[發明專利]自由降落混粉氣霧化水冷快凝磁性磨料制備設備

有效

• 申請號: 201610043100.1
• 申請日: 2016-01-23
• 公開（公告）號: CN105665719B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 趙玉剛;張桂香
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;C09K3/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供一種自由降落混粉氣霧化水冷快凝磁性磨料制備設備，屬于磁粒研磨材料制備技術領域。

背景技術

高效超精整加工技術是國家長期優先重點資助和鼓勵發展的研究領域，而面向超光滑自由曲面的新型自動加工理論與技術更是世界各國制造業和研究人員共同關注的熱點。超光滑自由曲面的加工質量是衡量一個國家制造技術水平的重要標志，它對于保證國家尖端工業和某些高技術產業的發展具有十分重要的意義。近幾十年來，隨著計算機技術和現代控制理論等相關科技的迅猛發展，以數控技術為代表的柔性加工手段日益完善，但自由曲面精整加工的自動化還是一大難題。目前自由曲面的精整加工仍然主要依賴于熟練工人的手工操作。以模具為例，大型自由曲面的精整加工在美國、日本、德國等發達國家其手工加工工時占總工時的37~42%，在我國則達50%左右。手工加工費時費力、效率低下，且難以取得良好的精整加工效果，制約了超光滑自由曲面制造技術的發展。為適應以精密模具為代表的自由曲面零件的低成本、短周期和高質量的要求，日本等國自上世紀90年代率先開展了自由曲面磁粒研磨加工自動化的研究，部分研究成果已獲得應用,近些年來，國內學者也對該加工技術進行了研究和開發工作。

磁粒研磨是利用磁場的作用，使磨料與工件接觸并產生一定的作用力，通過工件與磨料之間的相對運動進行研磨加工的一種工藝方法。與傳統的精整加工工藝相比，磁粒研磨具有柔性、自適應性、自銳性、可控性、溫升小、效率高和無須進行工具磨損補償、無須修形等特點。磁性磨料作為磁粒研磨的工具，其性能直接影響加工的質量和效率。盡管磁粒研磨加工具有多的優點，但限于現有磁性磨料的性能，自由曲面磁粒研磨加工自動化技術離推廣應用還有很大距離。

由此可見，磁性磨料的制備技術是磁粒研磨技術推廣應用的關鍵，也是一個亟待解決的技術難題。研究自由降落氣固兩相流霧化快凝磁性磨料的形成機理、探索新的磁性磨料制備方法、研制高性能、低成本磁性磨料的生產設備，具有十分重要的現實意義和理論價值。

目前，國內外應用的磁性磨料制備技術有多種，如機械混合法、粘結法、鑄造法、燒結法等。

（1）機械混合法：機械混合法是將鐵磁性粉末、硬質磨料粉末和研磨液按一定比例在常溫下均勻混合，直接進行研磨加工的方法。常用一定粒度的鐵磁性粉末與硬質磨料粉末如Al₂O₃、SiC、Cr₂O₃、TiC等混合均勻后，再加入粘合劑如油酸、聚乙烯醇、硅膠等制成。該種方法可以制備多種磁性磨料，但是在加工期間，硬質磨料顆粒與鐵磁性粉末容易分離飛散，因而使用范圍較窄。

（2）粘結法：粘結法是用粘結劑將一定比例的鐵粉和硬質磨料粉粘結為一體，然后加壓固化，通過粉碎、篩選制成所需粒度的磁性磨料。對于粘結法制備磁性磨料，選取合適的粘結劑是關鍵。美國學者Feygin Sawa的專利中提到的粘結劑是氰基丙烯酸脂，制備的鐵基磁性磨料其研磨效率高于傳統的燒結法制備的鐵基磁性磨料。國內學者采用環氧樹脂作為粘接劑制備的鐵基Al₂O₃、SiC磁性磨料，均獲得了良好的研磨加工效果。該磁性磨料制備方法工藝簡單、成本低，但制備的磁性磨料組織疏松、密度低，硬質磨粒相顆粒易脫落，使用壽命較低。

（3）鑄造法：使磁性磨料的主要鐵基金屬成分在高溫下達到熔化狀態，在高壓氣體的吹制下，霧化成微液滴，然后冷卻、凝固、篩分后直接制得粉末。該方法包括外加顆粒復合和原位反應復合兩種方法。

外加顆粒復合：外加顆粒復合法是將硬質磨料粉末直接加入到熔融態的鐵基金屬材料中，并使硬質磨料顆粒在基體中均勻分布，然后通過高壓氣體吹制而成。鑄造法制備磁性磨料的關鍵是使硬質磨料顆粒在液態鐵基金屬材料中均勻分散，并最終彌散分布于隨后吹制而成的磁性磨料中。而要做到這一點，必須滿足兩個基本條件：1) 硬質磨料顆粒與液態鐵基金屬材料的潤濕性好；2)兩種材料的密度差盡量小。多數情況下上述兩個條件難以滿足，主要由于常用的硬質磨料粉末密度與鐵磁性材料的密度相差較大，難以使兩者混合均勻；另一方面硬質磨粒相與鐵磁材料相一般潤濕性差，兩者難以結合。