钕铁硼产品研磨倒角工艺优化

＊邓志伟 张友亮 张守华

（1.安泰科技股份有限公司 北京 100083 2.安泰爱科科技有限公司 山东 255022）

钕铁硼稀土永磁材料是20世纪80年代发展起来的第三代[1]新功能材料，它具有能量转换功能，是一种高效的能量转换介质，在微波通讯、音像、仪器仪表、电机工程、计算机磁分离、磁疗等领域得到广泛应用，成为新技术应用的重要物质基础[1]。电镀作为提高稀土永磁材料耐蚀性的一个有效解决途径，已被广泛应用于钕铁硼表面处理工艺[2]。钕铁硼产品进行表面处理前，一般需进行研磨倒角处理，即在震动环境下，工件与磨料间产生相对位移、碰撞，在磨料与工件的相互接触、摩擦过程中，磨料对工件表面做微切削加工，此切削的作用，可以使工件棱角钝化成圆角、并降低工件的表面粗糙度[3-5]。

脆性大是烧结钕铁硼产品的一大弊端，这给研磨倒角过程带来了很多困难。因此，行业内的研究者们对磨料的材质、形状和工艺配比等不断的优化更新。目前，钕铁硼行业内磨料用的较多的为碳化硅材质，因为它质地软，出角快，产品不易磕碰；磨料形状及工艺配别各家有所不同。此种材质磨料的不足之处是：磨耗量大、使用频次低、出泥量大、成本高，废磨料和倒角泥存放压力大。本文拟从优化倒角工艺管理，降低磨料的损耗等方面作简要介绍。

钕铁硼毛坯经加工后边缘表面有棱角、毛刺、小崩边、表面印迹，甚至棱边有小的裂缝或其他缺陷，边缘的表面也比较粗糙。为了增加钕铁硼边缘表面的机械强度，减少颗粒污染需将其边缘表面磨削成圆形或接近圆形，同时也可以避免和减少后面的工序在加工、运输、检验和充磁等工序时产生崩边。倒角后的钕铁硼半成品由于有了一个比较圆滑的边缘，不易再产生崩边，使后面工序加工的合格率大幅度提高。在钕铁硼产品表面处理工艺中，如果半成品不被倒角，其锋利的边缘将会被磕裂，严重影响钕铁硼永磁体的使用寿命；再者，半成品在电镀过程中，“狗骨效应”明显，镀层会出现明显脱落现象，防腐性能非常差；最后，若半成品不进行尖角处理，后序过程产生的磕边会降低产品的磁性能，而使产品报废或返工，进而造成巨大的经济损失。由此，为有效保证镀层与基体良好结合力、优越的磁性能、优良的抗腐蚀能力以及较高的一次合格率，半成品必须进行倒角处理。

1.实验方法

(1)现有研磨倒角工艺流程

选择磨料材质（SiC）/形状斜圆柱/规格（22mm×22mm）→计算磨料与产品配比（3/1～4/1）→称取磨料重量（估算）→设定倒角频率→产品入倒角机→过程巡检→测试产品角度→筛分磨料和产品→产品烘干→产品等级入库。

(2)现有工艺缺陷

现有研磨倒角工艺的缺陷主要有以下几个方面：

①磨料的材质选择质地较软的碳化硅（SiC），磨料损耗大，存在较大浪费；②磨料与产品配比设计为3/1～4/1，配比偏大，磨料磨损较严重，生产效率低；③磨料规格为斜圆柱22mm×22mm，耐磨程度较低；④磨料的形状为斜圆柱，对产品磨削的阻力较小，生产效率偏低。

(3)研磨倒角优化工艺流程

选择磨料材质棕刚玉（Al2O3）/形状斜三角/规格（30mm×30mm）→计算磨料与产品配比（1/4～1/1）→称取磨料重量（精确）→设定倒角频率→产品入倒角机→过程巡检→测试产品角度→筛分磨料和产品→产品烘干→产品等级入库。

(4)倒角优化工艺

研磨倒角优化工艺是指使工艺更加合理、适用、趋于科学，其目的在于保证产品质量的稳定性，减少不合格品的发生，降低生产成本的投入（主要减少磨料的损耗）。以单一规格（13mm×10mm×4.1mm）批量产品研磨倒角为例，具体考察内容见下文介绍。

2.结果与讨论

(1)采用棕刚玉(Al2O3)材质代替碳化硅(SiC)材质

棕刚玉磨料以高熔点、高硬度、高耐磨性等优点被广泛用来制造各种磨具[6-7]。其单价较碳化硅材质的低约30%，可与同规格碳化硅磨料比较，其耐磨效果更好[8]。在保证生产效率和产品质量的前提下，不同材质、同一规格和形状，同一磨料与产品配比，同一水平下进行7个周期（每周期研磨时间为达到标准角度为准）的研磨实验，结果见图1。

图1 不同材质磨料磨耗量趋势图

由图1可知，两种材质的磨料各经过7个周期的振动研磨操作，棕刚玉材质的磨料磨损率为26.67%，碳化硅材质的磨料磨损率为46.67%，棕刚玉材质的磨料耐磨性明显好于碳化硅材质的磨料。

(2)磨料与产品配比由3/1优化为1/3

倒角机运行过程中，磨料装载量越多，产品与磨料混合滚动的阻力就越大，二者均匀混合的周期也就越长，最终导致产品圆角速度延缓，产品表面尺寸磨损。降低磨料与产品的配比，让磨料把产品更均匀、更快速地分散开，从而更有利于缩短磨料与产品的混合周期，进而增大了磨料与产品接触的机会。在保证生产效率和产品质量的前提下，同一材质、同一规格和形状，不同磨料与产品配比，同一水平下进行7个周期（每周期研磨时间为达到标准角度为准）的研磨实验，结果见图2。

图2 不同配比磨料磨耗量趋势图

由图2可知，不同磨料与产品配比的两种工艺各经过7个周期的振动研磨操作，磨料与产品配比为3/1时，磨料的磨损率为40%，磨料与产品配比为1/3时，磨料的磨损率为35%，同时后者产品的产出效率为前者的3倍，磨料配比对产品的生产效率有明显的影响。

(3)采用磨料规格30mm×30mm代替规格22mm×22mm

采用相同材质、较大规格的磨料，可适用研磨更多规格的产品，磨料的规格和形状会保持的更加长久，对产品的分离效果和磨消程度越强，产品越易圆角。在保证生产效率和产品质量的前提下，同一材质和形状、同一磨料与产品配比、不同规格的磨料，同一水平下进行7个周期（每周期研磨时间为达到标准角度为准）的研磨实验，结果见图3。

图3 不同规格磨料磨耗量趋势图

由图3可知，不同规格的两种磨料各经过7个周期的振动研磨操作，规格为正三角30mm×30mm磨料的磨损率为22.67%，规格为正三角22mm×22mm磨料的磨损率为46.67%，较大规格的（30mm×30mm）磨料耐磨性明显好于小规格（22mm×22mm）的磨料。

(4)采用斜三角磨料代替斜圆柱

据资料记载[4]，磨料的棱角越多，越尖锐，加工后工件的表面粗糙度值越大，对金属的去除率就越大，即研磨过程中产品的棱边越易出角，单个振动研磨周期会缩短，其表面尺寸均匀性也越好。对比磨料形状为斜三角的棱边为8条，斜圆柱磨料的棱边为2条，显然形状为斜三角的棱边远多于斜圆柱。在保证生产效率和产品质量的前提下，同一材质和规格、同一磨料与产品配比、不同形状的磨料，同一水平下进行7个周期（每周期研磨时间为达到标准角度为准）的研磨实验，结果见图4。

图4 不同形状磨料磨耗量趋势图

由图4可知，不同形状的两种磨料各经过7个周期的振动研磨操作，形状为斜三角磨料的磨损率为26.7%，形状为斜圆柱磨料的磨损率为32%，由于斜三角磨料间本身受阻较大，磨损也较大，只是稍好于斜圆柱磨料。

(5)磨料形状对产品表面尺寸的影响分析

由2.4的实验内容可以看出，多条棱边的三角磨料对产品的棱边研磨的机率较大，对产品表面研磨的机率较小；而较少棱边的斜圆柱磨料对产品的棱边研磨的机率较小，对产品表面研磨的机率反而较大。同一材质和规格、同一磨料与产品配比、不同形状的磨料，同一水平下进行研磨实验（研磨时间为达到标准角度为准），结果见图5。

图5 不同形状的磨料对产品尺寸影响的趋势图

由图5可知，使用不同形状的磨料，同一水平条件下，达到同一角度水平，产品表面的磨损量有所不同。当使用斜三角磨料振动倒角时，产品尺寸减少在0.01mm以内，且产品平面度在理想范围内；当使用斜圆柱磨料振动倒角时，产品尺寸减少在0.01～0.02mm之间波动，产品表面的平面度较差，波动大于0.015mm。

(6)磨料材质对产品表面状态的影响分析

近年来，随着超精密磨削加工技术的快速发展，脆性材料的加工效率和加工精度得到提高，在脆性材料镜面加工方面超精密磨削表现出手工研磨难以比拟的加工效率和面形精度[9～10]。由2.1的实验内容可以看出，同一水平条件下，棕刚玉材质磨料较碳化硅材质磨料磨耗量低，磨料的磨耗量越大，产生的磨料粉末越多，对产品表面的抛光效果有一定程度的负面影响。同一规格和形状、同一磨料与产品配比、不同材质的磨料，同一水平下进行研磨实验（研磨时间为达到标准角度为准），结果见图6。

图6 不同材质的磨料对产品表面粗糙度影响的趋势图

由图6可知，使用不同材质磨料，同一水平条件下，达到同一角度水平，产品表面的粗糙度有所不同。当使用棕刚玉材质的磨料时，产品表面的粗糙度Ra在0.4mm以内，当使用碳化硅材质的磨料时，产品表面的粗糙度Ra在0.44～0.55之间波动。棕刚玉材质的磨料对产品表面的抛光效果效果明显好于碳化硅磨料。

3.结论

本文通过倒角工艺的研究，进行了磨料材质、磨料规格、磨料与产品的配比以及磨料形状的实验，并进行了棕刚玉与碳化硅两种磨料同一水平下的对比验证，得出以下结论：改善磨料的材质、规格及形状，对降低磨料的损耗和成本，提高工作效率是行之有效的。同一水平条件下，棕刚玉磨料的耐磨性能明显好于碳化硅磨料，碳化硅磨料的损耗率约是棕刚玉磨料的1.5～2.0倍。通过优化磨料与产品的配比，让磨料与产品更均匀地进行混合，缩短了磨料与产品的混合周期，在相同磨料使用量的基础上，生产效率提高约2～3倍。使用斜三角磨料，缩短了倒角周期，降低了磨料与产品表面磨消的频次，保证了产品表面平面度的质量。同一水平条件下，棕刚玉材质磨料的抛光效果好于碳化硅磨料。