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磨稀土永磁材料树脂金刚石砂轮的研制

http://www.momo35.com   来源:《磨料磨具》杂志  日期:2018/06/15

  文/450006  高越友  刘元锋  郑州白鸽集团
  
  450007  胡建平  郑州中原工学院
  
  摘要:本文介绍了磨稀土永磁材料树脂金刚石砂轮的制作技术。针对稀土永磁材料的特点及用户对磨削效率、耐用度的要求,选择了聚酰亚胺树脂作为结合剂;在树脂用金刚石(RVD)中加入了适当比例的高品级金刚石(MBD),对不同品级的金刚石磨粒采用了不同的表面处理方式;优选出适宜的砂轮配方,制作的砂轮经用户使用验证,与传统的普通砂轮相比,加工精度提高了6倍,生产效率提高了40%,砂轮费用下降了70%。
  
  主题词:稀土永磁材料 树脂金刚石砂轮 MBD 表面处理。
  
  1、前言
  
  我国磁性材料行业自50年代起,经过40多年的发展,已经形成了门类齐全的工业体系。50~80年代主要生产铁氧体;80年代中期逐步生产稀土永磁材料。稀土永磁材料由于几个主要性能指标显著高于铁氧体,Heb(BH)mix也显著高于铝镍钴合金而倍受欢迎,发展速度很快,已经成为国民经济各产业,尤其是电子和汽车工业的一种不可替代的基础材料,广泛应用于电子汽车、计算机、电力、机械、能源、环保、国防、医疗器械等众多领域,又是节能、节材、节汇及出口创汇的产品,带动着各行业的发展。我国稀土元素的储量占全世界的80%,有较强的资源优势,而我国稀永磁材料生产企业目前的产品系列、档次与发达国家相比均有较大的差距。其中加工精度差、加工成本高是造成这种状况的重要原因。因此,采用金刚石砂轮替代普通砂轮是提高稀土永磁产品的市场竞争力和经济效益的有效途径之一。
  
  2、稀土永磁材料的磨削特点
  
  稀土永磁材料是以稀土金属元素与过渡族金属间所形成的金属间化合物为基体的永磁材料,通常称为稀土金属间化合物永磁,简称稀土永磁。稀土元素与过渡族金属钴形成的稀土永磁称为钴基稀土永磁。稀土永磁尤其是钴基稀土永磁,具有高硬度,非塑性(脆性),易崩边等特点,并且磨削余量磨削面积都非常大。以往使用普通棕刚玉砂轮,存在以下问题:①加工精度差,以立式平面磨削为例(下同),稀土永磁工件排列在直径750mm的平面上,由于普通砂轮消耗很快,使得产品的尺寸公差在±0.06mm以上,极大地制约着稀土永磁产品市场竞争力的提高。②砂轮费用高,加工效率低。使用普通棕刚玉砂轮,必须边磨削边修整,将磨钝的磨粒去除掉,露出新的、锋利的磨粒,砂轮寿命很短,通常每天需更换三片砂轮;同时,由于普通砂轮的磨粒硬度低、磨削能力差,造成单位时间内磨除量很小,磨削一盘工件需较长的时间。基于上述原因,我们为用户研制了高效、耐用的树脂金刚石砂轮。
  
  3、研制
  
  金刚石砂轮的有效应用,取决于加工中的生产效率和磨具的耐用度。在首先保证较高的生产效率的前提下,使金刚石砂轮有足够的使用寿命,以满足用户对磨削成本的要求。针对稀土永磁材料本身的特性,我们决定选择树脂结合剂制作金刚石砂轮。
  
  3.1 结合剂的选择
  
  磨削稀土永磁材料,由于接触面积非常大、磨削力很大,磨削区温度很高,要求结合剂应具有高强度、耐高温和高耐磨性。因此,我们选用性能优异的聚酰亚胺树脂作为制作这种金刚石砂轮的结合剂。尽管这种树脂价格很贵,但从使用效果上来看,由此增加的砂轮制作成本在经济上是适宜的。
  
  3.2 磨料粒度的选择
  
  由于金刚石磨料与普通磨料在硬度、磨削能力上的差异,我们不能照搬普通砂轮所选用的粒度。一般来说,金刚石磨粒尺寸越大,磨削费用越低,磨削效率也越高。尽管稀土永磁工件的表面粗糙度要求不高,但因其易崩边的性质,不能选择粒度太粗的磨粒。经过实验,确定了金刚石磨料的粒度。
  
  3.3 磨料浓度的确定
  
  在一定范围内,金刚石磨粒浓度越高,砂轮寿命越长。对于不同的磨削对象和不同的磨削方式存在一个较为经济合理的磨料浓度。因为越高的磨料浓度一方面增加砂轮的制作成本,另一方面可导致磨削力的增加和磨削区温度的升高。通过下面的实验,我们确定了合适的磨料浓度。
  
  砂轮规格:12A2/45°  75×25×20×3×3
  
  砂轮压制:用相对浓度为L、M、H分别制作三组砂轮,砂轮的其它参数完全相同。
  
  试验用磨床:MQ6025 万能工具磨床
  
  试验用工件:用户提供的稀土永磁材料
  
  试验结果如表1。


  由表1可以看出,相对浓度为H的砂轮磨耗比最高,但考虑到由此增加的砂轮制作成本,选择相对浓度为M最为经济合理。
  
  3.4 选用适当品级的金刚石磨粒
  
  金刚石磨料的品级按其抗压强度的大小分为RVD系列,即树脂(陶瓷)结合剂用金刚石,其特点是抗压强度低,磨削锋利,自锐性好,价格低;MBD系列,即金属结合剂用金刚石,其特点是强度较高,耐磨性好,价格高;SMD系列,等等。
  
  一般来说,树脂结合剂金刚石砂轮中金刚石磨粒的利用率很低,有资料介绍,树脂砂轮中2/3的金刚石磨粒在磨削过程中未经充分利用而提前脱落。我们在确定砂轮粒度、浓度的磨削实验中,发现砂轮有钝化的趋势。将砂轮工作表面清洗干净,在160倍显微镜下观察其工作表面,并未发现因金刚石磨粒提早脱落而留下的坑,大部分金刚石磨粒嵌在结合剂中,金刚石磨粒被磨平了,即结合剂的消耗与磨粒不同步。这将导致磨削效率下降,修整砂轮,增加砂轮无谓的消耗等一系列问题。这种现象一方面说明我们选用的树脂结合剂性能优异,另一方面说明稀土永磁材料很难磨削,它其中的过渡族金属在高温下可能对低品级的RVD金刚石有某种弱化作用(仅是推测,未有实验进一步证实)。因此,我们决定增加一定比例的高品级MBD金刚石磨料。经过实验,综合了磨削效果和经济性两方面的特性,确定了加入的MBD金刚石的品级和加入比例。
  
  3.5 金刚石磨粒的表面处理
  
  制作树脂结合剂金刚石砂轮时,为了提高结合剂对磨粒在高温下的把持能力,经常在磨粒表面镀覆一层金属衣。金属衣的厚度用增重率表示。国内金刚石镀衣的增重率一般在50%。加入高品级的MBD金刚石后,仍按50%的增重率处理,制作的砂轮磨削后,在显微镜下观察其工作表面,发现有较多因金刚石磨粒脱落而留下的坑。从形状上分析应是MBD金刚石磨粒脱落而留下的。MBD金刚石磨粒晶形相对完整,磨削时承受了更大的磨削力,同时,MBD金刚石磨粒表面更为光滑,更难与结合剂牢固结合。我们通过增加镀层厚度即提高镀覆增重率来提高结合剂对MBD金刚石磨粒的把持力。经过实验,确定了MBD磨粒的适合的镀覆增重率。
  
  3.6 填料的选择
  
  填料对改善树脂金刚石砂轮的性能,提高砂轮强度和耐用度均有明显的效果。一般采用不同的填料来满足不同的加工要求。经常采用的填料有三氧化二铬、三氧化二铁、氧化锌、碳化硅、碳化硼、金属粉等。经过反复试验,确定了填料的种类及其配比。
  
  3.7 批量生产中工艺问题的处理
  
  聚酰亚胺树脂结合剂金刚石砂轮在成型过程中,极易出现粘模现象,造成砂轮废品。对于磨稀土永磁材料这类砂轮,因其金刚石层与模具接触面积很大,就更容易出现这种情况。为此,我们配制了新的脱模剂,杜绝了此类现象的发生。
  
  4、磨削试验
  
  4.1 试验条件
  
  ①立式平面磨床:M7475B
  
  ②工件材料:钴基稀土永磁材料
  
  ③砂轮规格:2A2T  450×100×360×40×5  B
  
  4.2 试验结果
  
  见表2。


  用户此前所使用的普通砂轮,30片的价格相当于一片金刚石砂轮的价格。由表2可以看出,我们研制的树脂结合剂金刚石砂轮,将稀土永磁产品的加工精变提高了6倍,加工效率提高了近40%,砂轮消耗费用下降了70%以上。从技术和经济两方面考察,我们研制的树脂金刚石砂轮磨削稀土永磁材料均取得了满意的结果。
  
  5、结论
  
  (1)磨削稀士永磁材料,为满足其对砂轮高效,耐用的要求,选用树脂结合剂制作金刚石砂轮是适宜的。
  
  (2)耐热性能高的聚酰亚胺树脂结合剂制作的砂轮用于湿磨也能取得满意的效果。
  
  (3)针对稀土永磁材料,为充分发挥聚酰亚胺树脂的特点,需添加适当比例的高品级金刚石。
  
  (4)为提高树脂结合剂对金刚石磨粒的把持强度,应对磨粒进行表面镀覆处理,不同品级的金刚石磨粒应有不同的处理方式。
  
  (5)用金刚石砂轮替代普通砂轮磨削稀土永磁材料在技术、经济两方面均取得了显著的效果。
  
  参考文献
  
  1、周寿增等著  稀土永磁材料及其应用
  
  2、辛琰等  新技术新工艺,2000.8,41
  
  3、高越友等  金刚石与磨料磨具工程,2000.4,25 

      严肃警示:本文系《磨料磨具》杂志57期原创作品,如媒体及个人执意转载,请尊重他人的知识产权和劳动成果,必须标明文章出处“《磨料磨具》杂志”及文章作者!对于那些肆意违反商业、职业道德,破坏公平竞争环境,擅自霸占删改我方文章信息、图片资料等劳动成果,或将其用作直接盈利目的的媒体及个人,我们将依法追究其侵权责任!
  
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