磁流研磨技术的简介

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1、磁流研磨技术的简介磁流研磨是利用磁性流体所具有的液体流动性和磁性材料的磁性以及外磁场的作用,来保持 磨料与工件之间产生相对运动而达到研磨和光整工件表面的一种精加工技术。该技术自 80 年代 初期由日本率先发展至今的 10 多年间,已从试验阶段逐步向理论方向发展。虽然目前它的主要应 用领域是陶瓷球轴承,且很多与研磨品质相关的实践和理论仍在探索中,但是,就工程应用前景而 言,由于磁流研磨在超硬材料的超精加工中显示出传统的精研技术所无法比拟的优越性,因此随 着它的实践和理论的研究日趋完善,必将被应用在工业化的规模生产中,并成为陶瓷零件光、精加 工的重要加工技术。1、磁流研磨原理铁磁流体（简称磁流体或

2、磁液）是一种由极微细（纳米级）的强磁性粒子（如Fe3O4微粉）分散到 载体中形成胶体悬浮液,它是一种感磁性流体。当没有外磁场作用时,磁流体的彻体力与普通流体 一样是重力,此时,它的浮力仅是重力作用;当有外磁场作用时,磁流体除受重力场产生的重力外, 还受到外磁场产生的磁力。由于磁流体中的磁性颗粒非常小（几十埃到几百埃）,可以视为大分子, 按分子电流的观点来讨论它们的磁化时,每个固相颗粒就可以用一个分子电流环来代替,所以电 流环在外磁场中受到的磁力就构成了磁流体的磁彻体力。一旦当外磁场具有所需要的强度和梯度 时,它对磁流体的作用与重力场相比,可以在数值上大很多倍。此时,磁流体中的非磁性物质（为了

3、研磨而渗入的金刚石或碳化物）也产生比在重力场中大许多倍的浮力,利用和控制这种浮力使这 些非磁性硬粒子在高速下微切削工件表面而达到研磨的目的。2、国内外常用的研磨方法2.1 磁悬浮法此方法是在磁流体中混合一定比例的磨料（一般体积添加率不大于 40%）,磨料呈悬浮状态分 布在磁流体中,工件待加工表面浸在磁流体中。在外部磁场作用下,磁浮力使磨料紧贴在工件表面 进行研磨,对于规则待加工表面（如球和平面试件）,为了提高研磨效率,往往在磁流体中外加一块 不导磁的浮板。浮板在磁浮力作用下应向工件表面以加速工件（在外旋转速度的驱动下）的自旋运 动速度。对于球状工件,采用该方法可获得良好的效果。对于平面工件,研

4、磨效率及研磨品质在很 大程度上取决于工件在磁流体中的动力学。对于异型曲面,往往不加浮板,直接让磨料紧贴在待加 工表面进行研磨,此时,由于磨料与工件表面在磁流体死水区的凹坑中不易实行相对运动,因而效 果不十分理想。但是,对于大范围的曲面,这种方法可以使加工压力均匀,可以保持曲面的形状而 得到较好的研磨品质。2.2 堆积研磨法 此方法是把磁流体与磨料的混合液调成稠状的胶状液体（根据磨料粒度,其体积添加率在55%60%之间变动，并加入一定比例的凡士林）。这种粘稠状的胶状磁性物在外磁场的作用下表面 呈沙丘状或菠萝状（根据外磁场的不同分布）,将工件紧贴在此表面起伏不平的混合液上,并作相 对运动，这种混合

5、液中的磨料直接堆积贴压在所需加工工件表面。由于外磁场的定位作用使之不 能随工件表面运动，磨料对工件表面产生刮削、滚压和冲击作用，从而达到研磨光整工件表面的目 的。为了提高研磨效率，研磨中可在装置下方安装一激振器（激振器由一变频装置控制以便调整振 动频率）。激振器的振动使得磨料在研磨前就具有一初始动能，以便在研磨时增强粘稠磨料对工件 表面的冲击作用，以提高研磨能力。3、国内外常用的研磨磁流体磁流研磨过程中磁流体的组成对研磨品质影响很大，目前此领域的研究尚在探索之中。各国 用作研磨的磁流体组成有一定差异，但作为一种对磁场敏感，可流动的液体磁性材料，一般地都是 由如下3种成分组成:基液、分散于基液中

6、的磁性固体颗粒和包覆磁性固体颗粒的分散剂。磁流 体中的基液可以是水、矿物油、煤油、二酯或苯醚类液体等。分散剂是一种表面活性剂,它的作 用就是把磁石粒子稳定地分散在基液中。磁性固体颗粒（呈胶状）使该流体表现出与铁磁材料类似 的性能,它们可以是铁、钴、镍或三者之一的化合物或合金。最常用的固体磁性微粒通常为磁铁 矿即四氧化三铁（Fe304）、磁赤铁矿（Y-Fe2O3）、铁氧体和稀土合金等固体磁性材料。4、磁流体的发展和应用19世纪60年代初，由于宇宙空间研究的需要,美国国家航空和航天管理局（NASA）开始开发磁 性流体，1965 年,在NASA工作的PapellS用粉碎法（研磨法）第一次研制出了一种

7、稳定的铁磁流体, 获得了第一项具有实用意义的磁性流体的专利。1966年,日本东北大学的下日反坂教授首次用化 学法制成了铁磁流体,目前制造磁流体的技术已有几十种。磁流体问世的短短几年,它就走出实验 室,开始应用于科学实验和工业装置中。60年代末期,美国成立了磁流体公司,专门从事磁流体技 术的研究和应用,与此同时,日本、前苏联、英国也相继开展磁流体的研究与应用。我国于1978 年开始研制磁流体,许多单位相继获得成功。目前,磁流体主要用于选矿、金属回收、机械精加工、 轴和轴承的密封与润滑、油水分离、印刷记录、医疗设备、音响、阻尼、能量转换以及光学应用 等领域。5 磁流研磨研究的发展前景与传统的加工方

8、法相比,磁流研磨集材料、工艺及显微加工理论于一体,在满足于工业化生产 的理论和技术完善之前,其加工成本仍然较高。然而,由于它有对陶瓷之类特殊材料的表面精加工 所获得的效率和精度是其他传统工艺所不可比拟的优越性,因而磁流研磨的工程应用前景将随着 其研磨理论和技术的日趋完善而变得十分广阔。由于磁流研磨是80年代初才出现的新技术,许多 理论和技术仍在探索中。到目前为止,国内外已进行的研究大多局限于通过实验来研究其研磨机 理和各工艺参数对研磨效率的影响,而且几乎所有的研究对象都集中在陶瓷球轴承上。这些研究 解决了部分工程中的实际问题,但对其他材料及形状零件的研磨缺乏普遍性的指导意义。可以预 测,随着陶瓷复合零件和超硬材料制备技术的日趋成熟,磁流研磨在这些零件的光、精加工规模化 生产中的地位将变得十分重要。因此,为适应磁流研磨的规模化生产要求,磁流研磨理论与品质控 制仍然是该领域的研究热点,而研究内容可能主要集中在: 进一步完善磁流研磨理论使其满足于各种形状和材料工件的精研要求，因此涉及到在磁流 研磨过程中工件相对于磁流体运动的动力学和材料的微切削机理等问题。 如何在规模化研磨过程中对工件的研磨品质实现可控设计与监测，因此研究涉及到磁流研 磨过程中的计算机自控技术及品质分析软件的开发等领域。 磁流体在研磨过程自身的热动力学及流体损失问题也将引起了人们的重视。