玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置及研磨工艺的制作方法
【专利摘要】本发明属于石材加工【技术领域】，尤其是涉及一种玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置及研磨工艺。其研磨装置包括数控辅助机架，设在此辅助机架上的超声波发生机构和磁力研磨机构，超声波发生机构包括超声波发生器，压电换能器，变幅杆，弹性筒夹，压电换能器外侧设有集电环，压电换能器与数控辅助机架上的驱动主轴相连接，磁力研磨机构包括永久磁铁和填磁性磨料。本发明利用超声波振动对玉石表面形成一个脉冲压力，磁性磨料在磁力和脉冲压力的复合作用下，可有效的提高对玉石凹凸表面的加工效率和加工质量，实现对玉石浮雕工艺品的机械抛光，弥补手工抛光的缺陷。
【专利说明】玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置及研磨工艺【技术领域】
[0001]本发明属于石材加工【技术领域】，尤其是涉及一种玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置及研磨工艺。
【背景技术】
[0002]对于手工或机械加工完成的玉石工艺品来说抛光是加工工艺最后一道工序，也是玉石工艺品加工最重要的一道工序。而现在的玉石浮雕工艺品抛光并没有专门的抛光设备，对于玉石浮雕工艺品表面的凹凸不平处多采用人工抛光，其抛光工艺繁琐，劳动强度大，工作环境恶劣。同时手工抛光后表面质量不均勻，加工效率低。磁力研磨加工属于一种新型研磨方法，与传统的研磨方法不同的是磁力研磨采用的研磨工具是松散的磁性磨料，磁性磨料具有很大的灵活性，可以随着工件表面形状的变化而变化，能够适应各种不同表面。经大量实验，已应用于平面、球面、内圆、内壁等的研磨加工，其缺点是对于非磁性材料(陶瓷、塑料、玉石等)的加工效率比较低。超声加工是利用超声振动的方法，可使刀具以每秒高达16000赫兹的频率振动，加工效率比较高，其缺点是超声加工仅适用于凹槽类工件，对于表面形状复杂的工件依然无法满足其研磨加工要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种专门针对玉石浮雕等非磁性材料表面抛光的玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置及研磨工艺。本装置及工艺将磁力研磨方法和超声波技术相结合，使磁性磨料在磁力和脉冲压力的复合作用下对玉石凹凸表面进行抛光加工，其加工效率更高、加工质量更好，实现了对玉石浮雕工艺品的机械抛光，弥补了手工抛光的缺陷。
[0004]本发明的目的是通过下述技术方案来实现的:
本发明的玉石浮雕工艺品的超声波`磁力复合研磨装置，其特征在于包括数控辅助机架，设在此辅助机架上的超声波发生机构和磁力研磨机构，
所述的数控辅助机架包括固定工件工作台，驱动主轴，
所述的超声波发生机构包括超声波发生器，与此超声波发生器相连接的压电换能器，与此压电换能器相连接的变幅杆，与此变幅杆相连接的弹性筒夹，所述的压电换能器外侧设有集电环，所述的压电换能器与所述的驱动主轴相连接，
所述的磁力研磨机构包括夹持在所述弹性筒夹内的永久磁铁，填充在此永久磁铁和待加工件之间的磁性磨料。
[0005]所述的固定工件工作台为导磁材料。
[0006]利用玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置的研磨工艺，其特征在于，其研磨工艺如下:
①清洗:首先采用超声波清洗机添加少量清洗剂清洗玉石浮雕工艺品表面，去除玉石浮雕工艺品表面污溃，并晾干； ②装卡:将待加工的玉石浮雕工艺品装卡在超声波磁力复合研磨装置的数控辅助装置的固定工件工作台上，固定工件工作台为导磁材料，经磁化后可与永久磁铁形成闭合磁回路；
③参数设定:启动超声波发生器，设定超声波发生频率为15?20KHz，振幅为10?20 μ m ；
④粗抛:粗抛时将平均粒径为200?350μπι烧结磁性磨料与水基研磨液以体积比为1:2的比例混合，填充在加工间隙内，此时驱动主轴转速为1500?2000r/min，加工时间约20 ?30min ；
⑤精抛:精抛时将平均粒径为100?200μ m烧结磁性磨料与水基研磨液以体积比为1:2的比例混合，填充在加工间隙内，驱动主轴转速2000?2500r/min，加工时间约20?30min ；
⑥超精细抛将平均粒径为10?30μ m金刚石研磨膏与平均粒径为100?200 μ m铁粉、水基研磨液以体积比为1:4:8混合，填充在加工间隙内，驱动主轴转速为2500?3000r/min,加工时间约为30?40min ；
⑦再清洗:将超精细抛光后的玉石浮雕工艺品取下放入超声波清洗机中进行清洗，然后晾干即可。
[0007]所述磁性磨料，是由磁粒相铁粒子和磨粒相氧化铝颗粒经过压块、烧结、破碎和筛分工艺方法制备，其粒径范围在46.15 μ m?375 μ m。
[0008]本发明的优点:
(1)由于玉石属于非磁性材料，在磁加工区域产生的磁力相对较小，若单纯米用磁力研磨技术对玉石浮雕表面抛光，其加工效率低，表面加工质量不理想，难以达到加工要求。本发明设计了一种将超声波加工技术和磁力研磨技术相结合的超声波磁力复合研磨装置，利用超声波振动对玉石表面形成一个脉冲压力，磁性磨料在磁力和脉冲压力的复合作用下，可有效的提高对玉石凹凸表面的加工效率和加工质量，实现对玉石浮雕工艺品的机械抛光，弥补手工抛光的缺陷；
(2)本发明针对玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置提供了相应的研磨工艺方法，实现对玉石浮雕工艺品表面的粗抛、精抛、超精细抛、清洗的全部过程。磁性磨料在磁力以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打玉石表面，即使微小的凸凹表面，也能实现满足其加工要求的表面抛光，其表面抛光质量更均匀，弥补了手工抛光的缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明超声波磁力复合研磨装置的结构示意图。
[0010]图2为本发明对玉石板采用超声波磁力复合抛光的前后显微对比图。
[0011]图3为本发明对玉石板采用超声波磁力研磨复合抛光与手工抛光的对比图。
[0012]图4为本发明对玉石板抛光前后表面粗糙度值对比图。
[0013]图5为本发明对佛像玉石雕刻工艺品抛光前后表面粗糙度值对比图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图进一步说明本发明的【具体实施方式】。[0015]如图1所示，本发明的玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置，其特征在于包括数控辅助机架，设在此辅助机架上的超声波发生机构和磁力研磨机构，
所述的数控辅助机架包括固定工件工作台10，驱动主轴1，
所述的超声波发生机构包括超声波发生器7，与此超声波发生器7相连接的压电换能器2，与此压电换能器2相连接的变幅杆4，与此变幅杆4相连接的弹性筒夹5，所述的压电换能器2外侧设有集电环3，所述的压电换能器2与所述的驱动主轴I相连接，
所述的磁力研磨机构包括夹持在所述弹性筒夹5内的永久磁铁6,填充在此永久磁铁6和待加工件9之间的磁性磨料8。
[0016]所述的固定工件工作台10为导磁材料，可以选用例如铸铁材料的工作台，导磁性工作台经磁化后可与永久磁铁6形成闭合磁回路。
[0017]本装置的超声波发生机构与磁力研磨机构的永久磁铁6通过弹性筒夹5连接在一起，超声波发生机构的压电换能器2与驱动主轴I相连接，由驱动主轴I带动，带动变幅杆4和永久磁铁6以与驱动主轴I相同的转速旋转，同时超声波发生器7不断提供超声波脉冲，使永久磁铁6和导磁性固定工件工作台10之间形成磁场强度和磁力线分布不断变化的磁场，带动磁场间磁性磨料8的翻滚、打击玉石表面，实现玉石表面的抛光处理，即使是微小的凸凹表面，也能实现满足其加工要求的表面抛光，其表面抛光质量更均匀。本装置将超声波加工技术和磁力研磨技术相结合，利用超声波振动对玉石表面形成一个脉冲压力，磁性磨料8在磁力和脉冲压力的复合作用下，可有效的提高对玉石凹凸表面的加工效率和加工质量，实现对玉石浮雕工艺品的机械抛光，弥补手工抛光的缺陷。采用本超声波磁力复合研磨加工后的玉石浮雕工艺品，其表面的粗糙度值可达到Ra0.1ym左右，浮雕表面光亮度明显提高；同时提高了玉石工艺品的抛光效率，降低了生产成本。
[0018]利用玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置的研磨工艺，其特征在于，其研磨工艺如下:
实施例一:对100X50X10 mm玉石板的表面抛光。
[0019]辅助材料:烧结磁性磨料、水基研磨液、金刚石研磨膏、铁粉、清洗剂。
[0020]①清洗:首先采用超声波清洗机添加少量清洗剂清洗玉石板表面，去除玉石浮雕工艺品表面污溃，并晚干；
②装卡:将待加工的玉石板装卡在超声波磁力复合研磨装置的数控辅助装置的固定工件工作台10上，固定工件工作台10为导磁材料，经磁化后可与永久磁铁6形成闭合磁回路；
③参数设定:启动超声波发生器7，设定超声波发生频率为15?20KHz，振幅为10?20 μ m ；
④粗抛:将粒径为250?350μ m烧结磁性磨料与水基研磨液以体积比为1:2的比例混合，填充在如图1所示研磨装置的加工间隙内，永久磁铁6吸附磁性磨料8随着驱动主轴I以1500?2000r/min转速旋转，磁性磨料8在旋转运动以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打玉石表面，包括微小的凸凹表面，对玉石板进行粗抛，加工时间10?15min ；
⑤精抛:更换粒径为100?200μ m烧结磁性磨料，将其与水基研磨液以体积比为1:2的比例混合，填充在如图1所示研磨装置的加工间隙内，永久磁铁6吸附磁性磨料8随着驱动主轴I以2000?2500r/min转速旋转，磁性磨料8在旋转运动以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打玉石表面，包括微小的凸凹表面，对玉石板进行精抛，加工时间10 ?15min ；
⑥超精细抛:更换粒径为20?30μ m金刚石研磨膏与平均粒径为150?200 μ m铁粉混合磨料，将其与水基研磨液以体积比为1:4:8混合，填充在如图1所示研磨装置的加工间隙内，永久磁铁6吸附磁性磨料8随着驱动主轴I以2500?3000r/min转速旋转,磁性磨料8在旋转运动以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打玉石表面，包括微小的凸凹表面，对玉石板进行超精细抛光，加工时间20?30min ；
⑦再清洗:将超精细抛光后的玉石板取下放入超声波清洗机中进行清洗，然后晾干即可。
[0021]经检测，玉石板抛光前粗糙度为Ra3.28 μ m，经此工艺研磨抛光后，粗糙度可达Ra0.1lym0图4显示了本发明对玉石板抛光前后表面粗糙度值对比图。
[0022]图2显示了本发明对玉石板采用超声波磁力复合抛光的前后显微对比图，可以看至IJ，抛光效果十分明显。图3显示了对玉石板采用超声波磁力研磨复合抛光与手工抛光的对比图，利用超声波磁力复合抛光其表面抛光质量更均匀，弥补了手工抛光的缺陷，且省时省力。
[0023]实施例二:对佛像玉石雕刻工艺品的表面抛光。
[0024]辅助材料:烧结磁性磨料、水基研磨液、金刚石研磨膏、铁粉、清洗剂。
[0025]①清洗:首先采用超声波清洗机添加少量清洗剂清洗佛像玉石雕刻工艺品表面，去除佛像玉石雕刻工艺品表面污溃，并晾干；
②装卡:将待加工的佛像玉石雕刻工艺品装卡在超声波磁力复合研磨装置的数控辅助装置的固定工件工作台10上，固定工件工作台10为导磁材料，经磁化后可与永久磁铁6形成闭合磁回路；
③参数设定:启动超声波发生器7，设定超声波发生频率为15?20KHz，振幅为10?20 μ m ；
④粗抛:将粒径为200?250μ m烧结磁性磨料与水基研磨液以体积比为1:2的比例混合，填充在如图1所示研磨装置的加工间隙内，永久磁铁6吸附磁性磨料8随着驱动主轴I以1500?2000r/min转速旋转,磁性磨料8在旋转运动以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打佛像各个部位，加工时间20?30min ；
⑤精抛:更换粒径为100?200μ m烧结磁性磨料，将其与水基研磨液以体积比为1:2的比例混合，填充在如图1所示研磨装置的加工间隙内，永久磁铁6吸附磁性磨料8随着驱动主轴I以2000?2500r/min转速旋转，磁性磨料8在旋转运动以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打佛像各个部位，加工时间20?30min ；
⑥超精细抛:更换平均粒径为10?20μ m金刚石研磨膏与平均粒径为100?150 μ m铁粉混合磨料，将其与水基研磨液以体积比为1:4:8混合，填充在如图1所示研磨装置的加工间隙内，永久磁铁6吸附磁性磨料8随着驱动主轴I以2500?3000r/min转速旋转,磁性磨料8在旋转运动以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打佛像各个部位，加工时间30?40min ；
⑦再清洗:将超精细抛光后的佛像玉石雕刻工艺品取下放入超声波清洗机中进行清洗，然后晾干即可。
[0026]经检测，佛像玉石雕刻工艺抛光前粗糙度为Ra2.17 μ m,经此工艺研磨抛光后，粗糙度可达Ra0.16 μ m。图5显示了本发明对佛像玉石雕刻工艺品抛光前后表面粗糙度值对比图。
[0027]所述磁性磨料8，是由磁粒相铁粒子和磨粒相氧化铝颗粒经过压块、烧结、破碎和筛分工艺方法制备，其粒径范围在46.15 μ m?375 μ m。
[0028]本发明针对玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置提供的相应的研磨工艺方法，实现了对玉石浮雕工艺品表面的粗抛、精抛、超精细抛、清洗的全部过程。磁性磨料8在磁力以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打玉石表面，即使微小的凸凹表面，也能实现满足其加工要求的表面抛光，其表面抛光质量更均匀，弥补了手工抛光的缺陷。
【权利要求】
1.一种玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置，其特征在于包括数控辅助机架，设在此辅助机架上的超声波发生机构和磁力研磨机构， 所述的数控辅助机架包括固定工件工作台，驱动主轴， 所述的超声波发生机构包括超声波发生器，与此超声波发生器相连接的压电换能器，与此压电换能器相连接的变幅杆，与此变幅杆相连接的弹性筒夹，所述的压电换能器外侧设有集电环，所述的压电换能器与所述的驱动主轴相连接， 所述的磁力研磨机构包括夹持在所述弹性筒夹内的永久磁铁，填充在此永久磁铁和待加工件之间的磁性磨料。
2.根据权利要求1所述的玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置，其特征在于所述的固定工件工作台为导磁材料。
3.一种利用玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置的研磨工艺，其特征在于，其研磨工艺如下: ①清洗:首先采用超声波清洗机添加少量清洗剂清洗玉石浮雕工艺品表面，去除玉石浮雕工艺品表面污溃，并晾干； ②装卡:将待加工的玉石浮雕工艺品装卡在超声波磁力复合研磨装置的数控辅助装置的固定工件工作台上，固定工件工作台为导磁材料，经磁化后可与永久磁铁形成闭合磁回路； ③参数设定:启动超声波发生器，设定超声波发生频率为15?20KHz，振幅为10?20 μ m ； ④粗抛:粗抛时将平均粒径为200?350μπι烧结磁性磨料与水基研磨液以体积比为1:2的比例混合，填充在加工间隙内，此时驱动主轴转速为1500?2000r/min，加工时间约20 ?30min ； ⑤精抛:精抛时将平均粒径为100?200μ m烧结磁性磨料与水基研磨液以体积比为1:2的比例混合，填充在加工间隙内，驱动主轴转速2000?2500r/min，加工时间约20?30min ； ⑥超精细抛将平均粒径为10?30μ m金刚石研磨膏与平均粒径为100?200 μ m铁粉、水基研磨液以体积比为1:4:8混合，填充在加工间隙内，驱动主轴转速为2500?3000r/min,加工时间约为30?40min ； ⑦再清洗:将超精细抛光后的玉石浮雕工艺品取下放入超声波清洗机中进行清洗，然后晾干即可。
4.根据权利要求3所述的利用玉石浮雕工艺品的超声波磁力复合研磨装置的研磨工艺，其特征在于所述磁性磨料，是由磁粒相铁粒子和磨粒相氧化铝颗粒经过压块、烧结、破碎和筛分工艺方法制备，其粒径范围在46.15 μ m?375 μ m。
【文档编号】B24B1/04GK103447892SQ201310417020
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】陈燕, 王显康, 周锟, 牛凤丽, 李宗泽 申请人:辽宁科技大学