摘要　探討了非固結(jié)磁性磨粒的構(gòu)成，利用正交試驗對影響磁性磨粒加工性能的因素：顆粒大小、質(zhì)量比、結(jié)合劑等進行試驗分析。結(jié)果表明：當(dāng)鐵磁相Fe粉的目數(shù)為200目，磨粒相SiC的目數(shù)為120目，鐵磁相與磨粒相的質(zhì)量比為3：1，加工時間3min時加工效果最佳；同時再加入偶聯(lián)劑會得到更好的加工效果，而被加工材料以45鋼的光整效果最好。相對于燒結(jié)法和黏結(jié)法的磁性磨粒，該方法工藝簡單、成本較低，同時又有較好的加工性能，這對于簡化磁性磨粒制備工藝，以及磁性磨粒光整加工技術(shù)在精加工中有應(yīng)用具有現(xiàn)實意義。

　　磁性磨粒作為磁性磨粒光整加工技術(shù)的工具，是影響工件加工質(zhì)量和加工效率的主要因素，同時磁性磨粒對被加工零件的制造成本也產(chǎn)生很大影響。目前磁性磨粒的制備方法很多，其中燒結(jié)法制備的磁性磨粒，其壽命和切削性能優(yōu)于其他方法制備的磁性磨粒，但是燒結(jié)法制備的磁性磨粒需要高溫高壓，同時必須用惰性氣體進行保護，然后經(jīng)過粉碎，篩選等一系列要求嚴(yán)格的工藝才能完成，制作成本高。而黏結(jié)法是用黏結(jié)劑將一定比例的混合均勻的基體和磨料黏結(jié)為一體，然后使其凝固、干燥，通過粉碎并篩分制成磁性磨粒。雖然相對于燒結(jié)法的制備降低了加工成本，但是同樣存在工藝繁瑣和耗時的缺點[1]。因此研制一種制備工藝相同簡單，耗時短，成本低的磁性磨粒對磁性磨粒光整加工工藝的應(yīng)用具有重要意義。

　　1 非固結(jié)磁性磨粒的加工原理
　　磁性磨粒本身是一種復(fù)合材料，主要由具有導(dǎo)磁性能的鐵磁相和具有切削能力的磨粒相構(gòu)成。非固結(jié)磁性磨粒的特點是兩種材料不需要固相結(jié)合，只要均勻混合并加入特定的結(jié)合劑使其相互浸潤，在磁性磨粒光整加工中，非固結(jié)磁性磨粒的切削驅(qū)動力主要來源于鐵磁相，在這些鐵磁相產(chǎn)生的磁作用力下，由鐵磁相夾持著磨粒相形成磁串并吸附在磁極上構(gòu)成“磁刷”，以一定的壓力作用在工件表面上，當(dāng)工件與“磁刷”之間產(chǎn)生相對運動時，工件表面上的磨粒相將對工件產(chǎn)生接觸滑移、摩擦，擠壓和切削等現(xiàn)象，達到光整加工之目的。
　　為了使磨粒相不脫離鐵磁相的束縛，而出現(xiàn)磨粒相飛出加工區(qū)域的現(xiàn)象，保持加工過程的穩(wěn)定性，試驗中采取了以下措施：加工試驗中，磨粒相SiC和鐵磁相Fe粉用液態(tài)石蠟進行混合，同時加入偶聯(lián)劑增強磁性磨粒的磁性，取得了很好的效果，也是本試驗的一個創(chuàng)新點。

　　2 試驗研究
　　2.1 試驗條件
　　試驗條件如表1.
　　

　　2.2 試驗裝置

　　2.3 試驗方案與結(jié)果分析
　　2.3.1 試驗方案
　　正交試驗是安排多因素試驗，尋求最有效水平組合的一種高效率試驗設(shè)計方法。為了確定出較合理的鐵磁相和磨粒相的配比及粒徑大小，本試驗方案運用三因素三水平正交試驗，如表2所示。 

　　2.3.2 結(jié)果分析
　　（1） 質(zhì)量比與粒徑
　　圖2~圖4是在相同的試驗條件下，m(Fe):m(SiC)質(zhì)量比分別為2：1，3：1，4：1，不同粒徑大小的非固結(jié)磁性磨粒的加工性能變化規(guī)律。 

　　從圖2至圖4可以看出：（1）隨著時間的延長，工件表面粗糙度Ra值逐漸減小，當(dāng)超過3min后，工件表面粗糙度　值反而會慢慢升高；（2）磁性磨粒中磨粒相(SiC)粒徑越大，加工能力越強；（3）鐵磁相與磨粒相的質(zhì)量比為m(Fe):m(SiC)=3:1,鐵磁相(Fe粉)為200目、磨粒相(SiC)為120目時，加工效果最好。

　?。?） 偶聯(lián)劑
　　為了進一步提高加工效果，在相同的試驗條件下，以上述試驗結(jié)果中加工效果最好的一組磁性磨粒（鐵磁相與磨粒相的質(zhì)量比3：1，鐵磁相（Ｆe粉）為200目，磨粒相（SiC）為120目）為基體，分別加入偶聯(lián)劑Ａ、Ｂ再進行試驗。試驗結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，不加偶聯(lián)劑時，加工3min后工件表面的粗糙度值Ra從1.06μm降到0.32μm；加入偶聯(lián)劑后，加工2min時工件，工件表面的粗糙度值Ra從1.06μm降到0.21μm，加工3min時，工件表面粗糙度Ra值可以達到0.15μm，加工效果明顯提高，而且加入偶聯(lián)劑Ａ的效果好于偶聯(lián)劑Ｂ的效果。這是因為偶聯(lián)劑的加入有利用磨粒相表面改性，促使磨粒相與結(jié)合劑緊密結(jié)合，提高其填充量，與鐵磁相載體的親和性增強，進而增強了磁性磨粒的磁性，加大了研磨壓力，從而使磁性磨粒能更充分地對工件表面進行光整加工。

　?。?） 被加工工件的材料
　　圖6所示為在相同的試驗條件下，用圖5得出的試驗結(jié)果中最好的一組磁性磨粒分別對相同直徑的45鋼和鋁合金工件進行加工試驗，分析其對不同材料工件的影響情況。從圖5中不難發(fā)現(xiàn)，磁性磨粒對45鋼的綠卡　效率優(yōu)于鋁合金工件。究其原因是由于兩種工件材料特性不同，加工過程有所不同，加工過程有所區(qū)別。鋁合金工件不具有導(dǎo)磁性能，加工間隙為兩磁極頭之間的距離，磁性磨粒在磁場的作用下會包裹整個工件表面，但由于加工間隙太大導(dǎo)致研磨壓力較小，加工效果相對較差；45鋼工件具有導(dǎo)磁性能，加工間隙為磁極頭與工件表面間的距離，加工間隙很小，磁性磨粒集中填充在磁極頭與工件表面間的間隙中，研磨壓力較大，加工效果較好，但會出現(xiàn)部分磨粒相沿工件表面切線飛出的現(xiàn)象。

　?。?） 與燒結(jié)法、黏結(jié)法磁性磨粒的比較
　　圖7所示在相同試驗條件下非固結(jié)磁性磨粒與燒結(jié)法和黏結(jié)法磁性磨粒的加工性能比較。從圖7中可以看出，三種磁性磨粒的加工效果較為接近。但由于非固結(jié)磁性磨粒的制備工藝簡單，耗時短，制造成本相對較低。因此進一步完善非固結(jié)磁性磨粒的制備工藝，改善綜合性能，必定具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　3 結(jié)論
　?。?） 本文對非固結(jié)磁性磨粒進行了正交試驗研究，確定了影響加工性能的因素，主要包括：顆粒大小、質(zhì)量比、結(jié)合劑等，同時獲得了較好的加工質(zhì)量和加工效率。
　　（2） 非固結(jié)磁性磨粒的制備工藝簡單，不需要破碎工序，因此不產(chǎn)生廢料，而且可以有效利用其他制備工藝中破碎后篩選出的廢料，變廢為寶，減少浪費，進一步降低生產(chǎn)成本。因此具有較好的發(fā)展?jié)摿Α?br />
　　參考文獻：
　　[1]　安家憲.磁性研磨加工工藝及其開發(fā)應(yīng)用[Ｊ].太原理工大學(xué)學(xué)報，2000.
　　[2]　高玉龍.磁性研磨光整加工及磁性磨粒制備技術(shù)的研究與應(yīng)用[Ｄ].淄博：山東理工大學(xué)，2009.
　　[3]　陳紅玲.磁性磨粒光整加工中磁性磨粒的特性及型號編制[Ｊ].大連交通大學(xué)學(xué)報，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.

　　作者簡介
　　陳紅玲（1962－），女，教授，碩士生導(dǎo)師。研究方向：表面質(zhì)量及精密表面光整加工技術(shù)、特種加工技術(shù)。

　　夏昇璐（1984－），女，漢族，太原理工大學(xué)在讀研究生。