黏結(jié)性磁力拋光磨料制備及拋光性能研究

關(guān)鍵詞 磁性磨料；黏結(jié)法；偶聯(lián)劑；磁力拋光中圖分類號(hào) TQ164;TG58;TG74 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A文章編號(hào) 1006-852X（2025）04-0517-09DOI碼 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0077收稿日期 2024-04-24修回日期 2024-07-05

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隨著科技的進(jìn)步，高精尖領(lǐng)域?qū)π螤顝?fù)雜、精密細(xì)小工件的需求越來越大，對(duì)其加工精度、表面質(zhì)量以及力學(xué)性能等的要求也越來越高。傳統(tǒng)光整加工技術(shù)存在加工可達(dá)性差、加工效率低以及加工成本高等問題，而磁力拋光技術(shù)依靠磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)磁性磨料與工件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)工件的加工以及應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜表面[1]

磁力拋光的概念最早由前蘇聯(lián)工程師Kargolow提出，而后保加利亞、日本、韓國(guó)等國(guó)學(xué)者的進(jìn)一步研究使其具備了加工意義[2。國(guó)內(nèi)磁力拋光技術(shù)研究起步較晚，目前主要聚焦于工藝探索、機(jī)床改進(jìn)以及磁極排列優(yōu)化等方面。孟慶濤設(shè)計(jì)了一套內(nèi)表面磁力研磨裝置，對(duì)細(xì)長(zhǎng)管道進(jìn)行了有效拋光。劉靜遠(yuǎn)4對(duì)不銹鋼磁針在拋光過程中的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行了分析，闡述了磁力拋光機(jī)的加工原理以及材料去除機(jī)理。楊艷等[5]研究了鋼珠和磁針混合磨具對(duì)加工效果的影響，提升了加工效率和質(zhì)量。郭源帆等提出了一種海爾貝克陣列勵(lì)磁的平面磁流變拋光方法，提高了平面磁流變拋光效率。

磁力拋光研究中，對(duì)磨料介質(zhì)的探索仍相對(duì)不足。

目前在磁力拋光機(jī)上大范圍使用的磨料介質(zhì)僅為不銹鋼磁針，但此種磨料存在很大的局限性：加工鋁合金等低硬度材料時(shí)容易損傷材料表面，從而使其表面質(zhì)量惡化，其拋光極限在 1μm 以上，無法有效滿足現(xiàn)有環(huán)境對(duì)高性能工件的需求。因此，尋求新的磨料介質(zhì)對(duì)于磁力拋光加工技術(shù)至關(guān)重要。

在磁力研磨以及磁流變等加工中，通常采用燒結(jié)法、黏結(jié)法以及霧化法等方式制備磁性磨料并將其作為磨料介質(zhì)。潘晶等采用黏結(jié)法制備了磁性磨料，對(duì)T10A鋼進(jìn)行研磨后使其表面粗糙度 S_a 降至 0.1μm 。賀美云等采用燒結(jié)法制備磁性磨料并利用其對(duì)工件進(jìn)行研磨，工件表面粗糙度 S_a 降至 0.13μm 。趙文淵[9]采用固-液混合的方式來制備磨料，解決了黏結(jié)法制備磨料過程中混合不均的問題。以上所述多種工藝制備的磁性磨料雖然拋光效果好，但是在使用過程中均需要粉碎成細(xì)粉狀微米級(jí)顆粒，其在磁力拋光機(jī)上存在動(dòng)能小的情況，從而導(dǎo)致加工效果差。

基于上述問題，提出一種細(xì)長(zhǎng)型黏結(jié)性磁性磨料代替不銹鋼磁針以適應(yīng)磁力拋光機(jī)，并進(jìn)一步研究其制備過程以及拋光性能。

1磁力拋光的工作原理

永磁磁力拋光機(jī)如圖1所示，其可以通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及左右平移運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

圖1永磁磁力拋光機(jī)

Fig.1Permanent magnet magnetic polishing machine

工作時(shí)，將制備的黏結(jié)性磁性磨料和被加工工件一起放置在拋光筒中，并將拋光筒放在非磁性支撐板上。支撐板下方是按照一定規(guī)律排布的磁極，磁極被尼龍板定位并吸附在鐵板上，共同構(gòu)成磁極盤。磁極盤通過中心定位孔與電機(jī)主軸相連，隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而帶動(dòng)磁性磨料在拋光筒中產(chǎn)生復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，與被加工工件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最終達(dá)到拋光的效果。

2黏結(jié)性磁性磨料制備

磁性磨料是一種復(fù)合材料，主要由磁力相、磨粒相以及結(jié)合劑3部分組成，最終既呈現(xiàn)出鐵磁性，又起到拋光工件的作用。磁力相需要具備良好的導(dǎo)磁性，常采用還原鐵粉、羰基鐵粉等。本研究中采用粒徑更為細(xì)小的羰基鐵粉作為磁性載體。磨粒相則需要具備良好的切削性能，選擇磨粒類別時(shí)，硬度達(dá)到要求后還要兼顧經(jīng)濟(jì)性與通用性。綜合考慮下，選擇硬度高、價(jià)格低廉且化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良的碳化硅作為磨粒相。環(huán)氧樹脂作為結(jié)合劑可以有效將上述兩相結(jié)合起來，同時(shí)提供足夠的強(qiáng)度、耐磨性以及一定的彈性，滿足拋光使用要求。

在磁力拋光機(jī)中，粉碎后的細(xì)小磨粒粒徑為微米級(jí)，在磁場(chǎng)作用下動(dòng)能較小，與工件之間產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)微弱，拋光效果較差。通過提高單個(gè)磨料的質(zhì)量增大動(dòng)能，同時(shí)采用圓球狀磨料，但其在磁場(chǎng)中受到磁力后運(yùn)動(dòng)形式發(fā)生了變化，不能隨磁極進(jìn)行公轉(zhuǎn)，只能在原地自轉(zhuǎn)，降低了工件與磨料之間的接觸頻率。最終采用了細(xì)長(zhǎng)型磁性磨料，其可以沿磁感線分布，并能隨著磁極進(jìn)行公轉(zhuǎn)以及自轉(zhuǎn)，豐富了磨料的運(yùn)動(dòng)形式。加工過程中雖然會(huì)有磨粒脫落，但仍能保持細(xì)長(zhǎng)的大體積形態(tài)，繼續(xù)正常參與加工。

磁性磨料中，磁力相的占比影響磨料受到磁場(chǎng)力的大小，磨粒相的占比則影響加工效率以及加工效果，2者的配比就決定了磨料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及拋光效果。與此同時(shí)，磨料制備過程中必須保證各組分之間結(jié)合牢固，而磁力相與磨粒相均為無機(jī)物，其表面富含親水性基團(tuán)，但結(jié)合劑一般為憎水性的高分子有機(jī)物，與磁力相與磨粒相互不相容，很難形成牢固的黏結(jié)。磁力相和磨粒相都是粒徑很小的顆粒，具備很高的表面能，這也導(dǎo)致其很容易在高分子有機(jī)結(jié)合劑中產(chǎn)生“團(tuán)聚現(xiàn)象，很難均勻分散，從而導(dǎo)致工件表面劃傷，最終影響被加工工件的加工質(zhì)量。基于上述問題，本文采用化學(xué)包覆改性的方式來處理無機(jī)粉末，常用的表面改性劑有偶聯(lián)劑、硅油或者水溶性高分子等[1]。KH-560是常見的硅烷偶聯(lián)劑，化學(xué)名稱為 γ -（2，3-環(huán)氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷[]，其環(huán)氧基可以與無機(jī)物表面的羥基發(fā)生反應(yīng)并覆蓋其表面，從而改變無機(jī)粉末親水的特性，提高與有機(jī)高分子之間的潤(rùn)濕性和分散性。羰基鐵粉和碳化硅表面都含有羥基，因此可以選用KH560作為改性劑。

實(shí)驗(yàn)原材料有羰基鐵粉、碳化硅、環(huán)氧樹脂、KH 560偶聯(lián)劑、稀NaOH、無水乙醇。

炭基鐵粉以及碳化硅中會(huì)存在少量的雜質(zhì)和油污，為了確保實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性并減少不必要因素的影響，采用堿洗法進(jìn)行處理。將上述2種無機(jī)粉末分別加入盛有 0.1g/mL 稀NaOH溶液的燒杯中，使其完全浸沒，在恒溫下攪拌一段時(shí)間，然后用無水乙醇將上述堿洗無機(jī)粉末洗滌至中性，最終干燥處理。

硅烷偶聯(lián)劑KH-560為無色透明溶液，在使用過程中需要配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4% 的稀溶液，溶劑采用無水乙醇。

取一定量堿洗處理后的羰基鐵粉或碳化硅粉末，與配制好的偶聯(lián)劑溶液一同置于燒杯中，其中KH-560與無機(jī)粉末質(zhì)量比為 1：100 。在恒溫水浴鍋中以 80^gC 恒溫加熱攪拌，使2者充分反應(yīng)，最終將粉末烘干備用，以供后續(xù)試驗(yàn)使用。

無機(jī)粉末改性流程如圖2所示。

圖2無機(jī)粉末改性流程圖Fig.2 Inorganicpowdermodificationprocessdiagram

分別稱取上述改性后的羰基鐵粉和碳化硅粉末，按照表1所示的質(zhì)量比混合，充分混合攪拌6h以最大限度上改善粉末各自團(tuán)聚及混合不均的現(xiàn)象。

表1黏結(jié)性磁性磨料制備規(guī)格表

Tab.1Preparationspecification table foradhesive magneticabrasive

將一定質(zhì)量的環(huán)氧樹脂加入混合后的無機(jī)粉末中，2者質(zhì)量比為 1：（5～6） ，通過擠壓成型，得到直徑為2～3mm 、長(zhǎng)度為 8～10mm 的黏結(jié)性磁性磨料。該磨料于常溫下經(jīng)過 24h 固化后即可使用。實(shí)物如圖3所示。

圖3黏結(jié)性磁性磨料實(shí)物圖Fig.3 Adhesive magnetic abrasive physical drawing

黏結(jié)性磁性磨料總體制備工藝流程如圖4所示。

圖4黏結(jié)性磁性磨料制備流程圖Fig.4Preparationprocessdiagramofadhesivemagneticabrasive

將制備的磁性磨料標(biāo)記為A，驗(yàn)證其對(duì)工件的拋光效果，并與不銹鋼磁針的拋光性能進(jìn)行對(duì)比。

3黏結(jié)性磁性磨料運(yùn)動(dòng)及材料去除機(jī)理研究

3.1磁性磨料運(yùn)動(dòng)分析

本研究中制備的黏結(jié)性磁性磨料與不銹鋼磁針均為細(xì)長(zhǎng)型，因此2者在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)形式一致，接下來只對(duì)黏結(jié)性磁性磨料進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。由于多個(gè)磁性磨料的運(yùn)動(dòng)過于復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化分析過程，只針對(duì)單個(gè)磨料進(jìn)行分析。

黏結(jié)性磁性磨料進(jìn)入靜止的磁力拋光機(jī)后，被吸附在拋光筒底面，分散在各個(gè)磁極附近，進(jìn)而被磁化，相當(dāng)于小型條狀磁鐵，一端N極，另一端S極，最終沿磁感線分布。在電機(jī)啟動(dòng)后，磁極發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，磁性磨料的受力狀態(tài)隨之發(fā)生變化，合力方向持續(xù)變化，磁性磨料便沿著合力方向發(fā)生移動(dòng)，最終形成如圖5所示的跟隨磁極盤的公轉(zhuǎn)形式。

圖5磁性磨料公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圖

Fig.5Magneticabrasiverevolutionmotiondiagram

磁性磨料在跟隨磁極公轉(zhuǎn)時(shí)與磁極之間存在一定的速度差，這種速度差導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)滯后。此時(shí)磁性磨料與磁感線方向存在一定的夾角，磨料兩端仍受到磁場(chǎng)力的作用但是合力方向發(fā)生變化，與磁性磨料中心線不重合，從而在磁性磨料上產(chǎn)生了1個(gè)以磨料中心點(diǎn)為原點(diǎn)的力矩，帶動(dòng)磁性磨料繞自身中心旋轉(zhuǎn)，整個(gè)過程（圖6）被稱為磁性磨料的自轉(zhuǎn)。

磁性磨料在磁場(chǎng)作用下發(fā)生自轉(zhuǎn)以及公轉(zhuǎn)，在此過程中會(huì)與被加工工件以及拋光筒壁發(fā)生碰撞，從而出現(xiàn)磁性磨料被彈飛的情況，之后再次被磁場(chǎng)俘獲，繼續(xù)做自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直到下次碰撞后被再次彈飛。這種運(yùn)動(dòng)被稱為飛躍運(yùn)動(dòng)，如圖7所示，其豐富了磁性磨料的運(yùn)動(dòng)形式，有效提高了工件與磨料之間的接觸頻率和加工效率。

圖6磁性磨料自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圖

Fig.6Magneticabrasiverotationmotiondiagram

圖7磁性磨料飛躍運(yùn)動(dòng)圖Fig.7Magneticabrasiveleapmotiondiagram

3.2磁性磨料去除機(jī)理分析

不銹鋼磁針作為磁力拋光傳統(tǒng)磨料介質(zhì)，其在對(duì)工件進(jìn)行拋光時(shí)存在3種作用：沖擊、滑擦和滾翻作用。研究中將其標(biāo)記為B。

采用初始表面粗糙度 S_a 為 4nm 的光滑鏡面件作為樣件，保持其他條件一致，觀察加工 30s 后表面劃痕情況，實(shí)驗(yàn)加工參數(shù)如表2所示。

表2實(shí)驗(yàn)加工參數(shù)表

Tab.2Experimental processing parameter table

使用SEM觀察加工后的表面形貌。經(jīng)磁針拋光后樣件的形貌在 300× 和 1000× 下分別如圖8a、圖8b所示，可以看出工件表面出現(xiàn)橢圓狀小坑，符合磁針沖擊作用的特征。在拋光過程中，磁針和工件之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁針會(huì)在磁場(chǎng)的加速下撞擊工件表面并迅速離開，從而在工件表面上留下中間深、兩面淺的沖擊坑。

采用黏結(jié)性磁性磨料加工后的表面形貌如圖8c、圖8d所示。黏結(jié)性磁性磨料同樣會(huì)在磁場(chǎng)的加速下與工件發(fā)生撞擊，呈現(xiàn)出磨粒作用于工件表面的痕跡。

通過圖8所示的SEM圖可以看出，磁針與黏結(jié)性磁性磨料在微觀上對(duì)工件的作用效果存在顯著差異。其原因在于黏結(jié)性磁性磨料的基體具有一定彈性，在與工件接觸時(shí)，撞擊效果會(huì)減弱，并且在微觀上主要依靠其中的碳化硅磨粒實(shí)現(xiàn)拋光；而磁針主要是通過自身與工件之間的硬接觸碰撞實(shí)現(xiàn)材料去除。黏結(jié)性磁性磨料與工件的作用形式如圖9所示。磁性磨粒在加工過程中存在3個(gè)作用階段：第一階段為滑擦階段，該階段內(nèi)切削刃與工件表面剛接觸，工件僅發(fā)生彈性變形，磨粒的微刃不起切削作用，只是在工件表面滑擦；第二階段為耕犁階段，隨著摩擦逐漸加劇，越來越多的能量轉(zhuǎn)化為熱能，溫度升高到臨界點(diǎn)時(shí)，法向應(yīng)力超過了隨溫度上升而下降的材料屈服應(yīng)力，切削刃被壓入塑性基體中，塑性變形的金屬?gòu)亩荒チＭ葡騻?cè)方以及前方；第三階段為微切削階段，磨粒切削刃切入工件表面，此時(shí)工件表層材料沿剪切面滑移從而形成切屑脫離工件。一般情況下，上述3個(gè)階段依次進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)工件表面的材料去除。

為進(jìn)一步研究2種不同類型磨料介質(zhì)在工件表面留下的劃痕，利用Zygo光學(xué)輪廓儀對(duì)加工后的表面進(jìn)行掃描，在磨料介質(zhì)與工件作用的有效區(qū)域內(nèi)截取 100μm 工件表面長(zhǎng)度的線段，從寬度以及深度2個(gè)維度來探究2種磨料介質(zhì)作用形式的差異。圖10所示為磁針和黏結(jié)性磁性磨料在光滑樣件表面上形成的劃痕輪廓以及相應(yīng)曲線圖，可以看出在2個(gè)維度上，黏結(jié)性磁性磨料均比不銹鋼磁針產(chǎn)生的劃痕小，從而說明相對(duì)于磁針，磁性磨料的切削是一個(gè)材料去除較少的過程，在表面粗糙度上表現(xiàn)出更優(yōu)的性能。

4鋁合金磁力拋光實(shí)驗(yàn)

通過前文可以得出，磁力拋光機(jī)所用不銹鋼磁針和黏結(jié)性磁性磨料的作用機(jī)理不同，所以拋光效果也有所不同。本章節(jié)通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證2者在拋光性能上的差異。

4.1樣件制備

本實(shí)驗(yàn)的樣件為6061鋁合金塊，鏡面件的拋光在自動(dòng)研磨拋光機(jī)上進(jìn)行，以保證樣件的一致性，拋光后樣件表面粗糙度 S_a 為 4nm 。樣件實(shí)物以及表面形貌如圖11所示。

圖11樣件實(shí)物以及表面形貌"Fig.11Sample physical object and surface morphology

4.2磁針與黏結(jié)性磁性磨料拋光極限及表面形貌研究

基于上文得出的結(jié)論，可以預(yù)測(cè)黏結(jié)性磁性磨料拋光性能要優(yōu)于不銹鋼磁針，故下文設(shè)計(jì)1組單因素實(shí)驗(yàn)，以鏡面件為樣件探究上述規(guī)格磨料的拋光極限，從而驗(yàn)證上文的觀點(diǎn)。采用鏡面樣件可以排除初始紋理所帶來的影響，更能反映出磨料在一定工藝參數(shù)下其本身的加工性能。

此次實(shí)驗(yàn)加工參數(shù)如表3所示，依舊采用上文中制備的A、B標(biāo)號(hào)的磨料，樣件采用上文提到的鏡面件，在其他條件一致的情況下觀察被加工件表面粗糙度隨時(shí)間的變化。

表3時(shí)間單因素實(shí)驗(yàn)加工參數(shù)

Tab.3Time single factor experimental processing parametel

將拋光后的樣件放置于Zygo光學(xué)輪廓儀平臺(tái)上測(cè)量其表面粗糙度。為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每個(gè)樣件選擇3個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，取測(cè)量結(jié)果平均值并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差。后續(xù)實(shí)驗(yàn)均采用此種測(cè)量方式。

2種磨料的單因素拋光實(shí)驗(yàn)表面粗糙度結(jié)果如圖12所示。從圖12中可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，2種磨料加工樣件的表面粗糙度均逐漸上升。在磁針拋光的表面粗糙度隨時(shí)間變化的曲線中可以看出，拋光5min 后樣件表面粗糙度 S_a 迅速惡化，由 4～5nm 迅速上升至 0.919μm ；在拋光 10min 后增長(zhǎng)至 1.194μm ；拋光 15min 后上升至 1.337μm ；在20及 25min 后，樣件S_a 依次為1.375和 1.409μm ；拋光 30min 后，相比 25min 僅上升 0.009μm S_a 曲線趨于平穩(wěn)，最終達(dá)到此類磨料的拋光極限。在黏結(jié)性磁性磨料拋光隨時(shí)間變化的曲線中，可以看出和磁針相似的規(guī)律：前 10min 樣件表面粗糙度 S_a 上升明顯，從 4～5nm 上升至 0.193μm ；拋光15、20及 25min 后，依次上升至 0.240， 0.267 及 0.300μm 此段時(shí)間升幅已經(jīng)減緩；拋光 30min 后，相比 25min 僅上升 0.018μm ，最終達(dá)到其拋光極限。

在超景深200倍放大倍數(shù)下觀察樣件的形貌變化，圖13為磁針拋光拋光樣件微觀形貌隨時(shí)間的變化。相較于圖11的樣件初始形貌，拋光 5min 后，樣件上出現(xiàn)上文所描述的橢圓狀凹坑，但分布并不均勻，仍存在少量平整面（圖13a）；圖13b為拋光 10min 后的形貌，可以看出磁針撞擊坑密度增大，但是每個(gè)撞擊坑的形狀仍較為清晰；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，拋光 25min 后樣件表面已經(jīng)看不出磁針撞擊產(chǎn)生的獨(dú)特紋理；拋光 30min 后，樣件紋理較 25min 變化不大，整體紋理趨于平衡，達(dá)到拋光極限。

圖14所示為黏結(jié)性磁性磨料拋光樣件微觀形貌隨時(shí)間的變化。上文已指出黏結(jié)性磁性磨料的運(yùn)動(dòng)形式與磁針相似，但在微觀層面前者是通過磨粒來實(shí)現(xiàn)材料去除，因此在圖14a中可以看到一些隨機(jī)分布的磨粒作用紋理；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，這種紋理布滿整個(gè)表面。拋光 20min 后樣件表面上的紋理越來越深，但隨后的2組間隔 5min 的拋光在工件上造成的痕跡與20min 時(shí)沒有質(zhì)的變化。從紋理上判斷，表面既沒有惡化也沒有改善，此時(shí)該樣件已達(dá)到一種平衡，紋理趨于穩(wěn)定。

圖122種磨料的單因素拋光實(shí)驗(yàn)表面粗糙度 Fig.12Surface roughness of single factor polishing experimen for2 types of abrasives

5結(jié)論

提出了一種通過黏結(jié)法制備適配磁力拋光機(jī)的磁性磨料的方法，利用偶聯(lián)劑對(duì)無機(jī)粉末進(jìn)行改性，以解決黏結(jié)性磁性磨料磨粒易脫落、結(jié)合力低等問題，從而提高結(jié)合強(qiáng)度。探索磁針和黏結(jié)性磁性磨料的材料去除機(jī)理，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了2者在拋光性能上的差異。

細(xì)長(zhǎng)型黏結(jié)性磁性磨料與不銹鋼磁針的加工機(jī)理

圖13磁針加工樣件隨時(shí)間變化的表面微觀形貌圖

Fig.13Surface microstructure of magnetic needle processing samples over time

圖14黏結(jié)性磁性磨料加工樣件隨時(shí)間變化的表面微觀形貌圖

Fig.14 Surface microstructure of adhesive magnetic abrasive processed samples over time

不同。對(duì)鏡面鋁合金樣件拋光時(shí)，黏結(jié)性磁性磨料通過磨粒與工件表面發(fā)生微切削作用，磁針則是通過整體撞擊實(shí)現(xiàn)材料的去除。黏結(jié)性磁性磨料在工件表面產(chǎn)生的劃痕在寬度以及深度2個(gè)維度上均遠(yuǎn)小于磁針的撞擊坑。

細(xì)長(zhǎng)型黏結(jié)性磁性磨料的拋光性能優(yōu)于不銹鋼磁針。在相同條件下，對(duì)上述2種磨料介質(zhì)以 5min 為間隔觀察表面粗糙度以及表面形貌變化。磁針在 30min 后達(dá)到拋光極限 1.418μm ，本文制備的黏結(jié)性磁性磨料同樣在 30min 后達(dá)到拋光極限，其表面粗糙度 S_a 為0.318μm 。

綜上所述，本研究制備的細(xì)長(zhǎng)型黏結(jié)性磁性磨料，可以代替不銹鋼磁針作為軟性金屬材料的磁力拋光介質(zhì)，具備更好的拋光效果。

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作者簡(jiǎn)介

通信作者：王宣平，男，1979年生，副教授、博士生導(dǎo)師。主要研究方向：精密拋光技術(shù)、高能束射流冷態(tài)加工理論與技術(shù)、高端裝備制造力學(xué)與仿真分析等。

E-mail：xpwang@dlut.edu.cn

（編輯：趙興昊）

Research on preparation of adhesive magnetic polishing abrasives and polishing performance

WANG Xuanping， GUO Yiao， PENG Can， YU Yang（National Key Laboratory of High Performance Precision Manufacturing，Dalian UniversityofTechnology，Dalian，116024，Liaoning，China）

Abstract Objectives： With the increasing demand for parts with complex shapes and fine structures in high-end equipment， he requirements for finishing precision and surface quality are becoming more stringent. Magnetic polishingtechnology relies onmagnetic fields to drive magnetic abrasives to moverelative totheparts，alowing for simultaneous polishing of multiplecomplex parts.Itisan effctive method forachieving high-qualityandeficient finishing of parts with complex shapes and fine structures.Magnetic abrasives serve as the \"cuting tols\" inmagnetic polishing，and their preparation is akey technology in this process.Magnetic abrasives prepared bysintering，bonding，and atomization methods possess good polishing effects，however，they need becrushed into powdery particles for use，which causes inconvenience in magnetic polishing.Research on the preparationof magnetic abrasives is therefore indispensable to meet the demands ofhigh-performance polishing.Methods： To enhance the performance of magnetic polishing， aslenderbonded magneticabrasive is designed，wherecarbonylionpowdersareadoptedasthemagnetic phaseand silicon carbide are adopted as the abrasive phase.The two-phase materials are bonded with resin chemicals，and bonding strength is enhanced through chemical modification using a coupling agent. The movement pattrns and material removal mechanisms of the prepared magnetic abrasivesareanalyzed to explore their diferences from conventional stainlesssteel magnetic needles.The differences in scratch behavior atthe micro level are experimentall studied using aluminumalloysamples，andthe impact on polishing quality is studied.Preparation of magnetic polishing abrasives： First，carbonylor silicon carbide powders are separatelyadded into a 0.1g/mL dilute NaOH solution in a beaker， fully submerged，andstiredatconstant temperature，thenwashedwithanhydrous ethanoluntil neutral and dried.Second，the treated carbonyl iron powders orsilicon carbide powders are placed in a beaker，a silane coupling agent KH-56O is added，andthe mixture is processed ina water bath toobtain dried powders.Third，theabove-modifiedcarbonyliron powdersand silicon carbide powders are weighed and mixed in a predetermined massratio，and stirred for6 hours to solve the problem ofuneven powder agglomeration.Finaly，a predeterminedratioof epoxyresin is added to the mixed inorganic powders，and slendermagnetic abrasives with a diameterof 2?3mm and a length of 6-8mm are obtained through extrusion molding， followed by a 24h curing treatment at room temperature. Results： A study is conducted on the material removal efect of magnetic abrasives.The polishing efects of workpiece surfaces using magnetic needles andmagnetic abrasives are compared.The elasticityof the bonded magnetic abrasives is significantlyhigher than that of magnetic needles，resulting ina weaker impact on workpieces， with polishing mainly achieved bythe embedded silicon carbide abrasives.To facilitate observation of scratches in magnetic polishing，6061 aluminum aloy workpieces with an initial surface roughness of S_a 4 nm are adopted for magnetic polishing experiments，for exploration of differences in polishing between magnetic needles and elastic magnetic abrasives.With magnetic needles，the surface texture caused bythe superposition of pits formed by needle impact tends to stablilize after 30min of polishing，achieving a surface roughness of S_a （204號(hào) 1.418μm .With magnetic abrasives，the surface texture caused by abrasive scratches tends to stabilize after 20min of polishing，achieving a surface roughness of S_a 0.318μm .Conclusions： A preparation method is proposedfor the fabrication ofslender，elastic magnetic abrasives.Material removal mechanisms and surface morphology formation are analyzed，and experiments on 6O61 aluminum aloy workpieces arecarried out to compare conventional magnetic needles withthe slender magnetic abrasives. The results show that elastic magnetic abrasives possess higher polishing efficiency and achieve better polishing effects than magnetic needles for metal materials such as 606l aluminum alloy.

Key wordsmagnetic abrasive; bonding method; coupling agent; magnetic polishing