[发明专利]自由降落混粉气雾化水冷快凝磁性磨料制备设备

说明书

技术领域

本发明提供一种自由降落混粉气雾化水冷快凝磁性磨料制备设备，属于磁粒研磨材料制备技术领域。

背景技术

高效超精整加工技术是国家长期优先重点资助和鼓励发展的研究领域，而面向超光滑自由曲面的新型自动加工理论与技术更是世界各国制造业和研究人员共同关注的热点。超光滑自由曲面的加工质量是衡量一个国家制造技术水平的重要标志，它对于保证国家尖端工业和某些高技术产业的发展具有十分重要的意义。近几十年来，随着计算机技术和现代控制理论等相关科技的迅猛发展，以数控技术为代表的柔性加工手段日益完善，但自由曲面精整加工的自动化还是一大难题。目前自由曲面的精整加工仍然主要依赖于熟练工人的手工操作。以模具为例，大型自由曲面的精整加工在美国、日本、德国等发达国家其手工加工工时占总工时的37~42%，在我国则达50%左右。手工加工费时费力、效率低下，且难以取得良好的精整加工效果，制约了超光滑自由曲面制造技术的发展。为适应以精密模具为代表的自由曲面零件的低成本、短周期和高质量的要求，日本等国自上世纪90年代率先开展了自由曲面磁粒研磨加工自动化的研究，部分研究成果已获得应用,近些年来，国内学者也对该加工技术进行了研究和开发工作。

磁粒研磨是利用磁场的作用，使磨料与工件接触并产生一定的作用力，通过工件与磨料之间的相对运动进行研磨加工的一种工艺方法。与传统的精整加工工艺相比，磁粒研磨具有柔性、自适应性、自锐性、可控性、温升小、效率高和无须进行工具磨损补偿、无须修形等特点。磁性磨料作为磁粒研磨的工具，其性能直接影响加工的质量和效率。尽管磁粒研磨加工具有多的优点，但限于现有磁性磨料的性能，自由曲面磁粒研磨加工自动化技术离推广应用还有很大距离。

由此可见，磁性磨料的制备技术是磁粒研磨技术推广应用的关键，也是一个亟待解决的技术难题。研究自由降落气固两相流雾化快凝磁性磨料的形成机理、探索新的磁性磨料制备方法、研制高性能、低成本磁性磨料的生产设备，具有十分重要的现实意义和理论价值。

目前，国内外应用的磁性磨料制备技术有多种，如机械混合法、粘结法、铸造法、烧结法等。

（1）机械混合法：机械混合法是将铁磁性粉末、硬质磨料粉末和研磨液按一定比例在常温下均匀混合，直接进行研磨加工的方法。常用一定粒度的铁磁性粉末与硬质磨料粉末如Al₂O₃、SiC、Cr₂O₃、TiC等混合均匀后，再加入粘合剂如油酸、聚乙烯醇、硅胶等制成。该种方法可以制备多种磁性磨料，但是在加工期间，硬质磨料颗粒与铁磁性粉末容易分离飞散，因而使用范围较窄。

（2）粘结法：粘结法是用粘结剂将一定比例的铁粉和硬质磨料粉粘结为一体，然后加压固化，通过粉碎、筛选制成所需粒度的磁性磨料。对于粘结法制备磁性磨料，选取合适的粘结剂是关键。美国学者Feygin Sawa的专利中提到的粘结剂是氰基丙烯酸脂，制备的铁基磁性磨料其研磨效率高于传统的烧结法制备的铁基磁性磨料。国内学者采用环氧树脂作为粘接剂制备的铁基Al₂O₃、SiC磁性磨料，均获得了良好的研磨加工效果。该磁性磨料制备方法工艺简单、成本低，但制备的磁性磨料组织疏松、密度低，硬质磨粒相颗粒易脱落，使用寿命较低。

（3）铸造法：使磁性磨料的主要铁基金属成分在高温下达到熔化状态，在高压气体的吹制下，雾化成微液滴，然后冷却、凝固、筛分后直接制得粉末。该方法包括外加颗粒复合和原位反应复合两种方法。

外加颗粒复合：外加颗粒复合法是将硬质磨料粉末直接加入到熔融态的铁基金属材料中，并使硬质磨料颗粒在基体中均匀分布，然后通过高压气体吹制而成。铸造法制备磁性磨料的关键是使硬质磨料颗粒在液态铁基金属材料中均匀分散，并最终弥散分布于随后吹制而成的磁性磨料中。而要做到这一点，必须满足两个基本条件：1) 硬质磨料颗粒与液态铁基金属材料的润湿性好；2)两种材料的密度差尽量小。多数情况下上述两个条件难以满足，主要由于常用的硬质磨料粉末密度与铁磁性材料的密度相差较大，难以使两者混合均匀；另一方面硬质磨粒相与铁磁材料相一般润湿性差，两者难以结合。