＊鄧志偉 張友亮 張守華

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釹鐵硼稀土永磁材料是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的第三代[1]新功能材料，它具有能量轉(zhuǎn)換功能，是一種高效的能量轉(zhuǎn)換介質(zhì)，在微波通訊、音像、儀器儀表、電機(jī)工程、計(jì)算機(jī)磁分離、磁療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為新技術(shù)應(yīng)用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。電鍍作為提高稀土永磁材料耐蝕性的一個(gè)有效解決途徑，已被廣泛應(yīng)用于釹鐵硼表面處理工藝[2]。釹鐵硼產(chǎn)品進(jìn)行表面處理前，一般需進(jìn)行研磨倒角處理，即在震動(dòng)環(huán)境下，工件與磨料間產(chǎn)生相對(duì)位移、碰撞，在磨料與工件的相互接觸、摩擦過(guò)程中，磨料對(duì)工件表面做微切削加工，此切削的作用，可以使工件棱角鈍化成圓角、并降低工件的表面粗糙度[3-5]。

脆性大是燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)品的一大弊端，這給研磨倒角過(guò)程帶來(lái)了很多困難。因此，行業(yè)內(nèi)的研究者們對(duì)磨料的材質(zhì)、形狀和工藝配比等不斷的優(yōu)化更新。目前，釹鐵硼行業(yè)內(nèi)磨料用的較多的為碳化硅材質(zhì)，因?yàn)樗|(zhì)地軟，出角快，產(chǎn)品不易磕碰；磨料形狀及工藝配別各家有所不同。此種材質(zhì)磨料的不足之處是：磨耗量大、使用頻次低、出泥量大、成本高，廢磨料和倒角泥存放壓力大。本文擬從優(yōu)化倒角工藝管理，降低磨料的損耗等方面作簡(jiǎn)要介紹。

釹鐵硼毛坯經(jīng)加工后邊緣表面有棱角、毛刺、小崩邊、表面印跡，甚至棱邊有小的裂縫或其他缺陷，邊緣的表面也比較粗糙。為了增加釹鐵硼邊緣表面的機(jī)械強(qiáng)度，減少顆粒污染需將其邊緣表面磨削成圓形或接近圓形，同時(shí)也可以避免和減少后面的工序在加工、運(yùn)輸、檢驗(yàn)和充磁等工序時(shí)產(chǎn)生崩邊。倒角后的釹鐵硼半成品由于有了一個(gè)比較圓滑的邊緣，不易再產(chǎn)生崩邊，使后面工序加工的合格率大幅度提高。在釹鐵硼產(chǎn)品表面處理工藝中，如果半成品不被倒角，其鋒利的邊緣將會(huì)被磕裂，嚴(yán)重影響釹鐵硼永磁體的使用壽命；再者，半成品在電鍍過(guò)程中，“狗骨效應(yīng)”明顯，鍍層會(huì)出現(xiàn)明顯脫落現(xiàn)象，防腐性能非常差；最后，若半成品不進(jìn)行尖角處理，后序過(guò)程產(chǎn)生的磕邊會(huì)降低產(chǎn)品的磁性能，而使產(chǎn)品報(bào)廢或返工，進(jìn)而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由此，為有效保證鍍層與基體良好結(jié)合力、優(yōu)越的磁性能、優(yōu)良的抗腐蝕能力以及較高的一次合格率，半成品必須進(jìn)行倒角處理。

1.實(shí)驗(yàn)方法

(1)現(xiàn)有研磨倒角工藝流程

選擇磨料材質(zhì)（SiC）/形狀斜圓柱/規(guī)格（22mm×22mm）→計(jì)算磨料與產(chǎn)品配比（3/1～4/1）→稱取磨料重量（估算）→設(shè)定倒角頻率→產(chǎn)品入倒角機(jī)→過(guò)程巡檢→測(cè)試產(chǎn)品角度→篩分磨料和產(chǎn)品→產(chǎn)品烘干→產(chǎn)品等級(jí)入庫(kù)。

(2)現(xiàn)有工藝缺陷

現(xiàn)有研磨倒角工藝的缺陷主要有以下幾個(gè)方面：

①磨料的材質(zhì)選擇質(zhì)地較軟的碳化硅（SiC），磨料損耗大，存在較大浪費(fèi)；②磨料與產(chǎn)品配比設(shè)計(jì)為3/1～4/1，配比偏大，磨料磨損較嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低；③磨料規(guī)格為斜圓柱22mm×22mm，耐磨程度較低；④磨料的形狀為斜圓柱，對(duì)產(chǎn)品磨削的阻力較小，生產(chǎn)效率偏低。

(3)研磨倒角優(yōu)化工藝流程

選擇磨料材質(zhì)棕剛玉（Al2O3）/形狀斜三角/規(guī)格（30mm×30mm）→計(jì)算磨料與產(chǎn)品配比（1/4～1/1）→稱取磨料重量（精確）→設(shè)定倒角頻率→產(chǎn)品入倒角機(jī)→過(guò)程巡檢→測(cè)試產(chǎn)品角度→篩分磨料和產(chǎn)品→產(chǎn)品烘干→產(chǎn)品等級(jí)入庫(kù)。

(4)倒角優(yōu)化工藝

研磨倒角優(yōu)化工藝是指使工藝更加合理、適用、趨于科學(xué)，其目的在于保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，減少不合格品的發(fā)生，降低生產(chǎn)成本的投入（主要減少磨料的損耗）。以單一規(guī)格（13mm×10mm×4.1mm）批量產(chǎn)品研磨倒角為例，具體考察內(nèi)容見(jiàn)下文介紹。

2.結(jié)果與討論

(1)采用棕剛玉(Al2O3)材質(zhì)代替碳化硅(SiC)材質(zhì)

棕剛玉磨料以高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用來(lái)制造各種磨具[6-7]。其單價(jià)較碳化硅材質(zhì)的低約30%，可與同規(guī)格碳化硅磨料比較，其耐磨效果更好[8]。在保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，不同材質(zhì)、同一規(guī)格和形狀，同一磨料與產(chǎn)品配比，同一水平下進(jìn)行7個(gè)周期（每周期研磨時(shí)間為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)）的研磨實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同材質(zhì)磨料磨耗量趨勢(shì)圖

由圖1可知，兩種材質(zhì)的磨料各經(jīng)過(guò)7個(gè)周期的振動(dòng)研磨操作，棕剛玉材質(zhì)的磨料磨損率為26.67%，碳化硅材質(zhì)的磨料磨損率為46.67%，棕剛玉材質(zhì)的磨料耐磨性明顯好于碳化硅材質(zhì)的磨料。

(2)磨料與產(chǎn)品配比由3/1優(yōu)化為1/3

倒角機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，磨料裝載量越多，產(chǎn)品與磨料混合滾動(dòng)的阻力就越大，二者均勻混合的周期也就越長(zhǎng)，最終導(dǎo)致產(chǎn)品圓角速度延緩，產(chǎn)品表面尺寸磨損。降低磨料與產(chǎn)品的配比，讓磨料把產(chǎn)品更均勻、更快速地分散開(kāi)，從而更有利于縮短磨料與產(chǎn)品的混合周期，進(jìn)而增大了磨料與產(chǎn)品接觸的機(jī)會(huì)。在保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，同一材質(zhì)、同一規(guī)格和形狀，不同磨料與產(chǎn)品配比，同一水平下進(jìn)行7個(gè)周期（每周期研磨時(shí)間為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)）的研磨實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同配比磨料磨耗量趨勢(shì)圖

由圖2可知，不同磨料與產(chǎn)品配比的兩種工藝各經(jīng)過(guò)7個(gè)周期的振動(dòng)研磨操作，磨料與產(chǎn)品配比為3/1時(shí)，磨料的磨損率為40%，磨料與產(chǎn)品配比為1/3時(shí)，磨料的磨損率為35%，同時(shí)后者產(chǎn)品的產(chǎn)出效率為前者的3倍，磨料配比對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率有明顯的影響。

(3)采用磨料規(guī)格30mm×30mm代替規(guī)格22mm×22mm

采用相同材質(zhì)、較大規(guī)格的磨料，可適用研磨更多規(guī)格的產(chǎn)品，磨料的規(guī)格和形狀會(huì)保持的更加長(zhǎng)久，對(duì)產(chǎn)品的分離效果和磨消程度越強(qiáng)，產(chǎn)品越易圓角。在保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，同一材質(zhì)和形狀、同一磨料與產(chǎn)品配比、不同規(guī)格的磨料，同一水平下進(jìn)行7個(gè)周期（每周期研磨時(shí)間為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)）的研磨實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同規(guī)格磨料磨耗量趨勢(shì)圖

由圖3可知，不同規(guī)格的兩種磨料各經(jīng)過(guò)7個(gè)周期的振動(dòng)研磨操作，規(guī)格為正三角30mm×30mm磨料的磨損率為22.67%，規(guī)格為正三角22mm×22mm磨料的磨損率為46.67%，較大規(guī)格的（30mm×30mm）磨料耐磨性明顯好于小規(guī)格（22mm×22mm）的磨料。

(4)采用斜三角磨料代替斜圓柱

據(jù)資料記載[4]，磨料的棱角越多，越尖銳，加工后工件的表面粗糙度值越大，對(duì)金屬的去除率就越大，即研磨過(guò)程中產(chǎn)品的棱邊越易出角，單個(gè)振動(dòng)研磨周期會(huì)縮短，其表面尺寸均勻性也越好。對(duì)比磨料形狀為斜三角的棱邊為8條，斜圓柱磨料的棱邊為2條，顯然形狀為斜三角的棱邊遠(yuǎn)多于斜圓柱。在保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，同一材質(zhì)和規(guī)格、同一磨料與產(chǎn)品配比、不同形狀的磨料，同一水平下進(jìn)行7個(gè)周期（每周期研磨時(shí)間為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)）的研磨實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同形狀磨料磨耗量趨勢(shì)圖

由圖4可知，不同形狀的兩種磨料各經(jīng)過(guò)7個(gè)周期的振動(dòng)研磨操作，形狀為斜三角磨料的磨損率為26.7%，形狀為斜圓柱磨料的磨損率為32%，由于斜三角磨料間本身受阻較大，磨損也較大，只是稍好于斜圓柱磨料。

(5)磨料形狀對(duì)產(chǎn)品表面尺寸的影響分析

由2.4的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以看出，多條棱邊的三角磨料對(duì)產(chǎn)品的棱邊研磨的機(jī)率較大，對(duì)產(chǎn)品表面研磨的機(jī)率較??；而較少棱邊的斜圓柱磨料對(duì)產(chǎn)品的棱邊研磨的機(jī)率較小，對(duì)產(chǎn)品表面研磨的機(jī)率反而較大。同一材質(zhì)和規(guī)格、同一磨料與產(chǎn)品配比、不同形狀的磨料，同一水平下進(jìn)行研磨實(shí)驗(yàn)（研磨時(shí)間為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)），結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同形狀的磨料對(duì)產(chǎn)品尺寸影響的趨勢(shì)圖

由圖5可知，使用不同形狀的磨料，同一水平條件下，達(dá)到同一角度水平，產(chǎn)品表面的磨損量有所不同。當(dāng)使用斜三角磨料振動(dòng)倒角時(shí)，產(chǎn)品尺寸減少在0.01mm以內(nèi)，且產(chǎn)品平面度在理想范圍內(nèi)；當(dāng)使用斜圓柱磨料振動(dòng)倒角時(shí)，產(chǎn)品尺寸減少在0.01～0.02mm之間波動(dòng)，產(chǎn)品表面的平面度較差，波動(dòng)大于0.015mm。

(6)磨料材質(zhì)對(duì)產(chǎn)品表面狀態(tài)的影響分析

近年來(lái)，隨著超精密磨削加工技術(shù)的快速發(fā)展，脆性材料的加工效率和加工精度得到提高，在脆性材料鏡面加工方面超精密磨削表現(xiàn)出手工研磨難以比擬的加工效率和面形精度[9～10]。由2.1的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以看出，同一水平條件下，棕剛玉材質(zhì)磨料較碳化硅材質(zhì)磨料磨耗量低，磨料的磨耗量越大，產(chǎn)生的磨料粉末越多，對(duì)產(chǎn)品表面的拋光效果有一定程度的負(fù)面影響。同一規(guī)格和形狀、同一磨料與產(chǎn)品配比、不同材質(zhì)的磨料，同一水平下進(jìn)行研磨實(shí)驗(yàn)（研磨時(shí)間為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)），結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 不同材質(zhì)的磨料對(duì)產(chǎn)品表面粗糙度影響的趨勢(shì)圖

由圖6可知，使用不同材質(zhì)磨料，同一水平條件下，達(dá)到同一角度水平，產(chǎn)品表面的粗糙度有所不同。當(dāng)使用棕剛玉材質(zhì)的磨料時(shí)，產(chǎn)品表面的粗糙度Ra在0.4mm以內(nèi)，當(dāng)使用碳化硅材質(zhì)的磨料時(shí)，產(chǎn)品表面的粗糙度Ra在0.44～0.55之間波動(dòng)。棕剛玉材質(zhì)的磨料對(duì)產(chǎn)品表面的拋光效果效果明顯好于碳化硅磨料。

3.結(jié)論

本文通過(guò)倒角工藝的研究，進(jìn)行了磨料材質(zhì)、磨料規(guī)格、磨料與產(chǎn)品的配比以及磨料形狀的實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了棕剛玉與碳化硅兩種磨料同一水平下的對(duì)比驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：改善磨料的材質(zhì)、規(guī)格及形狀，對(duì)降低磨料的損耗和成本，提高工作效率是行之有效的。同一水平條件下，棕剛玉磨料的耐磨性能明顯好于碳化硅磨料，碳化硅磨料的損耗率約是棕剛玉磨料的1.5～2.0倍。通過(guò)優(yōu)化磨料與產(chǎn)品的配比，讓磨料與產(chǎn)品更均勻地進(jìn)行混合，縮短了磨料與產(chǎn)品的混合周期，在相同磨料使用量的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)效率提高約2～3倍。使用斜三角磨料，縮短了倒角周期，降低了磨料與產(chǎn)品表面磨消的頻次，保證了產(chǎn)品表面平面度的質(zhì)量。同一水平條件下，棕剛玉材質(zhì)磨料的拋光效果好于碳化硅磨料。