基于旋转进给电磁场的不规则弯管内表面磁研磨研究

目的将磁力研磨与单片机控制电磁场结合,提高不规则弯管内表面的质量与使用性能。方法根据静态磁场工艺理论及磁粒运动轨迹模型,通过电流控制电磁场,设计最佳磁路轨迹,进而形成旋转进给磁场,以提高电磁研磨效率。螺旋式分布电磁铁形成磁粒的螺旋加工轨迹,避免磁轭支撑旋转进给加工空间弯管的干涉问题,并且可多段同时加工以提高加工效率。通过静态磁场理论对磁路轨迹分析,研究弯管磨削径向辅助磁极的螺旋磨削进给轨迹。结果针对SUS304水龙头内腔表面抛光实验,当磨粒的平均粒径为250μm时,研磨液的用量为8 m L,转速在800 r/min内,经过50 min的研磨,工件内表面的粗糙度值由Ra 1.1μm降至Ra 0.38μm。结论基于旋转进给电磁场下辅助磁极的磁力研磨,对改善弯管内表面质量,提高使用寿命有明显作用。     

磁力研磨法去除航空发动机涡轮轴内表面积碳的试验分析

目的 解决航空发动机大尺寸涡轮轴内表面积碳去除的难题。方法 运用SEM分析涡轮轴内壁积碳的表面形貌特征、成分组成，为积碳去除方法的确定和工艺研究奠定基础。针对涡轮轴的特殊材质和清洗要求，提出磁力研磨技术去除积碳的方法。通过Solidworks和Workbench软件分析研磨区域的磁感应强度和磨粒受力情况，搭建涡轮轴径向添加辅助磁极和数控机床复合的磁力研磨装置，选取平均粒径为185、250、375 μm的磨粒，在工件转速分别为600、800、1000 r/min的条件下进行对比试验。结果 在试验中，当磁性磨料粒径为250 μm，工件转速为800 r/min，外部磁极与工件外壁的加工间隙为5 mm，研磨时间为60 min时，涡轮轴内表面积碳完全去除，表面粗糙度下降幅度大，研磨后表面粗糙度Ra为1.47 μm。结论 采用数控磁力研磨设备，可以有效去除航空发动机大尺寸涡轮轴内表面积碳，去除效率高，去除后涡轮轴内表面粗糙度Ra达到1.47 μm，满足工件使用要求。     

超声磁粒复合研磨对石英玻璃管内表面的光整研究

目的探究超声磁粒复合研磨对石英玻璃管内表面管研磨的可能性,分析有无辅助磁极及不同粒径的研磨粒子对内表面的影响。方法在石英玻璃管内表面添加辅助磁极并辅助超声磁粒复合研磨装置,加快磨粒的翻滚,提高抛光质量和效率。结果采用超声磁粒复合研磨装置,选用150、250、350μm三种粒径的研磨粒子分别进行研磨实验,研磨40 min后,150μm的研磨粒子表面粗糙度值从原始4.4μm下降到1.2μm,250μm的研磨粒子表面粗糙度值下降到0.2μm,350μm的研磨粒子表面粗糙度值下降到0.6μm。对比传统磁粒研磨装置与超声磁粒复合研磨装置,保持研磨粒子粒径为250μm,经40 min研磨,在传统磁粒研磨装置上未添加辅助磁极,石英玻璃管内表面粗糙度值从原始4.4μm下降到2.8μm;在传统磁粒研磨装置上添加辅助磁极,粗糙度值从原始4.4μm下降到1.1μm;在超声磁粒复合研磨装置上添加辅助磁极,粗糙度值从原始4.4μm下降到0.2μm。结论在石英玻璃管内表面添加辅助磁极后,表面粗糙度值得到下降。采用超声磁粒研磨装置使石英玻璃管内表面粗糙度值在原有基础上进一步下降,且选用粒径为250μm的研磨粒子最佳。加工后,工件内表面的加工均匀性显著提升,原始缺陷和原始波峰基本去除。     

基于无理数转速比的导磁轴套磁粒研磨试验

目的 解决大型导磁类零件内表面的精密研磨加工困难、加工效率低等问题。方法 采用旋转磁极方法对内表面进行磁粒研磨。工件由车床主轴驱动旋转,将磁极伸入工件内部,并在电机驱动旋转的同时,随着车床刀架往复进给,驱使磁极与工件内表面之间填充的磁性磨粒摩擦工件表面,完成对工件内表面的光整加工。利用ADAMS软件对有理数和无理数转速比下的研磨轨迹进行模拟,讨论不同转速比对研磨轨迹和工件表面质量的影响;采用响应面法将影响研磨的主要工艺参数(工件转速、磁极转速、磁性磨粒粒径)进行优化设计;通过研磨试验分析表面形貌和表面粗糙度数据,验证优化后工艺参数的可靠性。结果 采用响应面法分析可知,当工件转速为98 r/min、磁极转速为2 435 r/min、磁性磨粒粒径为190 μm、磁粒研磨加工时间为40 min时,工件的表面粗糙度从原始Ra 3.32 μm降至Ra 0.198 μm,表面粗糙度改善率(ΔRa)为94.04%。工件表面划痕、加工纹理等表面缺陷得到了有效去除,加工后工件表面更加光亮、均匀,大幅提高了工件的使用寿命。结论 当磁极与工件的转速比为无理数时,其研磨效果最好,研磨轨迹的干涉效果更好,单位面积内的交错次数更多,交织出的网状结构网格更均匀、致密,未加工区域面积更小。采用响应面法能够对试验结果进行优化参数数学建模设计,拟合出的最佳工艺参数组合可提高大型导磁材料轴套类零件的加工效率和表面质量。     

弹性磁极磨头磁力研磨TC4钛合金的工艺优化

尽管磁力研磨具有随形加工特性，但使用小磨头磁力研磨大扭曲度工件时，磨头在工件不同位置处的间隙差异，给磁力研磨加工带来了挑战。为了改善磁力研磨的加工表面质量，进一步减小工件间隙差异对表面粗糙度的影响，设计了一种以聚氨酯弹性体为磁极载体的弹性磁极磨头，对其磁场进行仿真分析并验证。在试验中使用黏结法制备的金刚石磁性磨料，比较不同加工间隙下聚氨酯弹性磁极磨头与普通磁极磨头的研磨加工性能，探索主轴转速、进给速度和磨料粒度对钛合金表面粗糙度的影响规律。结果表明：在工艺参数相同的情况下，聚氨酯弹性磁极磨头的加工性能优于普通磁极磨头的；使用聚氨酯弹性磁极磨头，在主轴转速为800 r/min，加工间隙为2.0 mm，进给速度为5 mm/min，磨料粒径范围为62～90μm时，磁力研磨加工效果最优，经过12 min的研磨加工，TC4钛合金的表面粗糙度R_a从最初的0.350μm降至0.039μm，表面粗糙度改善率达到89%。试验结果验证了聚氨酯弹性层的弹性及仿形特性对TC4钛合金加工表面质量的提升作用。     

仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究

目的 改善零件表面质量,延长零部件使用寿命。方法 应用Ansys Maxwell模拟仿真沿盘形磁极圆周开不同形状槽时磁极磁感应强度的分布。以钛合金(Ti6Al4V)材料增材制造的成形零件为例,基于磁粒研磨抛光技术,利用仿形组合开槽磁极对成形零件沟槽表面进行研磨抛光。结果 模拟结果表明,沿磁极圆周开均布矩形槽时,磁极的磁感应强度波峰值最大,波谷值最小,磁场强度梯度变化最大,最适合复杂工件表面的磁粒研磨。磁性磨粒粒径、磁极转速和研磨间隙等参数的设置都会影响研磨加工效果,经模拟和实验获得最佳工艺参数为磁性磨粒粒径180 μm、磁极转速1 000 r/min、研磨间隙2 mm。设置如上所述的加工工艺参数,成形零件沟槽表面粗糙度Ra由原始的10.70 μm降为0.52 μm,且其表面缺陷得到有效去除。结论 采用仿形组合开槽磁极应用磁粒研磨技术能够实现增材制造复杂零件表面的研磨抛光。     

基于3D打印航空发动机喷油管磁力研磨试验研究

目的针对镍基合金GH4169航空发动机喷油管进行磁力研磨光整加工试验研究,分析内置辅助磁极磁力研磨对工件内表面及交叉孔相贯线去毛刺的效果。方法利用磁粒研磨内置辅助磁极光整加工对工件内表面及内交叉孔相贯线处进行磁力研磨加工,通过研磨粒子与工件之间的划擦、磨削等运动,提高工件表面质量和去除内交叉孔相贯线处的毛刺。结果磁轭转速为1000 r/min,加工间隙为6 mm,采用圆柱形辅助磁极及平均粒径为250μm的磁性磨料时,其加工效果比传统的加工效果好,且效率更高,工件表面粗糙度从原始的5.8μm降至0.47μm(Ra0.5μm),内交叉孔相贯线处的毛刺明显被去除,且由于磁性研磨粒子的研磨作用,可对其进行二次光整加工。结论通过磁力研磨内置辅助磁极光整加工方法,原始工件内表面存在的褶皱、微裂纹明显得到改善,交叉孔相贯线处的毛刺也明显被去除。试验选用磁性研磨粒子粒径为250μm时,研磨效果最佳。通过磁力研磨光整加工后,管件能够得到良好的表面效果,提高了管件的综合性能。     

球形磁极在小直径钛合金管内表面抛光中的应用

针对传统磁力研磨对小直径钛合金管内表面进行精密抛光时,研磨效率低、加工后表面质量不理想的问题,提出将多个球形磁极作为辅助抛光工具放置在管件内部,配合多种运动,完成对小直径钛合金管内表面的高效精密抛光。对比了添加不同辅助抛光工具后工件的表面粗糙度值和材料去除量的变化,分析了工件转速对研磨效果的影响。对4×150mm的TC4钛合金管进行精密抛光实验,实验结果表明:工件转速为20000r/min时的研磨效果最好,使用球形磁极研磨40min后,工件表面粗糙度值稳定至Ra0.2μm,材料去除量可达55mg,原始缺陷被去除;使用球形磁极作为辅助抛光工具时,研磨效率显著提升,且能够获得理想的表面质量;当工件转速不超过临界值时,工件的转速越高,研磨效果越好。     

永磁场磁力研磨TC11钛合金的实验研究

目的解决钛合金机械加工后表面质量差的难题。方法采用磁力研磨工艺对TC11钛合金进行了表面光整加工。以表面粗糙度为主要评价指标,研究了磁力研磨工艺参数对钛合金表面质量的影响,并对工艺参数进行了优化。采用优化后的工艺参数对钛合金进行了表面光整加工,研究了磁力研磨工艺对钛合金金相组织的影响。结果当加工间隙为3 mm时,研磨压力适宜,加工后工件表面粗糙度值最小。采用粒径为100目的磨粒使工件表面研磨加工后纹理更细,表面粗糙度值最低。提高主轴转速,工件表面材料去除率增加,当主轴转速为1500 r/min时,加工后工件表面粗糙度值最小。对比工件加工前后的金相组织,加工后试样表面组织晶粒变细,晶界增多,工件表面应力状态由张应力转变为压应力。结论实验确定了较优的工艺参数组合,即:加工间隙为3 mm,磨粒粒径为100目,主轴转速为1500 r/min。采用永磁场磁力研磨工艺,能够大幅降低TC11钛合金表面粗糙度,并使钛合金表面组织得到改善。     

石英玻璃管内表面的复合光整试验研究

目的 探究超声磁粒复合研磨与超声振动复合抛光两个试验阶段对石英玻璃管内表面加工的可能性,寻求最优的工艺参数组合。方法 在石英玻璃管内添加柱形径向充磁辅助磁极,并添加超声振动,组成复合光整装置。在辅助磁极表面包裹一层研磨粒子,构成超声磁粒研磨装置,在辅助磁极外表面包裹一层聚氨酯,构成超声振动抛光装置。结果 对上述的超声磁粒复合研磨阶段进行响应面优化,在主轴转速、振动频率、粒径三个变量中,保持其中一个变量不变,另外两个变量组合,使表面粗糙度值达到最低。选用最优的工艺参数组合作为第一阶段主要参数,经40 min研磨,表面粗糙度值从原始的4.40 μm下降到0.19 μm。在第一阶段基础上进行第二阶段抛光,经5 min抛光,表面粗糙度值从0.19 μm进一步下降到0.07 μm。结论 通过响应面优化得到最优超声磁粒复合研磨组合为：主轴转速1000 r/min、粒径250 μm、振动频率20 kHz。经超声磁粒复合研磨与超声振动复合抛光两个阶段加工后,玻璃管内表面存在的凹坑、突起及划痕均得到有效去除,表面更加均匀、平整。     

旋转超声辅助磁力研磨镍基合金试验研究

对现有新材料镍基高温合金进行旋转超声辅助磁力研磨试验研究。探讨该方法及工艺参数对工件表面微裂纹、褶皱、划痕等表面缺陷问题的去除效果。试验结果表明:旋转超声辅助磁力研磨光整加工磁极转速为1 000 r/min,磁性研磨粒子平均粒径为250 μm,超声振动频率为19 kHz时比传统磁力研磨效果有显著提高,工件表面粗糙度从R_a 3.4 μm降到R_a 0.07 μm;研磨后其内部应力由拉应力+46 MPa转变为压应力-126MPa,得到了良好的表面应力状态。在相同磁力研磨加工条件和试验参数下,该方法与传统磁力研磨加工进行实验对比,旋转超声辅助磁力研磨方法通过添加轴向高频旋转超声冲击,得到良好的工件表面质量及表面粗糙度;加工后工件表面划痕、褶皱、微裂纹基本去除,表面质量及表面微观形貌有显著改善。     

超声研磨Al2O3陶瓷材料的表面粗糙度特征研究

通过对Al2O3陶瓷工件的普通及超声研磨实验，分析了超声研磨加工中各个加工参数和陶瓷工件表面粗糙度的相互关系，得出径向超声振动研磨达到最佳表面粗糙度的工件转速为120～260r／min；径向超声振动研磨要得到最佳表面的研磨压力在450N左右，过大或过小均可引起表面粗糙度恶化。在相同转速和相同压力下，超声研磨工件的表面粗糙度较普通研磨工件的小；当转速较小时，W5与W20研磨的表面粗糙度变化不大，随着转速升高，粗糙度先变小后变大，在n=250n/min左右Ra值最小。研究结论为高效研磨Al2O3陶瓷提供了依据。     

渐开线槽磁极改进磁粒研磨毛刺效果的试验研究

目的 改善传统磁粒研磨去除毛刺时磁感应强度变化率小、磨粒飞溅损耗严重等问题,设计带渐开线槽的磁极,通过优化磁场分布和逆渐开线展开转动的方式提高毛刺去除的效率和质量。方法 基于渐开线原理,设计不同基圆直径的磁极沟槽,仿真了磁感应强度云图及磁感应强度曲线,并与传统磁极进行平面研磨对比试验,通过综合分析优选磁极槽类型。对镍基高温合金GH3128螺旋铣孔板开展磁粒研磨孔切出毛刺的试验研究,分析主轴转速、磨粒填充量和磨粒粒径对孔缘毛刺去除的影响,得到渐开线槽磁极磁粒研磨孔切出毛刺的较佳工艺参数方案。结果 使用基圆直径为8mm的渐开线槽磁极研磨平面时,其有效研磨面积更大,在主轴转速为1 600 r/min、磁性磨粒平均粒径为250μm、进给速度为0.05 mm/s、磁性磨粒填充量为30 g、加工间隙为2 mm的工艺条件下研磨镍基高温合金GH3128孔板18 min后,孔切出毛刺平均高度由原始的29.6μm降至10.2μm,毛刺的平均宽度从原始的288.6μm降至169.4μm。结论 带渐开线槽的磁极改善了磁感应强度变化梯度,抑制了磁性磨粒的飞溅损耗,加速了磨粒切削刃的更新,使研磨效率和研磨均匀性都...     

超声磁力研磨加工参数对蓝宝石表面粗糙度的影响

目的提高蓝宝石研磨后的表面质量。方法采用超声研磨与磁力研磨相结合的工艺方法,对蓝宝石进行研磨加工。超声研磨采用恒流超声电源及等效阻抗控制进给方式,通过改变不同阻抗阈值获得不同的加工表面。磁力研磨采用永磁体及磁场旋转的运动方式,通过调节转速、更换磨粒大小获得不同的加工表面。以旋转磁场速度、磁性磨粒大小、阻抗阈值作为主要工艺参数,以表面粗糙度值R_p、R_v、R_z、R_a为评价指标,设计相应的工艺试验。结果采用超声磁力研磨加工方法,当旋转磁场转速为1200 r/min、磁性磨粒目数为120目、阻抗阈值为330?时,得到了蓝宝石加工表面粗糙度值分别为:R_p=1.992μm,R_v=1.313μm,R_z=3.305μm,R_a=0.055μm。结论采用超声磁力研磨工艺加工蓝宝石时,在旋转磁场转速及阻抗阈值一定的情况下,磁性磨粒大小对表面粗糙度值的影响较显著;在磁性磨粒大小一致的情况下,旋转磁场转速及阻抗阈值主要对表面粗糙度值Rp及Rv的影响较大。     

超声复合磁力研磨加工镍基合金GH4169异形管

为解决镍基合金GH4169异型管内壁难研磨及研磨不均匀问题,采用超声复合磁力研磨光整加工方法进行试验。分析在超声复合磁力研磨条件下,主轴转速、加工间隙、超声频率和超声振幅对异形管内壁表面质量的影响。结果表明：在超声轴向频率为19 kHz、振幅19 μm,主轴转速1000 r/min,磁性磨粒平均粒径250 μm,加工间隙2 mm加工条件下,加工30 min后,管件内壁表面粗糙度Ra由原始的2.4 μm降至0.31 μm。通过在管件内部添加圆柱形辅助磁极,使得内外两磁极形成闭合磁场回路,增加磁场力的作用。辅助磁极连接高频轴向超声振动,使得吸附在磁极上的磁性磨粒在旋转运动和轴向高频振动复合作用下划擦、研磨管件内表面。由于研磨轨迹发生交叉复杂化,使得异型管内壁研磨后的表面质量和表面粗糙度得到明显提高;管件内壁表面残余应力由拉应力+52 MPa转变为压应力-48 MPa,表面应力状态得到较好的改善。     

磁研磨法抛光40Cr钢管件内表面的影响因素

针对磁研磨法抛光铁磁性管件内表面时的磁屏蔽问题,研制出一套磁力光整加工装置。对4种形状的磁极模型进行有限元分析,研究磁极形状、磁极转速及运动状态对抛光效果的影响,并以40Cr钢为材料进行试验验证,利用扫描电子显微镜观察加工前后工件的微观表面形貌。结果表明:磁极为环形磁极且与工件反向旋转、磁极转速为2 000r/min时加工效果好、加工效率较高;表面粗糙度值可降到Ra 0.25μm以下;工件内表面的微裂纹、凹坑等表面缺陷基本被去除,表面质量得到明显改善。由此表明,利用磁极内置的方法可以很好的解决磁屏蔽问题,并获得良好的表面加工质量。     

氧化铝陶瓷的精密抛光性能研究

为考察氧化铝陶瓷的精密抛光性能,将氧化铝陶瓷试片置于陶瓷工作环与研磨盘间进行研磨试验。用120目砂纸初磨试样,使试片原始表面粗糙度为1.49μm;使用碳化硅研磨液抛光,抛光过程中改变研磨液的浓度、粒径、载质量、转速及时间,并观察不同参数下氧化铝陶瓷试片的抛光效果。试验结果表明:采用粒径2μm的碳化硅磨粒,在轴向载质量为9 kg、磨盘转速为90 r/min、研磨液浓度为35%的工艺条件下连续研磨50 min,可使氧化铝陶瓷的表面粗糙度从初始的1.49μm迅速下降至0.22μm,表面质量改善率达到85%。在SEM电子显微镜及3D表面轮廓仪下观察,其试片表面由原先凹凸不平的粗糙表面变成平坦如镜的光滑表面,验证了氧化铝陶瓷材料良好的精密抛光加工性能。     

熔融石英玻璃衬底的平面研磨加工实验研究

熔融石英玻璃衬底的研磨加工是其超光滑抛光加工的基础工序。采用游离磨料对熔融石英玻璃进行单面粗研和精研加工,研究磨料质量分数、研磨盘转速、研磨液流量和研磨时间对石英玻璃表面质量和材料去除率的影响。结果表明:粗研过程中,随着磨料质量分数、研磨盘转速、研磨液流量的增大,工件材料去除率先增大后减小;随着加工时间的延长,表面粗糙度R_a逐渐达到稳定水平。在磨料质量分数4%、研磨液流量20 mL/min、研磨盘转速60 r/min、加工30 min时,熔融石英玻璃衬底的表面粗糙度R_a达 0.11 μm。在熔融石英玻璃衬底的精研过程中,选用平均粒径3 μm的CeO₂加工50 min后的表面粗糙度R_a最低,为4.11 nm。      

基于混合粒径的TC4钛合金低粗糙度磁力研磨研究

目的 获得更低粗糙度的TC4钛合金零件表面。方法 采用黏结法制备不同粒径的磁性磨料，依次运用粒径为150～250μm和63～106μm的磁性磨粒以及这两种粒径的混合磨料进行磁力研磨对比实验，分析基于混合粒径的TC4钛合金低粗糙度磁力研磨可行性。基于磁性颗粒动力模型，根据最小能量原理分析了混合粒径磁力链的微结构，并利用体式显微镜对单粒径和混合粒径磁力链进行对比分析。结果 单粒径和混合粒径磁力研磨在12 min时钛合金工件表面粗糙度均约为0.11μm，此时单一粒径趋于平衡，而混合粒径磁力研磨的表面粗糙度继续下降，在16 min左右达到最低，为0.084μm，比单一粒径降低了20%，工件表面初始划痕和凹坑得到了更好的去除，加工后表面纹理更为致密。大粒径磁力链颗粒能量最小，约为-3.6×10^-13J，其次是混合粒径磁力链结构，颗粒能量约为-2.1×10^-13J，而小粒径磁力链结构颗粒能量约为-0.45×10^-13J，是大粒径和混合粒径磁力链的5～9倍，这说明小粒径颗粒不易形成单独磁力链。结论 混合粒径磁力链中，小粒径颗粒不易形成...     

灯具反射罩模芯磁性研磨加工试验研究

基于数控机床的插补运动控制采用磁性研磨方法进行了灯具罩模芯反射块表面的研磨加工,在保证形状精度和尺寸精度的前提下,加工表面粗糙度Ra由原始的0.065μm降低到0.035μm。采用单因素实验方法分析了几种主要加工参数,包括加工间隙、磁极转速、加工时间和工件进给量对灯罩模芯表面粗糙度的影响。验证了磁性研磨方法可以用于模芯表面数量多、尺寸小的反射块表面加工,并且选择合适的加工参数能够获得较好的加工表面质量,如加工间隙在1.5 mm左右、磁极转速300～600 r/min、加工时间8 min左右、工件进给量120～300 mm/min。