摘要　探討了非固結磁性磨粒的構成，利用正交試驗對影響磁性磨粒加工性能的因素：顆粒大小、質量比、結合劑等進行試驗分析。結果表明：當鐵磁相Fe粉的目數為200目，磨粒相SiC的目數為120目，鐵磁相與磨粒相的質量比為3：1，加工時間3min時加工效果最佳；同時再加入偶聯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。相對于燒結法和黏結法的磁性磨粒，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在精加工中有應用具有現實意義。

　　磁性磨粒作為磁性磨粒光整加工技術的工具，是影響工件加工質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生很大影響。目前磁性磨粒的制備方法很多，其中燒結法制備的磁性磨粒，其壽命和切削性能優于其他方法制備的磁性磨粒，但是燒結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，然后經過粉碎，篩選等一系列要求嚴格的工藝才能完成，制作成本高。而黏結法是用黏結劑將一定比例的混合均勻的基體和磨料黏結為一體，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用具有重要意義。

　　1 非固結磁性磨粒的加工原理
　　磁性磨粒本身是一種復合材料，主要由具有導磁性能的鐵磁相和具有切削能力的磨粒相構成。非固結磁性磨粒的特點是兩種材料不需要固相結合，只要均勻混合并加入特定的結合劑使其相互浸潤，在磁性磨粒光整加工中，非固結磁性磨粒的切削驅動力主要來源于鐵磁相，在這些鐵磁相產生的磁作用力下，由鐵磁相夾持著磨粒相形成磁串并吸附在磁極上構成“磁刷”，以一定的壓力作用在工件表面上，當工件與“磁刷”之間產生相對運動時，工件表面上的磨粒相將對工件產生接觸滑移、摩擦，擠壓和切削等現象，達到光整加工之目的。
　　為了使磨粒相不脫離鐵磁相的束縛，而出現磨粒相飛出加工區域的現象，保持加工過程的穩定性，試驗中采取了以下措施：加工試驗中，磨粒相SiC和鐵磁相Fe粉用液態石蠟進行混合，同時加入偶聯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 結果分析
　　（1） 質量比與粒徑
　　圖2~圖4是在相同的試驗條件下，m(Fe):m(SiC)質量比分別為2：1，3：1，4：1，不同粒徑大小的非固結磁性磨粒的加工性能變化規律。 

　　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。

　　（2） 偶聯劑
　　為了進一步提高加工效果，在相同的試驗條件下，以上述試驗結果中加工效果最好的一組磁性磨粒（鐵磁相與磨粒相的質量比3：1，鐵磁相（Ｆe粉）為200目，磨粒相（SiC）為120目）為基體，分別加入偶聯劑Ａ、Ｂ再進行試驗。試驗結果如圖5所示。從圖5可以看出，不加偶聯劑時，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，而且加入偶聯劑Ａ的效果好于偶聯劑Ｂ的效果。這是因為偶聯劑的加入有利用磨粒相表面改性，促使磨粒相與結合劑緊密結合，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。

　　（3） 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中不難發現，磁性磨粒對45鋼的綠卡　效率優于鋁合金工件。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，加工過程有所區別。鋁合金工件不具有導磁性能，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致研磨壓力較小，加工效果相對較差；45鋼工件具有導磁性能，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，但會出現部分磨粒相沿工件表面切線飛出的現象。

　　（4） 與燒結法、黏結法磁性磨粒的比較
　　圖7所示在相同試驗條件下非固結磁性磨粒與燒結法和黏結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磁性磨粒的制備工藝，改善綜合性能，必定具有廣闊的應用前景。

　　3 結論
　　（1） 本文對非固結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、質量比、結合劑等，同時獲得了較好的加工質量和加工效率。
　　（2） 非固結磁性磨粒的制備工藝簡單，不需要破碎工序，因此不產生廢料，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，進一步降低生產成本。因此具有較好的發展潛力。

　　參考文獻：
　　[1]　安家憲.磁性研磨加工工藝及其開發應用[Ｊ].太原理工大學學報，2000.
　　[2]　高玉龍.磁性研磨光整加工及磁性磨粒制備技術的研究與應用[Ｄ].淄博：山東理工大學，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].大連交通大學學報，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，碩士生導師。研究方向：表面質量及精密表面光整加工技術、特種加工技術。

　　夏昇璐（1984－），女，漢族，太原理工大學在讀研究生。