釹鐵硼產(chǎn)品研磨倒角工藝優(yōu)化

＊鄧志偉 張友亮 張守華

（1.安泰科技股份有限公司 北京 100083 2.安泰愛科科技有限公司 山東 255022）

釹鐵硼稀土永磁材料是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的第三代[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、電機工程、計算機磁分離、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)品進行表面處理前，一般需進行研磨倒角處理，即在震動環(huán)境下，工件與磨料間產(chǎn)生相對位移、碰撞，在磨料與工件的相互接觸、摩擦過程中，磨料對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，這給研磨倒角過程帶來了很多困難。因此，行業(yè)內(nèi)的研究者們對磨料的材質(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)，因為它質(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械強度，減少顆粒污染需將其邊緣表面磨削成圓形或接近圓形，同時也可以避免和減少后面的工序在加工、運輸、檢驗和充磁等工序時產(chǎn)生崩邊。倒角后的釹鐵硼半成品由于有了一個比較圓滑的邊緣，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，半成品在電鍍過程中，“狗骨效應(yīng)”明顯，鍍層會出現(xiàn)明顯脫落現(xiàn)象，防腐性能非常差；最后，若半成品不進行尖角處理，后序過程產(chǎn)生的磕邊會降低產(chǎn)品的磁性能，而使產(chǎn)品報廢或返工，進而造成巨大的經(jīng)濟損失。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，半成品必須進行倒角處理。

1.實驗方法

(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→過程巡檢→測試產(chǎn)品角度→篩分磨料和產(chǎn)品→產(chǎn)品烘干→產(chǎn)品等級入庫。

(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；②磨料與產(chǎn)品配比設(shè)計為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→過程巡檢→測試產(chǎn)品角度→篩分磨料和產(chǎn)品→產(chǎn)品烘干→產(chǎn)品等級入庫。

(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、高硬度、高耐磨性等優(yōu)點被廣泛用來制造各種磨具[6-7]。其單價較碳化硅材質(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，同一水平下進行7個周期（每周期研磨時間為達到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)）的研磨實驗，結(jié)果見圖1。

圖1 不同材質(zhì)磨料磨耗量趨勢圖

由圖1可知，兩種材質(zhì)的磨料各經(jīng)過7個周期的振動研磨操作，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

倒角機運行過程中，磨料裝載量越多，產(chǎn)品與磨料混合滾動的阻力就越大，二者均勻混合的周期也就越長，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，從而更有利于縮短磨料與產(chǎn)品的混合周期，進而增大了磨料與產(chǎn)品接觸的機會。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，同一水平下進行7個周期（每周期研磨時間為達到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)）的研磨實驗，結(jié)果見圖2。

圖2 不同配比磨料磨耗量趨勢圖

由圖2可知，不同磨料與產(chǎn)品配比的兩種工藝各經(jīng)過7個周期的振動研磨操作，磨料與產(chǎn)品配比為3/1時，磨料的磨損率為40%，磨料與產(chǎn)品配比為1/3時，磨料的磨損率為35%，同時后者產(chǎn)品的產(chǎn)出效率為前者的3倍，磨料配比對產(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)格和形狀會保持的更加長久，對產(chǎn)品的分離效果和磨消程度越強，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，同一水平下進行7個周期（每周期研磨時間為達到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)）的研磨實驗，結(jié)果見圖3。

圖3 不同規(guī)格磨料磨耗量趨勢圖

由圖3可知，不同規(guī)格的兩種磨料各經(jīng)過7個周期的振動研磨操作，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，對金屬的去除率就越大，即研磨過程中產(chǎn)品的棱邊越易出角，單個振動研磨周期會縮短，其表面尺寸均勻性也越好。對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，同一水平下進行7個周期（每周期研磨時間為達到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)）的研磨實驗，結(jié)果見圖4。

圖4 不同形狀磨料磨耗量趨勢圖

由圖4可知，不同形狀的兩種磨料各經(jīng)過7個周期的振動研磨操作，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)磨料形狀對產(chǎn)品表面尺寸的影響分析

由2.4的實驗內(nèi)容可以看出，多條棱邊的三角磨料對產(chǎn)品的棱邊研磨的機率較大，對產(chǎn)品表面研磨的機率較小；而較少棱邊的斜圓柱磨料對產(chǎn)品的棱邊研磨的機率較小，對產(chǎn)品表面研磨的機率反而較大。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，同一水平下進行研磨實驗（研磨時間為達到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)），結(jié)果見圖5。

圖5 不同形狀的磨料對產(chǎn)品尺寸影響的趨勢圖

由圖5可知，使用不同形狀的磨料，同一水平條件下，達到同一角度水平，產(chǎn)品表面的磨損量有所不同。當(dāng)使用斜三角磨料振動倒角時，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倒角時，產(chǎn)品尺寸減少在0.01～0.02mm之間波動，產(chǎn)品表面的平面度較差，波動大于0.015mm。

(6)磨料材質(zhì)對產(chǎn)品表面狀態(tài)的影響分析

近年來，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的實驗內(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，同一水平下進行研磨實驗（研磨時間為達到標(biāo)準(zhǔn)角度為準(zhǔn)），結(jié)果見圖6。

圖6 不同材質(zhì)的磨料對產(chǎn)品表面粗糙度影響的趨勢圖

由圖6可知，使用不同材質(zhì)磨料，同一水平條件下，達到同一角度水平，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，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，產(chǎn)品表面的粗糙度Ra在0.44～0.55之間波動。棕剛玉材質(zhì)的磨料對產(chǎn)品表面的拋光效果效果明顯好于碳化硅磨料。

3.結(jié)論

本文通過倒角工藝的研究，進行了磨料材質(zhì)、磨料規(guī)格、磨料與產(chǎn)品的配比以及磨料形狀的實驗，并進行了棕剛玉與碳化硅兩種磨料同一水平下的對比驗證，得出以下結(jié)論：改善磨料的材質(zhì)、規(guī)格及形狀，對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。通過優(yōu)化磨料與產(chǎn)品的配比，讓磨料與產(chǎn)品更均勻地進行混合，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。