[发明专利]磁场辅助成型磨石的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于研磨抛光材料制备领域，具体涉及一种基于外加磁场与振动搅拌的磁场辅助成型磨石的制备方法。

背景技术

随着现代工业技术的高度发展，制造技术已经成为一个国家经济发展的重要指标，而精密和超精密制造技术又是当前各个发达国家重点发展的核心技术之一，是一个国家重要的经济和技术实力的体现。作为获取高表面光洁度以及高形状精度的重要加工手段，抛光和研磨技术在现代精密和超精密制造技术中占有重要地位。由于抛光能改善材料表面的耐腐蚀性，耐磨性以及获得特殊性能，在电子设备、精密机械、仪器仪表、光学元件、医疗器械、模具等领域应用广泛。如在军事领域、航空航天领域、医疗器械、民用光电产品中广泛使用的高精度的非球面镜，基本都是依靠抛光来修正其形状误差和提高表面光洁度；现代工业中大量使用的模具的表面光整加工也只能依靠研磨抛光来完成。然而，对于诸如非球面光学元件这种具有复杂几何形状的工件或者模具这种精加工空间狭小的工件，其抛光加工目前主要还是依靠手工完成，加工效率低且对工人技术的依赖程度强，不能满足成批生产的需要。以模具行业为例，截至2003年，我国模具工业总产值已经达到360多亿人民币，而模具加工中手工抛光约占总加工时间30％，如果能实现机械化快速抛光，将产生巨大的经济效益。因此，研究和开发新的抛光研磨技术，实现诸如模具、非球面光学元件之类的复杂型面的高精度机械化抛光，对提高我国精密和超精密加工水平具有重要的意义。

现有的磁场辅助抛光技术，由于抛光体是柔性的，可用于各种复杂内外型面的高精度抛光。如磁流体或磁流变液抛光、磁性研磨，均属于游离磨料加工。现有磁性游离磨料研磨抛光存在的问题是：磁性游离磨粒在抛光过程中，其运动速度、轨迹、抛光载荷等都无法有效控制，利用外加磁场产生的磁力作为磁性磨料抛光的驱动力，具有加工效率低、抛光时间长并会造成一定程度环境污染的缺点。

相比于磁场辅助抛光技术，磁场辅助成型磨石由于颗粒与基体粘结，基体材料可产生比磁场力更大的剪切作用力，因而抛光效率更高，试验证明抛光可获得优于传统的磁场辅助抛光方法的表面质量。磁场辅助成型磨石的抛光效率与抛光质量与该混合体中的颗粒分布均匀性有着密切的联系。而在磁场辅助成型磨石的制备过程中仅仅依靠外加磁场的作用控制颗粒分布的均匀性的方法存在一定的局限性。传统的磁场辅助成型磨石制备方法是将磁性颗粒、磨粒和粘结剂的混合液注入模具后，直接施加外部磁场，由于粘结剂固化过程中热胀冷缩的关系，磁场辅助成型磨石固结成型后局部易出现较大缩孔等缺陷，导致成型磨石质量降低。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种磁场辅助成型磨石的制备方法，可替代通用的磨削抛光用磨石，提高加工的效率与表面加工质量；实现各种异型曲面、复杂曲面以及其他传统方法无法精加工的零件表面的精密研磨抛光；提高磁场辅助成型磨石制备过程中颗粒分布的均匀性，从而提高磁场辅助成型磨石的抛光效率和改善其抛光质量；减小磁场辅助成型磨石成型过程中由于热胀冷缩而形成的较大缩孔等缺陷，使颗粒分布更加均匀；具有制备工艺简单，生产成本低，抛光效率高，抛光效果好，易于实现大批量生产和小批量单个制造的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种磁场辅助成型磨石的制备方法，包括以下步骤：

第一，将体积百分比为12.5％～50％的粒度为80～500目的磁性颗粒、体积百分比为12.5％～50％粒度为80～500目的非磁性磨粒以及体积百分比为33％～60％粘结剂置入容器中混合并充分搅拌；

第二，将搅拌均匀的混合料注入非导磁性模具中，并对模具施加振动，

第三，在保持振动搅拌的情况下，对该混合形成的混合料以0.417mT/s～4.167mT/s的速度施加磁场2分钟至50～500mT并保持恒定不变；

第四，振动5～10分钟后去除振动，保持外加磁场强度恒定直到上述混合料固化成型；

第五，去除磁场，取出磁场辅助成型磨石即可脱模，并修整飞边、毛刺。

上述磁场辅助成型磨石可在工件中浇铸成型。未固化前为混合料，固化后成为与工件被加工面相匹配的固体磨石。

上述磁场辅助成型磨石在固化过程中施加振动搅拌，其施加方式可以为机械振动搅拌或超声波振动搅拌法；机械振动搅拌，其振动频率为2～200Hz，振幅为1～10mm；超声波振动搅拌，其频率为1～200KHz，输出功率为20～1000w。

上述磁场辅助成型磨石在固化过程中施加外加磁场，其施加方式可以为电磁式或永磁式或者电磁与永磁混合施加方式。