一种粘弹性磁性磨具及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明一种粘弹性磁性磨具及其制备方法，属于机械零件精密表面光整加工技术领域，具体涉及到一种粘弹性磁性磨具的材料制备及其制备方法，是一种能很好地自适应工件表面形状的新型磨具，可以方便的实现复杂回转体内外表面、曲面、盲孔、窄槽、弯管、异形孔等表面的光整加工和去毛刺。
【背景技术】
[0002]零件的表面质量对零件的耐磨、耐腐蚀、抗疲劳等性能影响很大，与产品的整机性能和寿命也有密切的关系；伴随材料的发展和设计水平的提高，各种新材料，极端尺寸、异形表面的复杂精密零部件大量涌现，其结构形状越来越复杂，对精度和表面完整性提出了越来越高的要求。因此对机械零件表面进行光整加工成为机械产品制造必不可少的一道工序。
[0003]目前以固结磨料和游离磨料光整加工为主的表面光整加工技术在制造业中已经得到了广泛的应用，特别是研磨、珩磨、挤压珩磨(磨料流加工)、化学抛光、电化学抛光、电化学机械复合光整加工、超声波光整加工、表面滚磨光整加工等已逐步进入许多现代制造业的工艺过程，大大提高了零部件的表面质量。但是，每一种光整方法都有其局限性，尤其是在加工异形表面、自由曲面及型腔表面时有一定的难度，甚至无法加工，现有专利“磁性研磨磨具及其制备”提供了一种磁性磨具及其制备方法，该磨具是一种由磨料粉、铁磁性材料和结合剂组成的微小颗粒，具有加工柔性好，自适性强等优点，但是在加工窄槽、复杂型腔等不规则表面时，很难与被加工表面充分接触，加工效果差；同时该磨料易于飞散，利用率和重复利用率较低，成本高。现有专利“液体磁性磨具及其制备”提供了一种适用于复杂回转曲面光整加工的新型磨具，但是该磨具的加工稳定性有待改善，使用成本高。
【发明内容】
[0004]本发明一种粘弹性磁性磨具及其制备方法，目的在于为解决上述现有技术中复杂回转体内外表面、曲面、盲孔、窄槽、弯管、异形孔等表面的光整加工和去毛刺所存在的加工稳定性差，使用成本高的问题，提供一种制备简单、可重复使用且加工效果好，具有粘弹性、磁性和流动性特点的粘弹性磁性磨具及其制备方法。
[0005]本发明一种粘弹性磁性磨具，其特征在于该磨具是由基体、铁磁性材料、磨料和表面改性剂所组成的团状复合磁性研磨材料，呈半固体状，具有粘弹性、磁性和流动性，其组分为:基体的质量百分比为35%?55%，铁磁性材料的质量百分比为30%?40%，磨料的质量百分比为10%?20%，表面改性剂的质量百分比为4%?10%。
[0006]上述一种粘弹性磁性磨具，其特征在于所述的基体为一种由聚乙烯醇、硼酸、羟苯甲酸丙脂、瓜尔胶和甘油组成的具有粘弹性的团状物，其组分为:聚乙烯醇的质量百分比为40%?60%，硼酸的质量百分比为3%?8%，羟苯甲酸丙脂的质量百分比为5%?15%，瓜尔胶的质量百分比为6%?15%，甘油的质量百分比为3%?13%。
[0007]上述一种粘弹性磁性磨具，其特征在于所述的铁磁性材料为具有导磁性的粉状颗粒，粒度范围为60目?300目。
[0008]上述一种粘弹性磁性磨具，其特征在于所述的磨料为具有磨削性能的碳化娃、刚玉或金刚石粉状颗粒，粒度范围为60目?280目。
[0009]上述一种粘弹性磁性磨具，其特征在于所述的表面改性剂由硅烷偶联剂、液压油、油酸、硅油和增塑剂组成，其组分为:硅烷偶联剂的质量百分比为0.35%?0.6%、液压油的质量百分比为1%?5%、油酸的质量百分比为1%?2%、硅油的质量百分比为1%?3%、增塑剂的质量百分比为0.5%?2%。
[0010]上述一种粘弹性磁性磨具的制备方法，其特征在于制备方法分为两大步来进行:
[0011]第一步:上述基体的制备
[0012]用电子天平称取质量百分比为40%?60%的聚乙烯醇，用烧杯按照水与聚乙烯醇的质量比为20:1量取水，并放在加热炉上对其进行加热至70°C?90°C，然后保温；将聚乙烯醇投入烧杯中，并不断搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解，形成聚乙烯醇水溶液；用电子天平称取质量百分比为3%?8%的硼酸，将其放入聚乙烯醇水溶液中，并不断搅拌，直至形成透明的粘弹性凝胶；用电子天平称取质量百分比为5%?15%的羟苯甲酸丙脂和质量百分比为3%?13%的甘油，将羟苯甲酸丙脂放入甘油中溶解成混合物；用电子天平称取质量百分比为6%?15%的瓜尔胶，将溶解好的混合物和瓜尔胶倒入粘弹性凝胶中，并不断搅拌20min?30min，形成基体；
[0013]第二步:上述粘弹性磁性磨具的制备
[0014]选择铁磁性材料和磨料，铁磁性材料的粒度范围为60目?300目，磨料的粒度范围为60目?280目，用电子天平按照质量比为2:1、3:1、4:1或5:1称取铁磁性材料和磨料，装入混料器中，将其混合均匀，混合时间3h?6h ;用电子天平按照铁磁性材料和硅烷偶联剂的质量比为65:1?85:1称取硅烷偶联剂，用无水乙醇将其稀释成2%的溶液；将稀释好的硅烷偶联剂和混合好的铁磁性材料和磨料混合物进行混合搅拌1min?20min，然后再将混合物放到加热炉上加热至70°C?90°C，并不断搅拌20min?30min ;用电子天平称取质量百分比为35%?55%的基体、质量百分比为I %?5%的液压油、质量百分比为1%?2%的油酸、质量百分比为1%?3%的硅油、质量百分比为0.5%?2%的增塑剂和质量百分比为30%?40%的已经过硅烷偶联剂处理的铁磁性材料与磨料混合物，倒入容器中，充分搅拌30min?50min，制备成团状的粘弹性磁性磨具，其具体工艺步骤为:
[0015]I)用电子天平称取质量百分比为40%?60%的聚乙烯醇，备用；
[0016]2)用烧杯按照水与I)备用的聚乙烯醇的质量比为20:1量取水，并放在加热炉上对其进行加热至70°C?90°C，然后保温；
[0017]3)将I)备用的聚乙烯醇投入经过2)处理的保温烧杯中，并不断搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解，形成聚乙烯醇水溶液；
[0018]4)用电子天平称取质量百分比为3%?8%的硼酸，将其放入经3)处理的聚乙烯醇水溶液中，并不断搅拌，直至形成透明的粘弹性凝胶；
[0019]5)用电子天平称取质量百分比为5%?15%的羟苯甲酸丙脂和质量百分比为3%?13%的甘油，将羟基苯甲酸丙脂放入甘油中溶解成混合物后，与用电子天平称取的质量百分比为6%?15%的瓜尔胶一起倒入4)所形成的透明的粘弹性凝胶中，并不断搅拌20min?30min，形成基体；
[0020]6)选择铁磁性材料和磨料，铁磁性材料的粒度范围为60目?300目，磨料的粒度范围为60目?280目；
[0021]7)用电子天平按照铁磁性材料与磨料的质量比为2:1、3:1、4:1或5:1称取经过6)选择的铁磁性材料和磨料，装入混料器中，将其混合均匀，混合时间3h?6h，备用；
[0022]8)用电子天平按照铁磁性材料和硅烷偶联剂的质量比为65:1?85:1称取硅烷偶联剂，用无水乙醇将其稀释成2%的溶液；
[0023]9)将8)稀释好的硅烷偶联剂和经过7)混合好的铁磁性材料和磨料混合物进行混合搅拌1min?20min，然后再将混合物放到加热炉上加热至70°C?90°C，并不断搅拌20min ?30min ；
[0024]10)用电子天平称取5)所制备的质量百分比为35%?55%的基体，质量百分比为1%?5%的液压油、质量百分比为1%?2%的油酸、质量百分比为1%?3%的硅油、质量百分比为0.5%?2%的增塑剂和质量百分比为30%?40%的已经过9)处理的硅烷偶联剂铁磁性材料和磨料混合物，倒入容器中，充分搅拌30min?50min，制备成团状的粘弹性磁性磨具。
[0025]本发明的优点为:粘弹性磁性磨具制备方法简单、易于实现，成本低廉，环保性能好；磨具呈半固体状，具有粘弹性、磁性和良好的形状适应性，由于自身的流动性，可以到达工件表面的死角、棱边等任意部位，增加了磨料和工件表面充分接触的能力，有利于实现对各种表面的去毛刺和光整加工，可以有效解决异形孔、曲面、沟槽表面等的光整加工难题。
[0026]本发明的有益效果在于:提供一种制备简单、可重复使用，具有良好的粘弹性、磁性、流动性和适应性等特点的粘弹性磁性磨具，可用于复杂回转体内外表面、曲面、盲孔、窄槽、弯管、异形孔等表面的光整加工，加工效果良好，加工效率高，15min内毛刺去除，加工后零件表面粗糖度等级可以在原有基础上提尚2?3级。
【附图说明】
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[0027]图1为制备好的粘弹性磁性磨具实物照片。
[0028]图2为利用粘弹性磁性磨具对工件进行光整加工的实物照片。
[0029]图中:1-主轴，2-磁极头，3-粘弹性磁性磨具，4-工件，5-工作台。
[0030]现结合图2说明如下:
[0031]加工实验在钻床上进行，工件为铝合金平板，将磁极头安装在钻床主轴I上，工件4装夹在工作台5上，将制备好的粘弹性磁性磨具3放到磁极头2上，调整工件与磁极头的加工间隙为lmm-2mm，在磁场作用下，粘弹性磁性磨具对工件表面产生一定的作用力，通过磁极头的旋转运动和工件的往复直线运动，粘弹性磁性磨具相对于工件表面形成复杂的相对运动；在力和相对运动的作用下，粘弹性磁性磨具对工件表面产生滑擦和刻划的微量磨削作用、滚压作用、电化学腐蚀作用等，从而实现对工件的光整加工。
[0032]实施方式1:
[0033](I)用烧杯量取200g的水，并将其放在加热炉上加热至72°C，保温；
[0034](2)称取1g聚乙烯醇投入烧杯中，并不断搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解，形成聚乙烯醇水溶液；
[0035](3)称取2g硼酸，放入聚乙烯醇水溶液中，并不断搅拌，直至形成透明的粘弹性凝胶；
[0036](4)称取3g羟基苯甲酸丙脂、2g甘油和2g瓜尔胶，将羟基苯甲酸丙脂放入甘油中溶解成混合物；
[0037](5)将溶解好的混合物和瓜尔胶倒入粘弹性凝胶中，并不断搅拌25min，形成基体。
[0038](6)选择铁磁性材料和磨料材料，铁磁性材料为铁粉，粒度100目，磨料材料为碳化硅，粒度100目。
[0039](7)用电子天平称取13.3g铁粉和6.7g碳化硅，装入混料器中，将其混合均匀，混合时间5.5h ；
[0040](8)用电子天平称取再称取0.2g硅烷偶联剂，用9.8g无水乙醇将其稀释成2%的溶液；
[0041](9)用稀释好的硅烷偶联剂对混合好的铁粉和碳化硅混合物进行混合搅拌lOmin，然后再将其放到加热炉上加热到72°C，并不断搅拌30min ；
[0042](10)用电子天平称取0.6g油酸，1.2g液压油，0.8g硅油，0.4g增塑剂，倒入容器中，加入基体和经硅烷偶联剂处理后的铁粉和碳化硅混合物，充分搅拌40min，制备成团状的粘弹性磁性磨具。
[0043]实施方式2:
[0044](I)用烧杯量取240g的水，并将其放在加热炉上加热至80°C，保温；
[0045](2)称取12g聚乙烯醇投入烧杯中，并不断搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解，形成聚乙烯醇水溶液；
[0046