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。     

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。     

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。     

HR-2钢精密零件表面磁力研磨磨粒加工机理研究

磁性研磨是一种利用磁场中的磁性磨料对具有相对运动的工件表面进行光整加工的新技术。本文对磁性磨粒的加工机理进行了分析，对奥氏体不锈钢精密薄壁零件表面进行了磁性研磨工艺试验。通过试验找出了磁性原料：铝镍钴（AlNiCo）；磁性磨料粒度：60^#-70^#；在工件转速、磁感应强度、研磨时间等工艺参数为定值时，加工的奥氏体不锈钢精密薄壁零件的表面粗糙度达到了Ra0．1μm的要求。     

黏结法制备铁基碳化硼磁性磨粒

目的 为解决现有铁磁性磨粒中研磨相材料价格昂贵、硬度不够和性价比低等问题,采用碳化硼粉末制备出一种具有成本低和性价比高的新型磁性磨粒。方法 采用黏结法制备铁基碳化硼磁性磨粒,探究制备工艺中不同成分配比对其研磨性能的影响。通过扫描电子显微镜观察磁性磨粒表面形貌,并进行面扫能谱分析观察磨粒中研磨相分布情况;采用表面粗糙度测量仪与3D超景深显微镜对研磨前后的工件表面质量进行对比分析;结合钛合金平板试件的研磨试验结果评价磁性磨粒的研磨性能,最终确定黏结法制备铁基碳化硼磁性磨粒的最佳方案。结果 压制力为100 kN,物料与黏结剂量比为10︰1,粒径比为4︰1时,磁性磨粒的切削刃较为明显,研磨效果达到最佳。使用此磁性磨粒研磨30min后,钛合金平板试件的表面粗糙度由原始的Ra 0.88μm降至Ra 0.07μm,有效去除了工件原始表面的缺陷和加工纹理,改善了工件的表面质量。结论 在黏结剂中加入无水乙醇可解决黏结剂过于黏稠、不利于与物料混合的问题。采用此黏结法所制备的铁基碳化硼磁性磨粒能够有效地完成对钛合金材料的加工,铁基碳化硼磁性磨粒可以作为性能优良的磨削介质参与研磨,并能够满足磁粒研磨光整加工的...     

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。     

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。     

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。     

基于研磨氧化锆陶瓷的金刚石/铁磁性磨粒制备研究

目的 为解决氧化锆陶瓷研磨困难这一问题，制备一种新型磁性磨粒。方法 采用粘接法制备金刚石/铁磁性磨粒，探究制备工艺中不同成分配比对其研磨性能的影响。通过扫描电子显微镜对磁性磨粒进行表面形貌分析，结合氧化锆陶瓷板件的研磨试验，采用表面粗糙度测量仪与3D超景深显微镜对研磨前后的工件表面质量作对比分析，以此来评价磁性磨粒的研磨性能，最终确定较优的磁性磨粒制备工艺参数。结果 压制力为0.3 MPa，混料与粘合剂质量比为10∶1，粘合剂中6101环氧树脂、有机硅树脂与651固化剂质量比为4∶1∶5时，磁性磨粒的切削刃数、粘合剂自身的粘接强度及耐热性都达到最佳。使用此磁性磨粒研磨40 min后，氧化锆陶瓷板件的表面粗糙度（Ra）由原始的1.493 μm降至0.116 μm，有效去除了原始表面缺陷和加工纹理，改善了表面质量。结论 在粘合剂中加入有机硅树脂可解决研磨相在铁基体上把持力不足的问题，采用此粘接法所制备的金刚石/铁磁性磨粒能够顺利完成对超硬氧化锆陶瓷材料的加工，金刚石/铁磁性磨粒可以作为性能优良的磨削介质参与研磨，并能够满足磁粒研磨光整加工的要求。     

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。     

Behavior of the magnetic abrasive tool for cutting edge preparation of cemented carbide end mills

Magnetic abrasive processes combine characteristics of grinding and lapping. Due to deformable tool behavior, complex surface shapes and edges can be machined. Therefore, this process is predestined for preparation of drilled cutting tools. High quality finishing results require in depth process expertise. This paper focuses on the behavior of the magnetic abrasive tool taking Magnetfinish^® kinematics into account. Main characteristics of the magnetic abrasive tool behavior during finishing end mills of 12 mm diameter are reshaping and in-process densification of magnetic abrasive layer. Consequently, flute surface modifications occur only in the cutting edge surrounding area. Furthermore, in-process displacements of magnetic abrasive cause non-uniform cutting edge rounding. SEM images indicate abrasive motion along the cutting edge as the best method to obtain smooth cutting edge surface.     

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。     

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行为机理。利用Ansoft Maxwell软件对电磁铁不同形状的磁极头产生的磁场进行模拟对比,确定理论上最优的磁极头形状。同时模拟对比脉冲电流在不同时刻加工区域内磁感线的分布情况,以及恒定磁场和脉冲磁场下磨料的运动轨迹。通过试验对比无辅助磁场、恒定辅助磁场和脉冲辅助磁场下磁粒研磨加工SUS304不锈钢的表面形貌和表面粗糙度。结果在磁粒研磨加工中,磁性磨料分布受磁感线的影响,在脉冲辅助磁场的作用下加工区域内的磁性磨料会随磁感线的变化而做周期性的往复运动,加工时会有更为复杂的研磨轨迹。模拟3种不同形状的磁极头在加工区域产生的磁感应强度曲线,平面、圆锥面和半球面在中点处的磁感应强度峰值分别为655、636、702 mT。以SUS304不锈钢板作为试验对象,原始表面粗糙度为0.46μm,采用半球形的电磁铁磁极头,在研磨间隙为2 mm、永磁极转速为800 r/min、进给速度为5 mm/s的试验条件下,对比电磁铁不通电、通入0.8 A直流电流、通入1 Hz,占空比50%,峰值电流0.8 A的单向脉冲电流3种辅助磁场分别对工件研磨30 min后的工件表面形貌,无辅助磁场时工件表面仍残留一些原始纹理;恒定辅助磁场下工件表面原始纹理被去除,但表面存在明显圆弧形研磨痕迹;脉冲辅助磁场下工件表面形貌更为光整、平滑。研磨后工件表面粗糙度分别降至0.28、0.13、0.06μm。结论脉冲磁场辅助磁粒研磨在提高加工区域磁感应强度的同时,可使磁性磨料在加工时做周期性运动,研磨轨迹复杂化,促进了磨料的更新,相比传统磁粒研磨和恒定辅助磁场磁粒研磨工艺,脉冲磁场辅助磁粒研磨加工后的工件表面形貌更加平滑,表面粗糙度更低。     

Study on cylindrical magnetic abrasive finishing using unbonded magnetic abrasives

The process principle and the finishing characteristics of unbonded magnetic abrasive within cylindrical magnetic abrasive finishing are described in this study. The unbonded magnetic abrasive is a mechanical mixture of SiC abrasive and ferromagnetic particles with a SAE30 lubricant. Iron grit and steel grit, for which three various particle sizes were prepared for both, were used as ferromagnetic particles, each of them being mixed with 1.2 and 5.5 μm SiC abrasive, respectively. Also, the finishing characteristics on surface roughness and material removal as well as their mechanisms were investigated. Experimental results indicate that steel grit is more suitable for magnetic abrasive finishing because of its superior hardness and the polyhedron shape. The variations of material characteristics on the work surface both before and after finishing were also investigated. Si content was increased obviously, however its corrosion resistibility decreased on a surface that was finished via steel grit mixed with SiC abrasive.     

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。      

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.     

砂轮表面形貌仿真方法研究

砂轮表面形貌对磨削加工过程和已加工表面质量有着极大影响,但由于砂轮表面磨粒分布的随机性,描述砂轮表面形貌非常困难。通过对砂轮表面进行采样和数据处理,运用统计学理论和Johnson变换方法获得了非正态分布砂轮表面形貌的数学描述方程,在此基础上对砂轮表面形貌进行仿真。选用伯明翰14参数集的部分参数作为评价标准,对测量的砂轮表面形貌和仿真形貌进行比较,结果显示:二者具有很好的一致性,6个参数的平均相对误差仅为2.97%。结果充分证明了该仿真方法的正确性。      

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。