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磁力研磨光整加工技术综述浙江工业大学机械电子工程摘要：本文在阐述磁力研磨加工技术发展历史和研究现状的基础上， 介绍了磁力研磨的基本原理、加工特点，并针对不同的加工对象，给 出了几类典型的加工设备最后介绍了磁力研磨加工技术的应用领域 及发展趋势，并提出了今后研究应用重点关注的方向关键词：磁力研磨；精密加工；Review of the magnetic abrasive finishingAbstract: The development history and current research situation of the Magn etic Abrasive Finishing (MAF) is studied ・ The fun dame ntal and processing characteristic of the MAF are introduced・ According to the differenee of processing objects, some typical devices are provided. Finally, it in traduces the field of the applicati on and the tre nd of the development of the MAF, and some suggestions on the research of the MAF are proposed.Key words: magnetic abrasive finishing; precision working1引言随着工业的发展，对零件的表面光整加工技术和棱边精加工提出 越来越高的要求。

光整加工技术正是以提高零件表面质量作为出发 点，经过光整加工的零件表面具有低的表面粗糙度和良好的表面微观 几何形貌，不仅具有良好的外观质量，而且还有耐磨、防腐蚀和抗疲 劳等作用在国外精加工领域中，人们正通过各种渠道，借助多种能 量形式，探索新的工艺途径国际上目前采用的光整加工的方法主要 有：手工抛光、机械研磨抛光、超声波抛光、化学与电化学抛光、电 化学机械光整加工、磁力研磨等英中，手工抛光是最常用的光 整加工方法，这种方法不仅劳动强度大，加工效率低，而且对工人的 技术熟练程度要求高超声波抛光也是一种手工操作的辅助抛光方 式，主要用于槽、缝、边角等人的手指难触及部位的抛光，这种抛光 方式的加工效率非常低相比之下，化学、电化学抛光和电化学机械 光整加工的加工效率则要高得多，由于这三种加工方式属于腐蚀和溶 解加工，对材料的硬度、韧性和强度等几乎不受任何限制，目前己经 在内、外圆柱表面的镜面加工中获得了应用虽然化学、电化学和电 化学机械光整加工方法有着很高的加工效率，但由于影响它们的加工 因素很多，难于控制，对环境和工人的健康也有一定程度的危害，其 应用范围受到很大的制约，目前还仅能用于一些简单型面或小的复杂 工件表面的光整加工。

尽管目前的精加工方法很多，但仍然难以满足 所有产品的精度需要磁力研磨是一种把磁场能应用于传统的研磨技术中，开发出的一种新兴的磨削加工技术，通过磁极产生的磁场力作用到磁性磨料（填 充在磁极与工件之间）上形成一个与加工面形状相当的磁力研磨刷， 对工件表面进行磨削加工的方法它不仅应用于模具的精加工中，而 且在制药业、航空航天业、大规模集成电路、精密仪器和精密量具等 行业也将有很好的应用前景，是一种有效的光整加工方法之一这种 加工方法具有高效率、高精度和高表面质量的特点，适合于平面、球 面、圆柱面和其它复杂形状零件的加工，并能控制研磨效率和研磨精 度值得一提的是磁性研磨加工技术可以很好地与数控机床、加工中 心和机器人技术结合，实现光整加工的自动化⑶因此，磁力研磨加 工技术越来越得到重视2发展历史与研究现状2.1发展历史磁力光整加工这一概念最早市苏联工程师Kargolow在1938年正 式提出的⑷前苏联自20世纪60年代起有不少学者一直在致力于 MAF的研究和推广运用工作由于磁力光整加工的基础是磁性磨料, 因此前苏联对磁性磨粒的制备方法进行了大量的研究工作，并磁性磨 料的组成、配比和结构等方面取得了多项发明专利。

保加利亚从70 年代中期一直在发展MAF技术(如Makedonsky),并举办了多次国际 性的专题学术会议，德国已经出版了这方面的学术论文日木是从80年代初开始对MAF进行研究的，并开发了多种磁粒 光整加工设备其中有代表性的研究人员有日本东京宇都宫大学的 Take Shinmura, Toshio Aizawa,日本东京大学的 Masahiro Anzai, Koichi Masaki等其中Take Shinmura研制开发了多种加工铁磁性工件和非铁磁性工件的磁粒光整加工装置，如平面、内外圆柱面、球面磁粒加 工装置，并分别对它们的光整加工特性进行了研究这些加工装置有 的采用永久磁体来生产恒定磁场，有的采用电磁体来形成强度可以控 制的磁场，有的釆用工件移动外加一定幅度和频率的振动来实现磁粒 光整加工，有的釆用旋转磁场的办法实现磁粒光整加工Take Shinmura在研制各种形式磁粒加工设备的同时，对各种场合的加工工艺进行了较深入的理论分析和实验研究，如磁场强度、加工间隙、磨 粒与工件的相对移动速度、磁性磨料的成分和粒度等因素对加工质量 和效率的影响以及它们之间的相互关系Masahiro Anzai和Koichi Masaki对磁性磨粒的制备技术进行了研究，并研究开发成功了几种比 较有应用价值的磁性磨料。

Masahiro Anzai和Koichi Masaki对磁性磨料的制备技术进行了研究，并研究开发了几种比较有应用价值的磁性磨料他们采用的磁性 磨料制备方法包括:(1)等离了粉末熔融法(PPM)； (2)铁磁性金属材料 与磨料纤维混合法；(3)液体磁性磨料与高温烧结法相比，这些磁粒 制备方法的特点是：制备方法简单、成本低、有较高的使用价值韩国近儿年来也在磁粒光整加工的研究方面做了不少深入的研 究前述的磁磨料喷射光整加工装置就是由韩国先进科学技术所的Jeong-Du kim, Youn-Ha kang等人发明的，该装置为非圆截面管子内壁的光整加工提供了有效的加工方法⑸2.2研究现状磁力研磨加工具有较好的柔性、自适应性、自锐性、可控性、温升小、无变质层、加工质量高、效率高和工具无须进行磨损补偿、无 须修形等特点，在国际上引起了广泛的关注，其研究成果己在平面、 外圆面、内圆面和成形面光整加工的许多场合得到了应用⑹目前, 磁力研磨加工已能达到亚微米级加工精度我国开展对磁力研磨加工的研究起步较晩，开始于80年代初， 目前仍处于试验研究阶段，实际推广应用极少，开展磁力研磨的加工 技术的研究单位均自行研制开发出不同的磁力研磨装置并对不同的 工件(如轴承内环的外轨道，螺纹环规、丝锥、仪表、电机轴、仪表 齿轮、阶梯轴、钢球等)进行了实验研究，取得了较好的加工效果。

八十年代后期，哈尔滨科技大学首先开始磁力研磨方面的研究，并于 90年代初，完成了 “仪器仪表零件磁力研磨加工技术的开发”项目， 成功试制了 MAC系列磨料，并对仪器仪表的零件开发了磁力研磨装 置，进行了实验研究此外，哈尔滨工业大学对液压伺服阀阀芯轴棱 边毛刺的磁力研磨去除法进行了可行性研究，开发了磁力研磨去毛刺 的装置，毛刺去除后，阀芯棱边圆角半径均不超过5Um,阀芯表面粗 糙度没有变大，工件圆柱度在2^m以下；大连理工大学开展了电化 学磁力加工技术方面的实验研究，并且证明电化学磁力加工生产效率 更高，表面质量也有改善；另外，华侨大学、长春光机学院等儿家高 校也对磁粒研磨进行了一系列研究，目前国内对磁力研磨的研究还局 限于工艺实验方面，对其加工机理还缺乏深入系统的研究磁力研磨 加工技术未能在国内推广应用的症结在于磁性磨料制作成本较高，工 件的装夹和去磁问题尚未得到解决，尤其是理论基础匮乏，可使用的 参数很少，因此最终不能批量生产另外研究单位不多，这也许是该 技术未能在我国得到实际应用的原因之一此外，山东理工大学自行研制了三坐标数字化加工控制磁力研磨 机床该加工设备除了具有普通三坐标数控铳床控制系统的功能之 外，还具有曲面示教方式三坐标数字化测量功能、曲面加工轨迹的自 动编程和磁性磨料的自动更换等功能。

还有其他多家单位也进行了该领域的研究3加工原理及特点3.1加工原理磁力研磨加工是在强磁场作用下，填充在磁场中的磁性磨料被沿 着磁力线的方向排列起来，吸附在磁极上形成“磨料刷”，并对工件 表面产生一定的压力，磁极在带动“磨料刷”旋转的同时，保持一定 的间隙沿工件表面移动，从而实现对工件表面的光整加工在加工中磁性磨粒（A）的受力状态如图1所示，磨粒受到工件 表面法向力Fn和切向力Fnn的作用，作用力Fm使磨粒有向切线方向 匕散的趋势，但由于磁场效应，磨粒同时还受到沿磁力线方向的一个 压向工件的力Fx和沿磁等位线方向的作用力Fy, Fy可以防止磨粒向加工区域以外流动，从而保证研磨工作的正常进行⑺图1磁力研磨示意图1磁性磨粒；2. 3磁极；4工件3.2加工特点⑻磁力研磨发展很快的主要原因是它有着传统研磨抛光工艺不可 替代的特点，与传统的研磨、抛光等加工工艺相比，磁力研磨光整加 工工艺具有许多优点：(1) 具有很好的柔性和自适应性在磁场中，磁化的磨粒靠磁场的 作用力和彼此间的磁性吸引力非刚性的固结在一起形成磨料刷，这个 磨料刷的形状在加工过程中能够随工件形状的变化而变化，表现岀极 好的柔性和自适应性；(2) 具有很好的自锐性。

加工中相对运动的存在，使磨粒沿加工面 滑动的同时出现了滚动，磨粒间不断的更换位置，使其具有极好的自 锐性它不像普通砂轮那样存在堵塞和磨粒钝化现象，这在很大程度 上提高了加工的效率；(3) 研磨的压力可控性强磁力研磨的加工压力可以通过改变磁场 强度的大小来调节，所以控制起来比较容易；(4) 适用范围广磁力研磨加工不仅可以用来对工件进行光整加 工，而且可以用来去毛刺、倒角和去除30Mn的锈不仅可以加工平 面、内外柱面、球面，还可以加工复杂的曲面，甚至能加工普通加工 手段无法加工的工件(如细薄壁管类零件内表面的加工)：（5） 加工效率高当用于加工淬火钢工件表面时，如轴承环、轴瓦 和圆棒等在30~60s的时间里，表面粗糙度Ra值可以从0.5〜0.6Pm 减小到0.2〜O.IMm；（6） 可以强化工件的表面在对工件进行光整加工的同时，工件表 面反复受到交变或运动磁场的励磁作用，磁性磨料所产生的电动势使 得工件表面反复充电和放电，强化了工件表面的电化学过程，改变了 应力分布状况，提高了工件表面的硬度，改善了机械物理性能；（7） 加工装置简单、成本低不需耍砂轮、油石、传动带等预备加 工设备（若使用永磁体进行加工，加工装置更加简单）。

同时该方法比较清洁，振动、噪声较小尤其是如果采用旋转磁 场，加工的环境和加工的范围将更加优越而且，磁力研磨加工良好 的柔性和自适应性，为其与数控技术结合起来进行复杂曲面（如空间 自由面）的光整加工创造了条件4典型加工设备1） 外圆磁力研磨装置如图2所示，工件5安装在立式铳床上，在工件与磁极之间的间 隙内填入磁性磨料，主轴使工件产生回转和上下进给运动向线圈通 入克流电，即可产生有一定磁感应强度的磁场实验表明，此方法研 磨外圆可使工件表面粗糙度值由Ral.6J^m则降至RaO.2Pm磨料种类 和磁感应强度对研磨效果有较大影响，增加磁感应强度或采用烧结磨 料可以提高研磨效率⑼2） 内圆表面磁力研磨装置如图3所示，该装置适用于非磁性物质（如黄铜）圆管等的内表面 光整加工圆管内部装有永磁铁和磁性磨料，。