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 　　摘要　探讨了非固结磁性磨粒的构成，利用正交试验对影响磁性磨粒加工性能的因素：颗粒大小、质量比、结合剂等进行试验分析。结果表明：当铁磁相Fe粉的目数为200目，磨粒相SiC的目数为120目，铁磁相与磨粒相的质量比为3：1，加工时间3min时加工效果最佳；同时再加入偶联剂会得到更好的加工效果，而被加工材料以45钢的光整效果最好。相对于烧结法和黏结法的磁性磨粒，该方法工艺简单、成本较低，同时又有较好的加工性能，这对于简化磁性磨粒制备工艺，以及磁性磨粒光整加工技术在精加工中有应用具有现实意义。

　　磁性磨粒作为磁性磨粒光整加工技术的工具，是影响工件加工质量和加工效率的主要因素，同时磁性磨粒对被加工零件的制造成本也产生很大影响。目前磁性磨粒的制备方法很多，其中烧结法制备的磁性磨粒，其寿命和切削性能优于其他方法制备的磁性磨粒，但是烧结法制备的磁性磨粒需要高温高压，同时必须用惰性气体进行保护，然后经过粉碎，筛选等一系列要求严格的工艺才能完成，制作成本高。而黏结法是用黏结剂将一定比例的混合均匀的基体和磨料黏结为一体，然后使其凝固、干燥，通过粉碎并筛分制成磁性磨粒。虽然相对于烧结法的制备降低了加工成本，但是同样存在工艺繁琐和耗时的缺点[1]。因此研制一种制备工艺相同简单，耗时短，成本低的磁性磨粒对磁性磨粒光整加工工艺的应用具有重要意义。

　　1 非固结磁性磨粒的加工原理
　　磁性磨粒本身是一种复合材料，主要由具有导磁性能的铁磁相和具有切削能力的磨粒相构成。非固结磁性磨粒的特点是两种材料不需要固相结合，只要均匀混合并加入特定的结合剂使其相互浸润，在磁性磨粒光整加工中，非固结磁性磨粒的切削驱动力主要来源于铁磁相，在这些铁磁相产生的磁作用力下，由铁磁相夹持着磨粒相形成磁串并吸附在磁极上构成“磁刷”，以一定的压力作用在工件表面上，当工件与“磁刷”之间产生相对运动时，工件表面上的磨粒相将对工件产生接触滑移、摩擦，挤压和切削等现象，达到光整加工之目的。
　　为了使磨粒相不脱离铁磁相的束缚，而出现磨粒相飞出加工区域的现象，保持加工过程的稳定性，试验中采取了以下措施：加工试验中，磨粒相SiC和铁磁相Fe粉用液态石蜡进行混合，同时加入偶联剂增强磁性磨粒的磁性，取得了很好的效果，也是本试验的一个创新点。

　　2 试验研究
　　2.1 试验条件
　　试验条件如表1.
　　

　　2.2 试验装置

　　2.3 试验方案与结果分析
　　2.3.1 试验方案
　　正交试验是安排多因素试验，寻求最有效水平组合的一种高效率试验设计方法。为了确定出较合理的铁磁相和磨粒相的配比及粒径大小，本试验方案运用三因素三水平正交试验，如表2所示。 

　　2.3.2 结果分析
　　（1） 质量比与粒径
　　图2~图4是在相同的试验条件下，m(Fe):m(SiC)质量比分别为2：1，3：1，4：1，不同粒径大小的非固结磁性磨粒的加工性能变化规律。 

　　从图2至图4可以看出：（1）随着时间的延长，工件表面粗糙度Ra值逐渐减小，当超过3min后，工件表面粗糙度　值反而会慢慢升高；（2）磁性磨粒中磨粒相(SiC)粒径越大，加工能力越强；（3）铁磁相与磨粒相的质量比为m(Fe):m(SiC)=3:1,铁磁相(Fe粉)为200目、磨粒相(SiC)为120目时，加工效果最好。

　　（2） 偶联剂
　　为了进一步提高加工效果，在相同的试验条件下，以上述试验结果中加工效果最好的一组磁性磨粒（铁磁相与磨粒相的质量比3：1，铁磁相（Ｆe粉）为200目，磨粒相（SiC）为120目）为基体，分别加入偶联剂Ａ、Ｂ再进行试验。试验结果如图5所示。从图5可以看出，不加偶联剂时，加工3min后工件表面的粗糙度值Ra从1.06μm降到0.32μm；加入偶联剂后，加工2min时工件，工件表面的粗糙度值Ra从1.06μm降到0.21μm，加工3min时，工件表面粗糙度Ra值可以达到0.15μm，加工效果明显提高，而且加入偶联剂Ａ的效果好于偶联剂Ｂ的效果。这是因为偶联剂的加入有利用磨粒相表面改性，促使磨粒相与结合剂紧密结合，提高其填充量，与铁磁相载体的亲和性增强，进而增强了磁性磨粒的磁性，加大了研磨压力，从而使磁性磨粒能更充分地对工件表面进行光整加工。

　　（3） 被加工工件的材料
　　图6所示为在相同的试验条件下，用图5得出的试验结果中最好的一组磁性磨粒分别对相同直径的45钢和铝合金工件进行加工试验，分析其对不同材料工件的影响情况。从图5中不难发现，磁性磨粒对45钢的绿卡　效率优于铝合金工件。究其原因是由于两种工件材料特性不同，加工过程有所不同，加工过程有所区别。铝合金工件不具有导磁性能，加工间隙为两磁极头之间的距离，磁性磨粒在磁场的作用下会包裹整个工件表面，但由于加工间隙太大导致研磨压力较小，加工效果相对较差；45钢工件具有导磁性能，加工间隙为磁极头与工件表面间的距离，加工间隙很小，磁性磨粒集中填充在磁极头与工件表面间的间隙中，研磨压力较大，加工效果较好，但会出现部分磨粒相沿工件表面切线飞出的现象。

　　（4） 与烧结法、黏结法磁性磨粒的比较
　　图7所示在相同试验条件下非固结磁性磨粒与烧结法和黏结法磁性磨粒的加工性能比较。从图7中可以看出，三种磁性磨粒的加工效果较为接近。但由于非固结磁性磨粒的制备工艺简单，耗时短，制造成本相对较低。因此进一步完善非固结磁性磨粒的制备工艺，改善综合性能，必定具有广阔的应用前景。

　　3 结论
　　（1） 本文对非固结磁性磨粒进行了正交试验研究，确定了影响加工性能的因素，主要包括：颗粒大小、质量比、结合剂等，同时获得了较好的加工质量和加工效率。
　　（2） 非固结磁性磨粒的制备工艺简单，不需要破碎工序，因此不产生废料，而且可以有效利用其他制备工艺中破碎后筛选出的废料，变废为宝，减少浪费，进一步降低生产成本。因此具有较好的发展潜力。

　　参考文献：
　　[1]　安家宪.磁性研磨加工工艺及其开发应用[Ｊ].太原理工大学学报，2000.
　　[2]　高玉龙.磁性研磨光整加工及磁性磨粒制备技术的研究与应用[Ｄ].淄博：山东理工大学，2009.
　　[3]　陈红玲.磁性磨粒光整加工中磁性磨粒的特性及型号编制[Ｊ].大连交通大学学报，2010（2）：37－40.
　　[4]　Yamaguchi H,Shinmura T.Study on a new internal finishing process by applying megnetic abrasive finishing (2nd Reprot)[J],Trans.of JSPE(C),1994,60(578):307-313.

　　作者简介
　　陈红玲（1962－），女，教授，硕士生导师。研究方向：表面质量及精密表面光整加工技术、特种加工技术。

　　夏昇璐（1984－），女，汉族，太原理工大学在读研究生。