薄膜。这些薄膜具有厚度薄、形成快、吸附磨粒性能强以及容易去除等特性，这增加了工件表面凸峰的去除速度，从而可以达到提高加工效率的目的。(4)电化学作用由于工件的回转，在加工过程中沿磁力线排列的导电磨粒链产生运动而偏离磁力线，形成磁场梯度，在这一磁场梯度的作用下，磨粒链两端必定产生一个微小的电动势，工件表面产生一微小电流，工件在磁极的两极间受一个交变励磁作用，强化

33、了表面金属的化学过程而迅速被磨损去除，进一步提高了研磨的效果。3. 粉末冶金的基础理论知识粉末冶金是用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作原料，经成型和烧结（或粘结），制造成各种类型的金属制品和金属材料的方法。磁性磨料的制备工艺过程中有许多知识与粉末冶金学的内容密切相关，为此，在本课题研究中，作者查阅了大量有关粉末冶金学方面的资料、书籍初步了解了粉末冶金学的工艺过程，为磁性磨料的研发制备提供了一定的理论基础。3.1粉末的性能要求当利用热压烧结、SPS烧结或粘结法等制备磁性磨料时，充分了解粉末的性质是极重要的。作为属于粉末特性的物理性能，有粒度、粒度分布、粒子形状及结构、粉末的密度、流动

34、性、压制性和成型性。对这些物理性能的分析和理解有助于在制备磁性磨料磨粒时对相关影响因素的控制和改善。3.1.1粉末的混在粉末冶金工艺中，即使是使用同一类型的粉末时，为了得到适当的粒度分布，也需要混以数种不同粒度的粉末。当然，也有混入异种金属粉末的情况。另外，为了达到起粘结剂和润滑剂等特殊目的，可混入各种粉末。混合时必须均匀。正如在本课题实验中，为了起到粘结和润滑的作用也要加入添加剂，并且最终要混合均匀。一般情况下，混合是在大气下进行，但为了防止氧化，有时是在真空或液体中进行。混合时，有时粉末粘附在混合机的内壁上，也可能粉末粒子相互粘结成块。为防止粘壁及结块现象，必须根据不同粉末来选择混合时的适

35、当气氛。在磁性磨料的制备时，混合就在真空中进行以防止还原铁粉被氧化。混合时间长短根据各种不同情况决定，有时约几分钟即很充分，但有时，即使几十小时还不充分。通常，长时间混合并不好。若长时间混合，则粉末粒子产生加工硬化或由于摩擦而被粉碎。因此，在制备磁性磨料时以混合大约40分钟为宜。约40分钟为宜。4.烧结磨4.1热压烧结与普通烧结不同的是，热压烧结压强大、时间短、强度硬度高、使用寿命长。热压烧结就是将粉末装在导电模具内，在加压的同时把粉末加热到熔点以下，使之加速烧结成比较均匀致密的制品。实际上就是把压制成型和烧结同时进行的一种方法。目前大多数热压烧结都是在石墨模具中进行短时大气热压烧结。热压烧结

36、设备及烧结工艺曲线示意图如图41所示。图4-1热压烧结设备及工艺示意图a-热压烧结工艺曲线；b-热压烧结设备用热压烧结的方法制备磁性磨料是热压烧结工艺应用的又一新途径。由于该方法可以使磁性磨料烧结体的组织均匀细密，纯铁粉颗粒和磨料颗粒结合紧密，使磁性磨料的强度和硬度很高，可以有效防止和减少磁性磨料在使用过程中磨料脱落现象的产生，延长磁性磨料的使用寿命。4.2热压烧结法制备磁性磨料的工艺过热压烧结实验中所用模具是利用现有的烧结模具，故体积较小，每次制作的磁性磨料量较少。用热压烧结方法制取的磁性磨料，氧化铝粉颗粒能牢固地粘结在铁基体上，在进行研磨加工时，氧化铝粉颗粒不易脱落，具有耐用度高、使用寿命

37、长的特点。基本工艺：备料称料混料检查模具、涂敷保护层安装模具装料热压烧结冷却取样粉碎筛选标定。1.备料原料：纯铁粉、粉、SiC粉。2.称料计算公式 铁粉重量（g）；模框体积（）；磨料重量（g）。从实验角度考虑，分别取=；。磨料的理论密度；混合料被压实后的密度。计算结果如表4-1所示。表4-1计算结果3.混料在天平上称好物料后，先用手工搅拌几分钟，装入罐状混料器中，在球磨机上以200r/min的速度混合1416小时，取出装入模具中。4.热压烧结将模框放入热压机的上下压板之间进行短时烧结，热压烧结温度曲线如图3-2所示。图4-2热压烧结温度曲线5.粉碎、标定、编号、装瓶，以备后续实验使用。5磁性研

38、磨加工的实验51磁性研磨的加工特性28-30磁性研磨加工特性的主要性能指标为：金属磨除量、表面粗糙度和研磨加工后的表面应力状况，这些性能指标涉及到研磨能力、加工效率和加工后零件表面质量的提高与改善。（1）金属磨除量金属磨除量体现了研磨加工磨削能力的大小，即是在较短的时间内能够有效地磨除工件的金属层，有效地磨除校边毛刺，获得理想的表面质量。（2）表面粗糙度表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。磁性研磨的主要目的就是为了降低零件的表面粗糙度，降低微观不平度的高度值或轮廓算术平均偏差。（3）研磨加工后的表面应力状况表面应力分布状况对零件的耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性等，都有很大的影响。

39、通过磁性磨料的作用机理的分析可知：磨粒切削刃前刀面方向很复杂，负前角也很大，磨粒在表面滑过后，往往只能犁出一条沟，而把材料推向两边或前边，不能切出切屑；磨粒去除金属主要是由于多次塑性变形的作用。在研磨加工过程中，磨粒既有对工件表面的切削作用，但更主要的是对零件表面的挤压作用。所以，磁力研磨加工后的零件表面具有较好的表面压应力分布状况，零件具有较高的耐磨性、抗疲劳性和抗腐蚀性。5.1.2影响磁性研磨加工的相关因素要研究磁性磨料磨粒的加工特性，首先应知道影响磁性研磨加工的因素，这些也正是影响磁性磨料加工特性的主要影响因素。磁性研磨加工最主要的几个影响因素是：加工区域的磁感应强度，磁极头与加工面之间

40、的间隙，磁极头的回转速度，工件的进给速度，加工时间，磁性磨料的成分、结构和粒度，所用磨料的粒度以及工件的材质等。要提高磁性磨料的加工效率和加工质量，增强磁性研磨加工技术的实用性，必须对这些影响因素作深入的研究，从而找出它们加工影响的规律性，探求提高加工质量和加工效率的措施。参考文献1曹东,朱时珍.磁性磨料的制备J.机械工程师，2004,5:41-422王艳,胡德金.磁性磨粒的制备技术研究J.华东船舶工业学院报，2003,17（5）：42-473陈红玲,张银喜,郭燕莹.粘结磁性磨料的研究J.太原理工大学学报，2001， 32(5):533-5384王艳，胡德金.不锈钢物流管道内表面磁力研磨的回转

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