磁针磁力研磨去除涡轮轴内壁积碳

目的去除航空发动机涡轮轴内壁的积碳。方法采用磁针磁力研磨法对涡轮轴内壁积碳进行研磨去除,利用3D超景深电子显微镜对研磨去除积碳前后的涡轮轴内壁表面形貌进行观察,利用扫描电子显微镜对涡轮轴内壁积碳成分和涡轮轴基体成分进行测定与分析,并对磁针磁力研磨去除积碳后的涡轮轴内壁成分进行测定,与基体成分进行对比,验证积碳去除的彻底性。结果涡轮轴内壁积碳经磁针磁力研磨后被完全去除;积碳成分中包括的元素有O、C、Na、Al、Si、Ti、Fe、Zr、Mo、S、K,基体成分中包括的元素有C、Al、Si、Ti、Zr、Mo,经磁针磁力研磨存有积碳的涡轮轴内壁后,测得内壁成分中包含的元素有C、Al、Si、Ti、Mo、O、Fe,表明经磁针磁力研磨后,涡轮轴内壁积碳被完全去除。结论成分测定分析的验证结果表明了从表面形貌分析中得到的涡轮轴内壁积碳被完全去除的结果的正确性,同时也表明了用磁针磁力研磨去除涡轮轴内壁积碳的方法具有可行性,并且可以达到较好的效果。     

振动辅助磁力研磨去除孔相贯线处毛刺的研究

针对普通磁力研磨法去除微细孔相贯线处毛刺效率低且研磨质量不均匀的问题,提出了一种振动辅助磁力研磨技术。采用振动电机产生振动辅助磁力研磨,通过改变工件及磁针的运动轨迹,实现对微细孔相贯线处毛刺的去除。对比了添加振动前后表面加工质量和材料去除量的变化,并利用单因素试验分析了振动辅助磁力研磨加工过程中振幅对表面加工质量和材料去除量的影响。试验结果表明:振动辅助磁力研磨技术实现了对微细孔相贯线处毛刺的去除;相比普通磁力研磨,振动式永磁研磨机的研磨效果更好,研磨效率更高,且当振幅为4mm左右时,更有利于加工效率和表面加工质量的同时提高;研磨后的表面残余应力由+101.5MPa拉应力转变为约-115.5MPa的压应力状态,从而获得更好的表面应力状态。     

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。     

超声复合磁力研磨异型管参数优化设计及分析

目的改善镍基合金异型管表面质量,降低表面粗糙度。方法在内置辅助磁极磁力研磨基础上添加轴向超声振动,促使磁力研磨粒子对管件内表面进行轴向划擦、刻划作用。采用响应面法对试验进行3因素3水平方法设计,建立参数优化三维数学模型,分析超声频率、超声振幅、主轴转速在两因素交互作用下,对异型管内壁表面质量、表面粗糙度的影响,并得出试验最佳参数组合。结果响应面法优化设计在超声频率19 kHz、超声振幅19μm、主轴转速1200 r/min条件下的加工效果最佳。在优化工艺参数下进行超声复合磁力研磨试验,加工30 min后,管件内壁表面粗糙度由原始2.4μm降至0.31μm,管件内表面残余拉应力由+49MPa转变为残余压应力?47MPa。结论在内置辅助磁极磁力研磨基础上添加超声轴向振动,使得研磨粒子翻滚加剧,研磨轨迹复杂化,有效改善了管件内壁表面粗糙度和表面加工质量。响应面法能够对试验结果进行优化参数数学建模设计,拟合出了最佳的加工参数组合,良好的应力状态有效地提高了工件的疲劳强度。     

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。     

双向复合振动辅助磁力研磨加工的试验研究

目的进一步提高研磨加工效率,并获得更好的工件表面质量。方法提出双向复合振动(磁极垂直于加工表面的法向超声振动和平行于加工表面的切向振动相结合)辅助磁力研磨法实现对工件表面的研磨抛光。以钛合金工件为研究对象,进行了四种不同工况的研磨加工试验,并对试验结果进行了对比和分析。结果采用双向复合振动辅助磁力研磨法研磨钛合金工件,研磨加工60 min后,工件表面粗糙度值Ra由研磨前的3.78μm降至0.36μm,有效去除了原始加工纹理,获得了较好的表面形貌。工件表面的残余应力由拉应力转化为压应力。结论双向复合振动辅助磁力研磨法既能增加磁性磨粒的瞬时研磨压力,提高研磨加工效率,又能促进磁性磨粒的翻滚与更替,随时改变磁性磨粒的切削刃和切削方向,使磁性磨粒的运动轨迹互相交织,去除工件表面材料更均匀,同时还能有效地改善工件表面的应力状态。     

旋转超声辅助磁力研磨镍基合金参数优化设计及分析

目的 针对镍基高温合金进行旋转超声磁力研磨加工试验,通过响应面法分析主轴转速、超声频率、超声振幅、粒径交互作用对工件表面的影响。方法 在磁力研磨基础上添加旋转超声高频轴向机械振动,通过磁性研磨粒子对工件表面的垂直冲击,增加研磨压力以及磁性研磨粒子的翻滚动作,完成旋转超声辅助磁力研磨,测定表面粗糙度、表面残余应力等性能参数。采用响应面法分析主轴转速、磁性研磨粒子粒径和超声频率的交互作用对试验的影响规律,拟合出最佳工艺参数条件。结果 在试验条件下得出,主轴转速1000 r/min、磁性研磨粒子粒径250 μm、超声频率19 kHz、超声振幅19 μm的加工工艺组合效果最佳,并与响应面法优化参数后的结果相一致。根据优化参数进行试验,经过40 min研磨加工后,Ra从加工前的3.2 μm降至0.072 μm,工件表面各位置粗糙度均匀,表面质量较好。工件内部残余拉应力从+51 MPa转变为残余压应力-121 MPa。结论 旋转超声辅助磁力研磨加工后,工件表面均匀性提高,原始工件表面的凹坑、凸起、表面微裂纹等缺陷被完全去除,表面形貌和表面质量较好。该工艺加工效率较高,工件内部可得到良好的应力状态。     

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。     

磁性磨粒辅助磁针磁力研磨的应用研究

目的解决磁针磁力研磨工艺中磁针对工件表面碰撞损伤及存在研磨盲区的问题。方法在磁针中加入磁性磨粒增加磁针束的柔性,同时磁针为磁性磨粒提供研磨压力和切削力。将三相正弦交流电接入定子线圈,利用交流电的相位差产生旋转磁场,驱动混合磨料对微小复杂工件进行研磨。在混合磨料总质量不变的条件下,依次采用磁针、磁性磨粒和不同质量混合比的混合磨料进行对比试验。结果相较于单一磨料,使用混合磨料加工40 min后的工件表面形貌较好,表面粗糙度值下降幅度大,且有较大的材料去除量。当磁针与磁性磨粒的质量混合比为1∶2时,加工后的工件表面形貌最佳,无明显加工纹理和磁针碰撞痕迹,工件表面粗糙度值由原始的1.0μm下降到0.54μm左右,材料去除量为2.8 mg左右,微小沟槽内无研磨盲区。结论在电磁研磨工艺中,使用磁针和磁性磨粒质量比为1∶2的混合磨料可提高研磨效果,避免磁针的碰撞对工件表面造成损伤,磁针可将磁性磨粒挤入工件微小沟槽,无研磨盲区。     

超声波辅助磁力研磨TC4薄壁细长管内表面研究

针对传统磁力研磨对长径较大的TC4薄壁细长管内表面进行精密抛光时,研磨效率低、材料去除量小且加工后表面质量差的问题,提出了一种超声振动辅助磁力研磨技术。采用超声振动发生装置辅助磁力研磨,通过对辅助磁极添加轴向振动,实现对TC4薄壁细长管内表面的高效精密抛光。对比添加超声振动前后工件的表面质量以及研磨效率的变化,分析了不同振动频率对工件的表面粗糙度值以及材料去除量的影响。结果表明:经过40min的研磨加工,添加了超声振动后工件的表面质量得到明显改善,表面粗糙度值由Ra1.4μm降至Ra0.25μm,材料去除量可达到50mg,高频率的振动有利于提高研磨效率以及改善工件表面的加工质量。     

磁粒研磨加工技术的研究进展

磁粒研磨加工是一种应用广泛且高效的表面加工技术,具有加工质量高、适用范围广、柔性加工、自锐性好、易于实现自动化等优点,能够有效去除工件表面的划痕、积碳、毛刺和卷边等缺陷.首先,综述了磁粒研磨加工技术的发展与研究,包括磁粒研磨加工技术的提出与发展、数学模型分析和加工参数产生的影响,其中着重论述了加工过程中单颗磨粒的力学模型建立以及铁磁相和研磨相的配比问题,并且从磁极形状、磁极转速、加工间隙和磨料性能四个方面分析了加工参数对研磨过程的影响.然后,分类介绍了磁粒研磨加工技术应用于平面、圆柱外表面和圆柱内表面时的加工原理,并对其加工特点进行了总结.归纳了几种磁粒研磨加工技术的发展方向,包括电磁磁粒研磨加工、超声辅助磁粒研磨加工、化学辅助磁粒研磨加工和电化学辅助磁粒研磨加工,对这几种新型复合加工方法的加工原理以及所能达到的实验效果进行了介绍,并评述了其各自的加工特点.最后,提出了当今磁粒研磨加工技术研究中存在的一些缺陷,并对其未来的发展趋势进行了展望.     

小孔内表面磁力研磨加工技术研究进展

磁力研磨加工是提高小孔内表面质量的一种重要光整技术,利用该技术能高效提升小孔类零部件在极端环境下的使役性能。针对小孔内表面的磁力研磨光整加工,按其发展历程对磁力研磨加工技术进行总结,归纳了磁性磨粒研磨、磁针磁力研磨、液体磁性磨具研磨、超声辅助磁力研磨和电解磁力复合研磨等加工方法的技术特点,并分析评述了其局限性。对磁力研磨加工过程中材料去除机理进行了研究,材料主要以微量切削与挤压、塑性变形磨损、腐蚀磨损、电化学磨损等方式去除,材料种类不同,去除机理也不同。其中,硬脆性材料主要以脆性断裂、塑性变形和粉末化的形式去除;塑性材料在经历滑擦阶段、耕犁阶段和材料去除阶段后主要以切屑的形式去除。此外,还对磁力研磨加工过程中的材料去除模型进行了研究,对单颗磁性磨粒材料去除模型和“磁力刷”材料去除模型进行了分析讨论。最后,对磁力研磨加工技术今后的研究发展给出了建议并进行了展望。     

基于磁力研磨加工的法兰类零件表面质量的试验研究

管道、管件或器材连接处所使用的法兰盘在加工时因其内表面会产生微裂纹、褶皱等缺陷,导致使用寿命下降。用传统的抛光工艺难以实现对法兰盘管内表面的光整加工,使用磁力研磨加工工艺却可以很好地解决这一难题。通过对XK7136C数控铣床的主轴进行改造而成的研磨试验平台,其磁极主轴在给定数控程序的走刀路径下,带动侧面开槽的磁极进行转动,从而实现磁性磨粒对法兰盘管内表面光整加工的目的。对磁研磨法加工法兰盘管内表面的原理及磁性磨粒的受力情况进行了的分析,试验结果表明:法兰盘零件弯管内表面经过研磨后,原有的表面质量明显改善,表面粗糙度的值由3.46μm降低到1.18μm,验证了磁力研磨对法兰盘管内表面的光整加工效果良好。     

脉冲电磁场辅助平面磁粒研磨加工试验

目的 在传统的平面磁粒研磨加工中添加脉冲辅助磁场,增大加工区域中磁感应强度和加工时磁感应强度动态变化,丰富磨料粒子在加工时的运动形式,使研磨轨迹复杂化,降低工件表面粗糙度,获得更好的工件表面形貌.方法 通过分析磨料粒子在有无辅助磁场时各自的受力情况,探究辅助磁场对磨料在加工时运动状态的影响,研究脉冲辅助磁场下磨料的运动...     

聚磁盘形状对磁粒研磨加工管件内表面的影响

目的提高磁粒研磨法加工管件内表面的质量及加工效率,探究磁粒研磨法中不同形状的聚磁盘对管件内表面的影响。方法利用Maxwell软件对轴向开槽聚磁盘与不开槽聚磁盘进行磁场强度模拟和磁感应线模拟,分析不同形状的聚磁盘的磁感应强度变化和磁场强度分布。利用磁粒研磨法对工件内表面进行研磨加工,对研磨之后的工件表面粗糙度进行测量,并对微观形貌进行观察。结果在磁粒研磨工具转速为500 r/min、加工时长为15 min的条件下,聚磁盘为未开槽时,表面粗糙度由原始的0.509μm降至0.127μm,表面粗糙度改善率(%ΔRa)为75.04%;当聚磁盘为轴向开槽时,工件表面粗糙度由原始的0.553μm降至0.097μm,工件的表面粗糙度改善率(%ΔRa)为82.45%。结论在相同的加工条件下,当聚磁盘轴向开槽时,相对于轴向不开槽的聚磁盘,磁粒研磨管件内表面的研磨效果更好,表面粗糙度改善率和研磨效率更高。     

脱合金法在TC4钛合金磁粒研磨光整加工中的应用

为解决TC4钛合金表面材料的定量去除问题,提高TC4钛合金磁粒研磨光整加工的效率,采用电化学脱合金法对不同浓度的Na OH溶液进行分析,得出最佳电解液浓度为1.5 mol/L;利用动电位和恒电位极化确定脱合金临界电压为2.1 V。在1.5 mol/L NaOH溶液中,2.1 V电压下进行脱合金试验,TC4钛合金表面获得连续均匀的纳米多孔结构。脱合金3、6、9 h后,工件表面纳米多孔层的维氏硬度分别降低29.4%、39.5%、46.7%。摩擦磨损试验中,磨球穿透纳米多孔层的时间分别为11、21、35 min,纳米多孔层厚度分别达到2.2、3.8和6.2μm。对TC4钛合金和脱合金工件进行磁粒研磨光整加工,研磨加工165 min后,TC4钛合金表面6.2μm厚度的磨痕得到有效去除;研磨加工45 min后,脱合金工件表面6.2μm厚度的纳米多孔层被有效去除,研磨效率提升72.7%。使用脱合金-磁粒研磨复合加工的方法,实现了TC4钛合金表面材料的定量去除,而且降低了表面材料的维氏硬度,提高了磁粒研磨的加工效率。     

磁力研磨工艺对整体叶盘表面完整性的影响

针对铣削加工对整体叶盘零件表面完整性控制不能满足使用要求的难题,利用磁力研磨所特有的柔性、自适应性、可控性等优点,研发了一种基于机器人的自由曲面磁力研磨装置,对整体叶盘零件进行加工试验。试验结果表明:经过磁力研磨后零件的表面粗糙度数值大幅度降低;铣削加工残留下来的加工纹理基本去除;原始表面上的微裂纹减弱或彻底消除;近表层原始显微组织中的变质层被部分去除;残余应力也明显减小。由此表明磁力研磨加工工艺能够提高整体叶盘的表面完整性,从而可以提高零件的疲劳强度和使用寿命。     

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。     

磁性磨具光整加工中基于Halbach Array的磁场设计与实验研究

目的提高磁性磨具表面光整加工技术对30CrMnSi高强度结构钢表面的加工效率,解决以往永磁式磁性磨具光整加工中磁场强度弱、磁能利用率低的问题。方法首先对30CrMnSi导磁工件的材料去除机理进行分析,探讨了磁感应强度B对工件材料去除的重要性。然后基于海尔贝克阵列(Halbach Array)进行了磁场的设计,通过理论计算和仿真分析,确定了永磁单元尺寸和磁场布置方案。最后以自制粘接性磁性磨料,对30CrMnSi板材进行单因素光整加工实验。结果根据磁场计算和仿真结果,确定了Halbach Array永磁阵列两个周期为最佳的磁场布置方案,并获得了理想的磁场强度和最佳的磁场分布。对30CrMnSi板材的加工实验表明,粗糙度下降百分比(%ΔRa)随着磁极转速和磨粒目数的增大而增大;磁性磨料中铁磁相与磨粒相质量比为3∶1、磁极转速为500 r/min、磨粒目数为240目时,加工效果最好,获得了Ra=0.129μm的表面,粗糙度最大下降百分比为90.74%。结论使用HalbachArray的方法对永磁场进行设计,可以增大加工区域的磁场强度并改善磁场分布,从而提高对30CrMnSi高强度结构钢表面的加工效率。     

模具型腔自动化磁力研磨光整加工

介绍了自由磨粒磁力研磨光整加工机理,在3_TPT五自由度并联机床上对模具型腔进行磁力研磨光整加工试验,研究了磁感应强度、研磨间隙、磨料粒度以及研具表面形状对模具型腔进行磁力研磨光整加工的影响及其变化规律。