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磁性材料的金刚石磨削加工

1.概述

磁性材料又称铁氧体,因其主要成分为三氧化二铁故得此名。早期文献也有叫铁淦氧、铁素体的。磁性材料的制作方法类似于粉末冶金制品。它是通过将各种粉剂(按配方)混合后经模压、烧结而成。成品的制作只能通过磨削加工和切割等工序完成。

磁性材料硬度高、性脆、忌温度骤变,机械加工存在一定难度。随着磁性材料在国民经济不少领域获得应用,对其品质、加工精度、电磁性能等提出了越来越高的要求。因而对其配方、制造工艺、加工技术也相应地提出更高的要求。用金刚石磨削磁性材料正是为满足这些要求及经济效果而提出来的。

众所周知,磁性材料基本可区分为三大类:第一类是用于仪表零件的磁钢,它是用铸造的方法制造的,主要成分是铝、镍、钴等,这种磁钢由于硬、脆及晶粒粗大,尺寸余量大且形状不规则,用金刚石(或CBN)磨削效果不佳,因此本文不作介绍。第二类称作硬磁铁氧体,它是用压制烧结后经机械加工再充磁的方法制造的,因此又称永磁铁氧体。扬声器的喇叭磁钢、磁马达用的磁瓦等均属此硬磁。第三类为软磁铁氧体,只有在通电状况下它才显示出磁性,其制作方法同硬磁铁氧体只是材质及配比有区别。该类磁材主要用作录音、录像、电子计算机等电子产品的磁头及其它的磁性记忆元件等,在工业中用途极为广泛!品种规格也极繁多。

我国近二十年来磁性材料工业发展极为迅速,这一方面得益于家电及计算机通讯业的高速发展,另一方面由于磁性材料行业磨削等保障,再有就是能耗大、劳动密集及污染使发达国家的磁性材料逐渐由本国生产转向进口"。

我国用金刚石磨具加工磁性材料起步于20世纪60年代末,真正形成大批量加工已到了上世纪八九十年代。

2.硬磁铁氧体的磨削

2.1剌叭磁钢的磨削

扬声器的重要元件之一是一块永磁铁氧体,俗称喇叭磁钢。为保护扬声器发出的声音质量,喇叭磁钢的磁性能及磨加工质量至关重要,尤其是磁钢两平面的平面度、平行度、粗糙度等都是声音保真的重要技术指标,而这些指标都与两平面的磨削质量直接相关连。

2.1.1传统的磨削方法及存在的不足之处

喇叭磁钢传统的磨加工方法是用普通磨具(刚玉或碳化硅)在车磨床上加工,先磨一个平面,再重新装夹磨另一平面。磨削时为防工件炸裂需用大量冷却水,工人几乎是“泡”在水里工作。另一种加工方法是用立式磨床磨削,一次可同磨若干个工件的一个平面,然后翻转工件再磨削工件的另一平面。所用磨具多为碳化硅砂瓦或筒型砂轮

传统加工方法的不足之处主要表现在加工效率低,产品质量差,劳动强度大及环境受一定污染等方面,由于磨屑中含大量磨料而无法回收再利用。因为上述原因使磨削成本增高。

2.1.2用金刚石磨具加工喇叭磁钢

根据用户要求,最早开发的是用于立磨上的金刚石砂瓦,使用效果为5:生产效率比普通磨具提高2~3倍,产品合格率提高约3%。

针对金刚石砂瓦加工中存在着磨具平衡难度大及对工件有冲击(间断磨削所致)等缺点,又开发了专用于立式磨床的金刚石筒形砂轮,进一步提高了磨削效率及产品合格率,减轻了工人装卡和调整磨具的工作量。

2.1.3用金刚石磨盘同磨磁钢两平面

用金刚石磨盘在M7675A双端面磨床上磨削磁钢的磨具、磨削工艺及设备的改进。 M7675A磨床是用碳化硅砂轮加工活塞环、轴承套等的专用机床及磨具,当用作磁钢磨削时,砂轮则很快磨钝而失去磨削能力。根据国外经验,用金刚石磨具加工喇叭磁钢效果极佳,因此,研制用于喇叭磁钢加工的金刚石磨具成了问题的关键之一。

2.1.3.1金刚石磨盘的结构

国外双端面磨削喇叭磁钢用的金刚石磨盘有两种类别,一是磨削工作面为整体结构,磨削面上也有开径向槽的,槽深过金刚石层,宽不大于3mm。二是磨削工作面呈同心圆多环结构,视直径不同,一般有20~50个磨削环,环宽一般为3mm,环距环距≤3mm。基体多为50mm厚的铝合金(如直径大时,厚度有的达80~100mm),在基体上预制出环形沟槽,把经压制烧结后的金刚石节块用有机胶粘剂粘于环形槽内,节块长度在20~40m左右。

研究认为金刚石磨盘的结构合理与否,应视磨盘是否始终处于良好的工作状态,调试安装是否方便快速,磨削环是否镶嵌牢固并能耐适当的冲击,制造工艺是否简便易行,(包括模具、基体、成型压制、烧结及加工)。

2.1.3.2双端面磨削的成效

与原车磨床手工加工相比,生产效率提高6倍以上,光洁度提高1个大级,平行差提高一个数量级,以 年产一千万件标准喇叭磁钢测算,可提高经济效益二十多万元,而工人劳动强度的降低,工况的改善及环境污染的减少则是无法用金钱加以衡量的。

2.1.3.3改进和发展

随着国内磁性材料行业的高速发展,为适应不同品种规格硬磁磁钢加工的需要,不少机床企业相继开发了不同规格型号的双端面磨床,也有磁材企业从不同国别或公司引进不同类型的双端面磨床,提出了相应配套的不同类别规格的金刚石磨盘,经十多年的努力,双端面磨削喇叭磁钢用金刚石磨盘已形成直径300mm(单磨削环及16环)、510mm(7环)、570mm(7环)、610mm(8环)、750mm(10环和8环)等规格及仿国外金刚石磨盘产品(多达50环的节块式镶嵌结构)

此外,还对磨盘配方制作工艺等作了多项改进,使磨盘在磨削过程中的磨损更趋均匀,从而减少了停机修整时间,提高了磨盘的使用寿命,使磨盘的总磨削工件的数量由每对450万件标准工件提高到千万件以上(专指直径750mm磨盘)

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