釤鈷永磁組件崩渣缺陷控制方法研究

張改萍

西安工程大學機電工程學院

釤鈷永磁組件崩渣缺陷控制方法研究

張改萍

西安工程大學機電工程學院

文章對某釤鈷永磁磁組件機械加工流程進行跟蹤統計，辨別出組件報廢風險工序，結合報廢表征現象，分析得出崩渣為報廢主因。通過判斷可修復崩渣尺寸、改進定位裝夾工裝、優化過程工藝參數等，改進后組件加工質量穩定，在可修復崩渣尺寸內的崩渣現象得以修復，合格率由70%提高到90%。

釤鈷永磁；崩渣；可修復；裝夾工裝；合格率

引言

根據對生產線加工跟蹤，了解到某釤鈷永磁組件出現大量報廢，生產合格率低，嚴重制約整體生產任務完成率，多批次重復性投產給生產線帶來巨大壓力，同時造成資源嚴重浪費；通過對組件加工跟蹤統計，辨識出報廢風險工序為內磨工序，直接影響組件整體合格率。為提高內磨合格率，適應大批量生產需求，根據報廢的表征現象，分析深層原因，通過判斷可修復崩渣尺寸、改進定位裝夾工裝、優化內磨工藝參數，探索出一套切實可行的工藝方案，改進后組件加工質量穩定，可修復崩渣尺寸內的崩渣現象得以修復，合格率提高。

1 風險工序確定

釤鈷永磁組件由八個粉末壓鑄的扇形磁鋼拼接在加強套內，通過樹脂膠粘接并固化形成；去除組件加工過程在端面和內孔壁形成的膠瘤時膠層脫落直接撕裂局部磁鋼粉末形成微小崩渣，內磨加工時極易造成原有崩渣擴散形成更大崩渣甚至形成貫穿磁鋼厚度方向的裂紋，造成組件報廢。

2 崩渣現象分析

經過對內磨加工后組件質量情況跟蹤統計，發現以下兩種情況：

（1）加工前棱邊已出現肉眼可見較大的崩渣，加工后崩渣急劇擴散，甚至出現貫穿厚度方向裂紋，此現象造成報廢數量相對較少，不足5%；

（2）加工前棱邊出現肉眼觀察較小、在10倍放大鏡下觀察明顯可見的崩渣，加工后崩渣擴散出現隨機，部分崩渣擴散變大、部分崩渣幾乎無變化、少部分崩渣出現減少甚至消失的跡象。此現象所占比重最大，加工后隨機出現部分崩渣減小，表明通過對加工過程工藝參數進行優化，有一定的控制崩渣擴散可能性，甚至可以部分修正崩渣帶來的質量問題，提高組件整體加工合格率。

3 工藝方案的確定

3.1 可修復崩渣尺寸的判定

磁鋼沿圓周方向拼接成一圈內徑φ21.8,組件磨加工后內徑為φ22，可知磨加工內孔去量在0.10～0.20之間，參照最大化原則，將單邊磨削去量厚度0.1作為判斷磨加工前內孔棱邊崩渣大小的依據。

3.2 定位裝夾工裝

組件磁鋼材料自身的硬脆性決定了加工過程易崩渣的特點，故為保證加工尺寸及形位精度，定位裝夾過程考慮到上游研磨已對兩側大端面進行修研，為方便拆卸組件及加工內孔，以組件大外圓及端面定位裝夾，設計使用壓胎工裝（圖3）。

工裝結構及使用特點：

（1）組件外圓與工裝內孔采用間隙配合，內孔與基準面同軸度要求0.01，配合間隙0.01～0.04；

（2）工裝內孔與組件接觸面與基準面垂直要求0.01，避免因端面定位后過于傾斜造成內孔磨加工后整體斜孔。

3.3 砂輪選擇

選擇生產現場廣泛使用的白剛玉砂輪和金剛石砂輪，探討不同材質砂輪加工釤鈷永磁組件內孔的效果。

3.3.1 白剛玉砂輪

選擇砂輪粒度60#、100#進行對比試驗，結果如下：

砂輪粒度顆粒尺寸（μm）磁鋼內孔質量單個砂輪加工數量（件）100# 160～125 10～15 60# 315～250孔口棱邊崩渣尺寸較小但呈現連續狀、個別裂紋貫穿厚度孔口棱邊崩渣較大相對分散，裂紋貫穿厚度（圖3）加工后砂輪表面表面沙粒脫落，外圓面不光滑表面砂粒脫落嚴重5～8

結論：

（1）兩種砂輪所加工組件內孔棱邊均出現崩渣；

（2）兩種砂輪單次可加工組件數量相對較少，加工過程需要頻繁修整砂輪；

（3）相對而言，粒度100#的砂輪較粒度60#的砂輪可加工性稍好，單次修整后可加工件數多。

3.3.2 金剛石砂輪

結合白剛玉砂輪試驗結果，直接選擇粒度為100#的金剛石砂輪進行試驗，結果如下：

砂輪粒度：100#顆粒尺寸（μm）：160～125

加工后砂輪表面質量：表面顆?；緹o脫落，砂輪外圓表面光滑；

單個砂輪加工數量（件）：工藝方案改進階段無修整砂輪；

加工后磁鋼內孔質量：孔口棱邊崩渣現象明顯降低、裂紋貫穿厚度現象極少發生，加工前已存在的內孔口棱邊崩渣出現無規律性擴散或者少量修復。

結論：

（1）棱邊崩渣問題明顯改善，崩渣發生頻率下降明顯，內孔表面質量優于白剛玉砂輪加工的組件；

（2）過程修整砂輪次數急劇降低，單次修整砂輪可加工數量較白剛玉砂輪成倍增長；

圖1 定位工裝結構圖

圖2 崩渣擴散

圖3 裂紋貫穿

（3）加工前已存在的棱邊崩渣出現無規律性擴散、部分呈現出可修復性。

3.4 磨削參數優化

（1）砂輪速度：vs=m/sds—砂輪直徑（mm），ns—砂輪轉速（r/min）

結合砂輪經驗轉速和砂輪直徑，可得最小轉速：nsmin=vs*1000* 60（/）=26539r/min；

根據機床主軸額定轉速，可得砂輪最小直徑：ds.min=vs*1000* 60（/）=7.96mm；

生產中強制要求當砂輪直徑磨損至φ8.3時必須更換新砂輪。

可推算工件速度范圍：Vwmax=13.8m/min；Vwmin=3.9m/min。

（3）未變形切削厚度acgmax

生產過程需控制單次進給量不大于內孔孔壁未變形切削厚度acg，也即：fp≤acgmax=；

式中：acg—未變形切削厚度mm；lz—連續刃距mm；

式中nw/ns值越小，由此可見，acgmax與nw/ns成正比，與fr成正比，結合切削過程已知的工藝參數，計算可得：acgmax=0.00218mm acgmin=0.00062mm；故最終選擇fp=0.002mm,可滿足要求。

4 效果驗證

統計生產線改進前后組件加工合格率：改進前三組，內磨合格率70.6%、71.4%、72.3%，平均合格率71.4%，報廢原因孔口崩渣、裂紋貫穿；改進后三組，內磨合格率94.2%、95.6%、93.3%，平均合格率94.4%，報廢原因崩渣擴散。

通過分析可知：

（1）優化前平均合格率71.4%，優化后平均合格率94.4%，優化后合格率顯著提高；

（2）優化后工藝參數生產過程相對穩定，合格率超過90%達到預期目標。

結論

通過分析釤鈷永磁組件內磨報廢率高的原因，通過：判斷可修復崩渣尺寸、改進定位裝夾工裝、砂輪選擇、優化內磨參數，探索出一套切實可行的工藝方案，經過對生產現場加工狀況統計，得到以下結論：

（1）可修復崩渣尺寸判斷合理，修復尺寸內崩渣現象得到解決，設計壓胎工裝定位穩定可靠，實用性強；

（2）所選擇砂輪材質完全滿足組件磨削要求，且極大降低砂輪修整頻率；

（3）優化后磨削參數可滿足大批量加工要求，合格率提高到90%，達到預期目標。

[1]方坤凡.工程材料手冊有色金屬材料卷.北京出版社，2002年2月

[2]郭鎮邦.機械工程最新基礎標準應用手冊.機械工業出版社，2000年6月

[3]楊叔子.機械加工工藝師手冊.機械工業出版社，2002年1月