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。     

低频交变磁场超精密平面磁力研磨加工研究

目的 通过利用低频交变磁场下产生的变动磁力,改善传统磁力研磨加工中磁力刷变形、磨料结块、磨料利用率低等问题,实现平面超光滑、纳米级加工。方法 在电磁线圈中通入频率为3 Hz的交流电流,产生低频交变磁场。利用磁通密度测量仪（EMIC Gauss Meter GM 4002）对加工区域磁感应强度进行测定,考察低频交变磁场的磁场强度分布状况。设计组装一套研磨压力测量系统,利用数据记录处理软件对比分析低频交变磁场和直流磁场所产生的研磨压力,深入研究研磨工具（磁簇）在低频交变磁场作用下的变化规律。研制一套低频交变磁场平面磁力研磨加工装置,以SUS304不锈钢板为加工对象,并与直流磁场进行对比实验,验证利用低频交变磁场进行磁力研磨的可行性及加工性能。结果 低频交变磁场中各点磁感应强度均在峰值与谷值之间不断变化,其变化规律近似于正弦分布。在磁极边缘（R=7.5 mm）,产生最大峰谷值;从磁极半径（R=6 mm）到磁极中心（R=2 mm）,磁场强度逐步减弱。低频交变磁场下研磨压力值呈周期性变化,且研磨压力的平均值大于直流磁场下的值。磁簇在低频交变磁场作用下产生周期性振动。磁簇呈收缩状态时,磁性粒子带动磨料上浮于磁簇前端。当磁场方向改变时,磁簇先呈发散状态,然后收缩,此过程中磨料颗粒与磁性粒子再次混合。如此循环更新,不仅解决磁簇与工件接触后产生的变形问题,而且提高了磨料的利用率,保证研磨工具稳定。分别使用低频交变磁场和直流磁场对SUS304不锈钢板进行研磨,使用油基研磨液,主轴转数为350 rad/min,交流电流有效值为1.9 A,频率为3 Hz。第一阶段选择平均粒径为30 μm的电解铁粉和WA#10000的磨料颗粒,经过60 min研磨,表面粗糙度值分别为35.28 nm和81.36 nm;第二阶段选择平均粒径6 μm的羰基铁粉和1 μm的金刚石粉,研磨时间60 min,最终表面粗糙度值分别达到4.51 nm和17.58 nm。结论 利用低频交变磁场能够实现研磨工具（磁簇）的循环更新,提高磨料利用率。与直流磁场相比,利用低频交流磁场磁力研磨法所获得的加工表面均匀、无划痕,实现了平面超光滑纳米级加工。     

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。     

基于低频交变磁场的陶瓷管内表面磁力研磨加工∗

为解决陶瓷管内表面质量问题,提高磨料利用率,寻求低频交变磁场下磁力研磨加工的最佳工艺参数,利用 Maxwell 软件对加工区域进行磁场仿真,采用 Box-Behnken 进行响应面试验设计并优化工艺参数,用 ANOVA 验证表面粗糙度预测模型的合理性。 结果表明:低频交变磁场加工区域中磁场强度可达 650. 04 kA/ m,磁感应强度可达 0. 82 T,表面粗糙度预测模型调整后的拟合优度 R²_adj 为 91. 65%,经过响应面优化后得到的最佳工艺参数为工件转速 977. 78 r/ min,铁磁粒子粒径 210. 61 μm,金刚石粒子粒径 3. 35 μm,电流频率 3. 01 Hz,使用调整后的工艺参数加工氧化铝陶瓷管件内表面 120 min 后,表面粗糙度 Ra 由 2. 25 μm 降至 0. 34 μm,使用低频交变磁场进行磁力研磨可以有效提高陶瓷管内表面质量。     

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。     

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。     

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。     

电解磁力复合加工对磁性磨粒性能的影响

利用单纯的磁力研磨工艺加工镍基高温合金等材料时,磁性磨粒失效严重,严重影响了磁力研磨工艺的研磨效果。为了解决这一技术难题,将电化学与单纯的磁力研磨加工工艺结合,通过电解加工在工件表面形成质地较软的钝化膜,再利用磁力研磨对其表面进行加工。对复合加工后的磁性磨粒进行电镜成分分析,得知铝的相对质量分数仅从27.60%降至23.48%,有效地降低了磁性磨粒中研磨相成分的损失,延缓了磁性磨粒的失效时间,提高了磁性磨粒的利用率和使用寿命,从而保证了工件的加工质量。      

磁力研磨精密抛光φ4×150mm TC4管内表面的实验研究

目的提高磁力研磨法光整小直径TC4管内表面时的研磨效率。方法将多个径向充磁的磁极组成柔性磁极链放置在工件的内部,致使整个加工区域的磁感应强度得到大幅度增强,再配合多种运动,完成对小直径细长管内表面的高效精密抛光。利用响应面法分析了工件转速、磨粒粒径和研磨液用量的交互作用对研磨效率的影响规律。结果在磨粒的平均粒径保持不变时,转速在18 000~20 000 r/min范围内时,表面粗糙度值趋于稳定,研磨液用量为8 m L时,表面粗糙度值达到最低。研磨液用量保持不变、转速在18000~20 000 r/min范围内时,表面粗糙度趋于稳定。磨粒的平均粒径为250μm时,表面粗糙度值达到最低。工件转速不变、研磨液用量为8 m L、磨粒的平均粒径为250μm时,工件表面粗糙度值达到最低。经过40 min的研磨,工件各位置的表面粗糙度值Ra稳定至0.35~0.2μm。结论优化后的工艺参数组合为:工件转速20000 r/min、研磨液用量8 m L、磁性磨粒的平均粒径250μm。加工后工件内表面加工均匀性显著提升,原始缺陷被完全去除,达到最佳效果。     

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.     

磁性磨料制备技术的研究进展

磁性磨料是制约磁力研磨技术发展的关键因素。本文介绍了磁性磨料的组成及其性能要求,总结了满足不同应用要求的磁性磨料种类及特点,综述了磁性磨料的各种制备技术及其研究进展。最后,结合磁性磨料的种类、工艺、性能及其应用现状,提出了今后研究应重点关注的方向。     

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。     

磁性磨粒制备技术

磁力研磨是一种新的研磨工艺,本文介绍了用于磁力研磨的磁性磨粒的性能要求及制备技术。     

混合型磁性磨料在磁力研磨加工中的应用

介绍了一种新型的磁性磨料 ,并对该磨料的加工性能进行了实验研究 ,得到了该磨料的最佳配比。这对磁力研磨技术的生产化 ,以及该技术在模具精加工中的应用具有重要的意义     

Metastable austenitic stainless steel tool for magnetic abrasive finishing

Through selective heat treatment, a metastable austenitic stainless steel tool can be fabricated to exhibit alternating magnetic and nonmagnetic regions. Magnetic abrasive is attracted to the borders of the magnetic regions of the developed tool to create additional finishing points. In combination with a multiple pole-tip system, this unique magnetic property facilitates simultaneous finishing of multiple regions for shortening finishing time. This paper describes the fabrication, the crystalline structure, and the resulting magnetic properties of the heat-treated tool. The magnetic abrasive behavior, the finishing characteristics, and a mechanism to extend the finished length are clarified for internal finishing flexible capillaries.     

磁粒研磨新工艺的开发——磁粒喷洒研磨加工系统

提出了一种新的磁力研磨工艺——磁粒喷洒加工系统。它主要应用于非轴对称件的加工，并从理论上对该方法进行了初步的探讨。     

Ultrasonic assisted magnetic abrasive finishing of hardened AISI 52100 steel using unbonded SiC abrasives

Ultrasonic assisted magnetic abrasive finishing (UAMAF) integrates the use of ultrasonic vibrations and magnetic abrasive finishing (MAF) process to finish surfaces to nanometer order in a relatively short time. The present study emphasizes on the fabrication of UAMAF setup. Using this experimental setup, experimental studies have been carried out with respect to five important process parameters namely supply voltage, abrasive mesh number, rotation of magnet, abrasive weight percentage, and pulse on time (T_on) of ultrasonic vibrations selected based on literature available in the area of MAF process and ultrasonic generator controls. Percentage change in surface roughness (?Ra) for AISI 52100 steel workpiece has been considered as response and unbonded SiC abrasives are used in the work. The experimental results showed that the UAMAF process has better finishing potential as compared to those obtainable by using MAF process for similar processing conditions. The surface roughness value obtained by UAMAF was as low as 22 nm within 80 s on hardened AISI 52100 steel workpiece using unbonded SiC abrasives. Scanning electron microscopy and atomic force microscopy studies were carried out to feel the surface texture produced and to identify finishing mechanism.     

钛合金管内表面的电化学磁力研磨复合光整试验

针对热挤压成型对钛合金管的内表面会产生微裂纹、褶皱、毛刺等表面缺陷的问题,提出了一种高效率的电化学磁力研磨复合光整加工方法。设计了电化学磁力研磨复合光整加工的实验装置,分别与纯磁力研磨加工和纯电化学加工进行了光整加工试验对比,检测分析了不同工艺加工前后表面的粗糙度、微观形貌、摩擦磨损行为、表面残余应力和能量谱。结果表明:在相同的加工时间内,与单纯电化学加工和磁力研磨加工相比,电化学磁力研磨复合光整加工的表面粗糙度Ra可达到0.2μm,材料去除量和加工效率显著提高;表面显微形貌要明显优于其他两种加工方式;且加工后表面很好地维持了原有材料的化学成分和表面性质;能够使表面由拉应力转变为约–200 MPa的压应力状态,从而获得更好的表面应力状态。     

有限元法在旋转磁场磁粒研磨加工技术中的应用

磁场分布是影响磁粒研磨加工的重要因素之一，研究磁场分布的主要方法是数值计算法，本文介绍了旋转磁场磁粒研磨加工的基本原理，并用有限元法对旋转电磁场进行了计算，得到了一些重要结论。