磁力研磨法光整内凹槽底面的工艺参数优化

为提高磁力研磨法光整异形波导管内凹槽底面的研磨效率和研磨效果,解决其难光整问题,采用正交试验法研究钢珠直径、加工间隙、磁极盘转速3个主要工艺参数对表面粗糙度降低率ΔR_a的影响,并采用极差分析和方差分析法对工艺参数进行分析和优化。试验确定的最佳工艺参数组合是钢珠直径为1.0 mm,加工间隙为1 mm,磁极盘转速为800 r/min。采用最佳工艺参数对试样进行研磨抛光,加工30 min后试样表面的大量突起被去除,表面粗糙度值R_a从初始的11.059 μm降至1.513 μm,粗糙度降低率ΔR_a达到最大值86.3%,试样的表面质量得到有效改善。      

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。     

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。     

选区激光熔化TC4钛合金表面磁力光整加工的表面质量

为了研究磁力光整加工工艺对SLM制备的TC4钛合金表面完整性的影响,采用响应曲面法对钛合金试样进行三因素三水平的响应曲面分析试验。首先使用数控成形磨床对SLM制备的TC4钛合金试样进行磨削加工,磨削加工将钛合金试样表面粗糙度从6μm(SLM成形后)下降到约0.6μm,使带有球状体和凹坑等缺陷的粗糙表面演化为有划痕和孔隙的细表面。然后在不同的磁力光整加工工艺参数下,利用XK7136C数控铣床改造的磁力光整加工系统,采用雾化法制备的新型Al2O3/铁基球形磁性磨料对钛合金试样进行磁力光整加工,分析加工后钛合金试样的粗糙度、表面形貌以及残余应力,并确定最佳工艺参数。结果表明：当磁力光整加工工艺参数分别为主轴转速1 000.00 r/min,加工间隙1.50 mm,进给速度15.00 mm/min时,磁力光整加工效果最好,钛合金试样表面粗糙度由初始的0.6μm降低到0.065μm,试样表面均匀,划痕和表面缺陷被有效去除,达到接近镜面效果。试样表面的残余应力由最初的拉应力+297.4MPa转变为压应力-237.8MPa。利用磨削加工和磁力光整加工技术对SLM制备的TC4钛合金试样进行光整加工,可...     

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。     

磁力研磨光整加工ZrO2陶瓷材料试验研究

目的利用磁力研磨光整加工技术提高ZrO_2陶瓷材料的表面质量,并探究主要工艺参数对ZrO_2陶瓷表面质量的影响规律,得到磁力研磨光整加工陶瓷材料的最优工艺参数组合。方法采用开米字槽的研磨磁极头,利用球形磁性磨料对ZrO_2陶瓷材料进行磁力光整加工。借助XK7136C数控铣床对工件材料进行加工试验,探究其表面改性能力。借助白光干涉仪和扫描电镜对抛光后的表面形貌进行检测分析,采用单因素试验法探究主轴转速、加工间隙、磨料填充量和进给速度对表面粗糙度的影响,并设计合理的交互正交优化试验,寻求最佳的工艺参数组合。结果在磁力研磨光整加工ZrO_2陶瓷材料过程中,当转速S=1000 r/min,加工间隙δ=2.5 mm,磨料填充量m=2.5 g,进给速度v=15 mm/min时,工件平均表面粗糙度可由研磨前的1.950μm下降到0.493μm。通过白光干涉仪和扫描电镜等对材料表面的检测分析可知,加工后工件的表面毛刺大大减少,表面质量得到了改善。结论采用磁力研磨光整加工技术和最佳参数组合,可以有效地降低ZrO_2陶瓷材料的表面粗糙度,得到高质量的表面。     

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。     

旋转超声振动辅助磁力研磨玉石表面试验研究

该试验研究为提高玉石材料表面加工质量和加工效率,去除工件表面微裂纹、褶皱、划痕,提出旋转超声辅助磁力研磨加工技术对玉石表面进行光整加工的方法。对比了普通研磨和旋转超声辅助磁力研磨加工后玉石表面质量,分析了超声波频率、磁性研磨头直径和主轴转速对加工质量的影响效果。试验结果表明:当主轴转速1500r/min、研磨头直径为30mm,采用19 k Hz高频振动频率对玉石表面研磨30min时,玉石表面研磨的表面粗糙度及表面形貌效果最好,玉石表面粗糙度从0.89μm降至0.13μm,有效的提高了玉石表面质量。     

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。     

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。     

磨粒类型对K9玻璃剪切增稠抛光的影响

目的 采用剪切增稠抛光方法对K9玻璃进行抛光,以工件表面粗糙度Sa为评价指标,研究不同磨粒抛光液对K9玻璃的抛光效果。方法 采用金刚石、CeO2、Al2O3和SiO2等4种单一磨粒,以及金刚石+SiO2混合磨粒,制备了不同的剪切增稠抛光液,并测试其流变特性。以?20 mm K9玻璃圆片为工件,首先在相同磨粒浓度下,进行4种单一磨粒抛光液的抛光实验,观测在抛光时间不同时工件表面粗糙度Sa的变化情况,比较4种抛光液的抛光效果。然后,对比CeO2抛光液与金刚石+SiO2混合磨粒抛光液的抛光效果,并分析讨论混合磨粒抛光液的材料去除过程。结果 使用CeO2抛光液抛光35 min后,将工件的表面粗糙度Sa从(233.1±15.2)nm降至(1.6±0.2)nm;金刚石抛光液次之,在抛光55 min后工件的表面粗糙度Sa达到(1.86± 0.2)nm;Al2O3抛光液的效果相对最差。采用SiO2(质量分数10%)+金刚石(质量分数5%)抛光液,在抛光5 min后工件的表面粗糙度Sa比CeO2抛光液的低53.3%;在抛光35 min后,工件的表面粗糙度Sa从(230.7±10.5)nm降至(1.43±0.9)nm。在金刚石(质量分数5%)抛光液中添加不同浓度SiO2磨粒的抛光实验中发现,在抛光初始阶段,抛光效率随着SiO2磨粒浓度的增加而增大。结论 CeO2抛光液和SiO2(质量分数10%)+金刚石(质量分数5%)抛光液的抛光效果相对最优,后者在低表面质量时的抛光效率更高。     

基于响应面法的钛合金Halbach阵列增强磁流变抛光工艺参数优化

目的 提高钛合金磁流变抛光的表面质量和抛光效率。方法 用Halbach磁场阵列强化磁场,通过载液盘与磁铁反向旋转来增强磁流变抛光效率,使抛光头拥有更强的恢复性与自锐性。通过仿真模拟和实际测量对比研究Halbach阵列与N-S阵列的磁场分布和磁场梯度。依照试验结果描述抛光剪切力、表面粗糙度与表面微观形貌随时间的变化规律。采用响应面法优化载液盘转速、磁铁转速和加工间距等3个工艺参数,建立剪切力和表面粗糙度的拟合方程数学预测模型,并对其中的不显著项进行优化。结果 在响应面交互作用分析中,工艺参数对剪切力的影响的大小顺序为加工间距、磁铁转速、载液盘转速;对表面粗糙度影响的大小顺序为载液盘转速、磁铁转速、加工间距。根据不同的需求,确定选定范围内的工艺参数组合,需要快速去除材料时,使剪切力趋于最大值的工艺参数组合为载液盘转速227 r/min,磁铁转速64 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度Sa为34.911 nm的光滑表面。抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为0.812 N。需要最优表面质量时,使表面粗糙度值趋于最小值的工艺参数组合为载液盘转速300 r/min,磁铁转速150 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度Sa为26.723 nm的光滑表面。抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为0.796 N。结论 Halbach阵列拥有较高的磁场强度和富有空间变化的磁感线,能够使磁流变液中的磁链呈现出更多的姿态变化。根据响应面法优化后的剪切力和表面粗糙度预测模型,预测结果与验证试验结果相差很小,预测模型的准确度与可信度较高。     

复杂型面数控抛光系统的研究与开发设计

为缩短复杂型面数控抛光的周期,提高加工效率和降低编程难度,设计出了一款面向复杂型面的自动抛光数控编程系统。重点以自动抛光数控编程系统为开发目标,分析系统需求,设计系统整体框架和操作流程;利用Solidworks二次开发技术,以动态链接库文件形式进行开发,完成文件管理、轨迹生成、数据提取与规划、后置处理和加工仿真功能模块设计,各功能模块相互独立;详细分析了抛光轨迹数据提取过程与算法设计,并进行了刀路优化。最后将手机壳作为抛光工件,对系统功能进行仿真测试,验证了抛光系统的可行性与实用性。     

磨料水射流喷丸对渗碳GDL-1钢表面完整性及疲劳性能的影响

为研究后混合磨料水射流喷丸对渗碳后GDL-1钢表面完整性及疲劳性能的影响规律,利用X射线应力衍射仪、粗糙度仪、显微硬度仪、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析了水射流喷丸强化对试样表面残余应力场、粗糙度、硬度、形貌、组织的变化规律,并用升降法测定了抛光及抛光+水喷丸两种状态下渗碳GDL-1钢拉压疲劳性能。结果表明:试样经水喷丸处理后,表面粗糙度有所增加,并且有磨料撞击形成的小凹坑及在表面残留有玻璃磨料,但同时表层脱碳层大部分被去除,硬度得到显著提升、残留奥氏体含量降低,晶粒得到细化,并且在表面形成一定深度的残余压应力层。经水喷丸处理的试样,其较未经水喷丸的疲劳极限提高了19%,且疲劳源全部在远离表面接近1/2R位置形成,这说明水射流喷丸在表层产生的高残余压应力和晶粒细化可以显著提高渗碳钢的疲劳性能。     

小口径非球面小球头接触式抛光及磁流变抛光组合加工

目的 为了提高非球面光学模具的表面质量和加工效率。方法 分析当前非球面超精密抛光方式及其特点,针对小口径非球面光学模具,提出一种小球头接触式抛光及磁流变抛光的组合加工方法,对小球头进行设计,并抛光碳化钨圆片,对比小球头接触式抛光及轴向、径向、水平方向磁极的永磁体球头的磁流变抛光的加工性能。分别对编号为1^#、2^#、3^#等3个相同轮廓形状的碳化钨非球面模具进行单一方式抛光试验和组合加工试验。结果 通过对小球头抛光碳化钨圆片的加工性能进行分析发现,接触式抛光小球头的去除率为926.5 nm/h,表面粗糙度达到4.396 1 nm;轴向、径向、水平方向磁极的永磁体小球头磁流变抛光的去除率分别为391.7、344.3、353.7 nm/h,表面粗糙度分别为1.425 2、1.877 6、1.887 5 nm。对采用组合加工方法抛光碳化钨非球面的有效性进行验证时发现,非球面1^#在单一接触式抛光60 min后表面粗糙度从8.786 6 nm降至3.693 2 nm;非球面2^#在单一磁流变抛光60 min后表面粗糙度从8.212 1 nm降至1.674 5 nm;非球面3^#在组合抛光方法下先进行15 min接触式抛光,再进行15 min磁流变抛光,表面粗糙度从8.597 2 nm降至1.269 4 nm,面形精度由175.2 nm提高到138.4 nm。结论 组合加工方法可以弥补单一抛光方法的缺陷,并能有效地提高工件的面形精度。与单一接触式抛光方法相比,组合加工方法获得的表面质量更好,抛光后表面粗糙度为1.269 4 nm,远小于单一接触式抛光下的3.693 2 nm;与单一磁流变抛光方法相比,组合加工方法更高效,将样件抛光到同等级别粗糙度所需时间从60 min减少至30 min。     

A study on stainless steel mirror surface polishing by using the electrophoretic deposition method

Polishing wheels with homogeneously organized micro abrasive grains, uniformly dispersed by electrophoretic deposition (EPD), can be applied in mirror-like polishing process. This work studies the characteristics of EPD and mechanical polishing when SUS316LVV is polished. Abrasive grains with blunt edges are easily ablated from the polishing wheel by friction during polishing. The polishing wheel can be continuously refreshed by adding new abrasives. A superior surface polishing quality can thus be obtained. The control parameters of the EPD polishing process include the working voltage, the rate of rotation of the polishing wheel, the polishing feed rate, the polishing time, the axial loading and the pH value of the electrolyte, etc. Experimental results indicate not only that SiC particles of size 0.9–1.5 μm were used in EPD polishing, but also that the initial roughness of a machined surface could be improved from 0.5 μm Ra to 0.02 μm in 8 min, yielding a mirror-like surface.     

抛光垫表面微细结构对抛光性能的影响试验

抛光垫是影响抛光加工效率和表面质量的关键因素之一,但影响规律和作用机理尚不清晰。为研究抛光垫表面微细结构对抛光性能的影响规律,制作有、无固结磨料的表面六边形微细结构抛光垫,分别对YG15硬质合金、单晶Si和单晶4H-SiC三种硬度差异较大的工件进行抛光试验。结果表明：各抛光垫对不同硬度工件抛光效果的影响规律一致,随着抛光工件的硬度增大,各抛光垫的材料去除率（MRR）减小,表面粗糙度Ra增大。抛光垫内的固结磨料能将MRR提高5～10倍,但也会导致Ra增大5～20倍。抛光垫表面微细结构会使得抛光过程中有效接触面积Ap和有效磨粒数Ns减小而导致MRR下降,而抛光垫硬度的增加能够部分弥补抛光垫表面微细结构造成的影响,抛光工件硬度越大,弥补效果越好。增加游离磨料能够有效降低抛光后Ra并提高硬度较大工件的MRR（上升约8%）,但对硬度较小工件的MRR有抑制作用（下降约27%）。根据抛光试验结果,建立工件-磨料-抛光垫接触模型,深入分析抛光垫表面微细结构、表面硬度对不同硬度工件抛光MRR和表面质量的作用机理,为不同工件抛光时抛光垫的选择提供了理论基础。     

陶瓷球高效超光滑磁流变柔性抛光新工艺研究

目的为实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光,提出一种集群磁流变抛光陶瓷球的新工艺。方法在传统V型槽抛光陶瓷球的基础上增加集群磁极和上盘旋转动力,配制适当的磁流变抛光液,通过在上下抛光盘的集群磁极,形成磁流变抛光垫包覆陶瓷球,进行研磨抛光加工。然后,基于陶瓷球工件几何运动学和动力学分析得到球体各运动参数的影响关系,利用机械系统分析软件ADAMS对成球过程进行动态仿真,可以看出该抛光方法能够主动控制球体的运动,实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络。最后,根据仿真结果,通过调整上下抛光盘的转速比、偏心距和加工间隙等参数,控制陶瓷球的自转角,实现球面的快速高效超光滑抛光。结果用自行设计的陶瓷球集群磁流变抛光实验装置,对氮化硅陶瓷球进行抛光2.5 h,表面粗糙度Ra从60 nm左右下降到10 nm左右,球形误差为0.13μm,达到了陶瓷球轴承氮化硅球的国家标准(G5水平)。结论集群磁流变抛光方式可以实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络,实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光,值得进一步深入探讨研究。     

增材制造金属零件抛光加工技术研究进展

金属增材制造在航空航天、医用植入等领域有良好的应用前景,但成型表面质量差,未经后处理加工无法满足高使役性要求,抛光加工是高性能金属增材制造技术链中的关键环节。概述了增材制造金属零件应用现状和生长过程固有的阶梯效应、球化效应、粉末粘附等特性,以及成型表面高粗糙度等形貌特征。在此基础上,重点综述了增材制造金属零件抛光加工中应用较广的电化学、激光、磨料流三种抛光技术的研究进展,以不同制造工艺、不同金属粉末材质、不同结构形式(多孔结构、高长径比流道等)的增材制造样件为主线,通过表面粗糙度、材料去除、表层残余应力、廓形精度保持性等技术指标,对增材制造金属零件抛光加工研究成果进行了归纳总结。最后展望了增材制造金属零件抛光技术的发展方向。     

新型抛光垫沟槽及其在化学机械抛光中的作用研究进展

化学机械抛光过程中,抛光垫性能是影响抛光质量和抛光效率的重要因素之一,而抛光垫的性能又受其表面沟槽结构形状的影响。在介绍几种常见抛光垫沟槽结构形状的特性及其作用研究的基础上,介绍了新型抛光垫沟槽的研究进展,总结了几种新型抛光垫沟槽对抛光效果的影响,为抛光垫沟槽特性的进一步研究提供参考。