磁性剪切增稠光整介质的制备与加工特性研究

目的 解决Ti-6Al-4V器件的纳米级表面光整效率低的问题.方法 开发了一种磁性剪切增稠光整介质,利用设计的磁场发生装置,在主轴转速100 r/min、工作间隙0.5 mm的加工参数下,探究不同磨料粒径和磨料质量分数的光整介质对表面粗糙度的影响.结果 当磨料的质量分数为45％时,在碳化硅粒径为80μm、羰基铁粉粒径为...     

非磁性外圆表面磁性磨粒光整加工实验研究

目的对比不同类型磁性磨粒的光整加工效果,找出加工效果较优的磁性磨粒以提高非磁性外圆表面的光整加工质量。方法以6061铝合金管为研究对象,在相同条件下采用不同类型的磁性磨粒进行光整加工实验。采用粗糙度测量仪测试试件加工前后粗糙度值的变化。使用电子天平测试试件加工前后的质量变化,得出不同类型磁性磨粒加工的材料去除率(MRR)。运用超景深显微镜观测试件加工前后的形貌变化,进一步对比不同类型磁性磨粒光整加工的效果。结果采用粘结法磁性磨粒光整加工时,Ra值从初始的0.326μm减小到0.286μm,Rz值从初始的2.34μm减小到1.95μm,MRR为0.26μm/min。采用简单混合磁性磨粒光整加工时,Ra值从初始的0.346μm减小到0.303μm,Rz值从初始的2.42μm减小到2.09μm,MRR为0.195μm/min。采用粘弹性磁性磨粒光整加工时,6 min后达到加工极限,Ra值从初始的0.332μm减小到0.146μm,Rz值从初始的2.25μm减小到1.05μm,MRR为0.651μm/min。结论与其他类型的磁性磨粒相比,采用粘弹性磁性磨粒光整加工非磁性外圆表面时,加工效果最优,试件表面质量得到大幅度提高。     

球面滚子剪切增稠抛光优化实验

目的 研究球面滚子在剪切增稠抛光过程中,不同抛光参数对表面粗糙度的影响,获得滚子光滑滚动面,并优化抛光工艺参数。方法 基于田口实验设计,以表面粗糙度Sa为评价指标,分析磨粒种类、磨粒浓度、抛光转速、抛光间距等4个抛光工艺参数对球面滚子剪切增稠抛光后表面粗糙度的影响。通过实验分析表面粗糙度Sa的信噪比结果,得出最优的参数组合,并通过摩擦磨损实验评价抛光表面的摩擦磨损性能。结果 得到了优化的工艺参数,Al2O3与SiO2混合磨粒的质量比为1∶1,磨粒的质量分数为10%,抛光转速为70 r/min,抛光间距为4 mm,抛光时间为30 min。在此优化的工艺参数下,球面滚子表面粗糙度Sa从(40±10)nm降至(8.51±2)nm。结论 剪切增稠抛光可以有效地去除球面滚子的表面缺陷,且在抛光过程不会改变滚子的圆度,抛光后滚子表面的摩擦因数减小,表面不易发生氧化物堆积。采用剪切增稠抛光可以有效提高GCr15球面滚子的表面质量。     

基于田口法的石英玻璃剪切增稠抛光工艺参数优化

目的 研究石英玻璃剪切增稠抛光(STP)过程中,不同抛光参数对材料去除率及表面粗糙度的影响,提高石英玻璃表面质量,并优化工艺参数.方法 基于田口法设计实验,以材料去除率、表面粗糙度为评价指标,分析抛光速度、磨粒浓度和抛光液pH值三个关键参数对石英玻璃STP抛光效果的影响.通过信噪比评估实验结果,采用方差分析(ANOVA)法计算各因素的权重,并得出最优工艺参数组合.结果 抛光液pH值对Sa的影响最大(41.85％),其次是磨粒浓度(39.06％)和抛光速度(19.09％).磨粒浓度对材料去除率(MRR)的影响最显著(63.78％),其次是抛光速度(28.81％)和抛光液pH值(7.41％).在优选的抛光参数组合(抛光速度100 r/min,磨粒质量分数12％,抛光液pH=8)下,石英玻璃在抛光8 min后,表面粗糙度Sa从(110±10)nm降低到(1.2±0.3)nm,MRR达到165.2 nm/min.结论 在优化工艺参数下进行剪切增稠抛光,可有效去除石英玻璃表面划痕,提高石英玻璃表面质量.剪切增稠抛光可应用于石英玻璃平面及曲面抛光.     

硬质合金刀片前刀面的剪切增稠抛光实验研究

目的 采用柔性的剪切增稠抛光(STP)方法抛光开设有弧形断屑槽的硬质合金刀片前刀面,降低其粗糙度,提高刀具的切削性能.方法 利用非牛顿幂率流体的剪切增稠效应与磨粒的微切削作用,实现对工件粗糙表面的微凸峰去除.以前刀面断屑槽的表面粗糙度为评价指标,采用田口法设计正交实验,分析抛光速度、磨粒浓度、倾斜角度以及磨粒粒度等抛光...     

超声辅助磁性磨料光整加工工艺对钛合金表面完整性的影响

为了研究超声辅助磁性磨料光整加工工艺对钛合金表面完整性的影响,采用对比试验和建立切削力和材料去除模型理论分析相结合的方法,分析加工后的表面形貌、粗糙度、显微硬度、残余应力和亚表面组织,并讨论了加工中超声的作用机理。结果表明：在超声频率为21.91 kHz、振幅10 μm,主轴转速1000 r/min,加工间隙1.5 mm,磁性磨料粒径300 μm条件下,经过40 min加工后,表面粗糙度Ra降低到0.075 μm,与普通磁性磨料光整加工相比降低近60%。超声的引入,增大了切削力和材料去除率,由于加工的尖点效应,使超声辅助磁性磨料光整加工的表面粗糙度快速降低;同时超声振动的碰撞作用使加工后的表面更加均匀光滑,在亚表面可形成一层近20 μm的组织细化层,表面显微硬度可达到450.6 HV_0.2,与普通磁性磨料光整加工相比提高了15%,表面残余应力由普通磁性磨料光整加工的+68 MPa的拉应力变为-34.1 MPa的压应力,可有效改善工件表面完整性,提高加工表面的综合性能。     

液体磁性磨具光整加工氧化锆陶瓷试验研究

为解决氧化锆陶瓷难加工、加工效率低、表面质量差的问题,采用液体磁性磨具光整加工技术对氧化锆陶瓷进行加工.通过配置不同磨料的液体磁性磨具对氧化锆零件进行光整加工,研究磨料种类对加工效果的影响.通过设计单因素试验,研究加工时间、工件转速、磁感应强度和轴向运动速度等主要工艺参数对氧化锆陶瓷表面粗糙度Ra和材料去除率MRR的影...     

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...     

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。     

钛合金磨料流光整加工表面完整性研究

目的 研究磨料流光整加工钛合金格栅表面完整性。方法 用电火花加工制备钛合金试样,通过磨料粒径、加工压力、加工次数的单因素试验,来研究其对试样表面粗糙度和表面形貌的影响规律,选用三种初始粗糙度不同的钛合金试样来进行磨料流光整加工效果试验,对比分析磨料流光整加工对试样表面残余应力的影响,进行加工次数的单因素试验研究磨料流加工过程中其对工件表面显微硬度的影响。结果 对于钛合金试样来说,磨料粒径和加工压力越大,表面抛光效果越明显,表面粗糙度就越低。当磨料粒径从38 μm增加到420 μm时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.815 μm降低到0.824 μm;当加工压力从8 MPa增加到24 MPa时,相对应的表面粗糙度值Ra从4.314 μm降低到1.398 μm。而随着加工次数的增加,表面粗糙度值Ra从整体上呈现下降趋势,最后趋于稳定,当加工次数从10增加到80时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.925 μm降低到0.307 μm,并且最后稳定在0.300 μm附近。钛合金试样经磨料流光整加工之后,表面残余应力由原来的拉应力变成了压应力。随着加工次数的增加,钛合金试样表面显微硬度整体上呈现先减小后增大的趋势,当加工次数从10增加到50时,显微硬度值从532.83HV降到357.73HV,当加工次数从50增加到90时,显微硬度值从357.73HV上升到393.48HV,试样表面显微硬度的均匀性也显著增加。结论 增大磨料粒径和加工压力或者增加加工次数,都能降低工件表面粗糙度,钛合金工件经过磨料流光整加工之后,表面完整性有较大改善。     

医用钛合金动态磁场集群磁流变抛光加工研究

目的 获得超光滑表面且无毒性残留的医用钛合金.方法 采用半固着磨料的新型动态磁场集群磁流变抛光方法加工医用TC4钛合金,研究磨料种类、粒径、抛光时间、加工间隙和抛光盘转速等工艺参数,对医用钛合金表面形貌和表面粗糙度的影响规律,使用扫描电镜对抛光前后的医用钛合金表面进行成分分析.结果 医用TC4钛合金表面形貌受磨料形状和硬度的综合影响,Al2O3磨料相对SiC、SiO2和B4C磨料能获得更高质量的表面.随着Al2O3磨料粒径的增大,表面粗糙度先减小、后增大,5μm的Al2O3抛光效果最佳.加工间隙从0.8 mm增大到1.2 mm,表面粗糙度先减小、后增大,在1 mm时加工效果最优.抛光盘转速从15 r/min增大到35 r/min,表面粗糙度先减小、后增大,在25 r/min时加工效果最优.当使用粒径为5μm的Al2O3磨粒,在1 mm的工作间隙和25 r/min的抛光盘转速下抛光4 h时,医用钛合金表面粗糙度Ra从原始的110 nm降低到2.87 nm,表面粗糙度的下降率为97.39％.结论 应用动态磁场集群磁流变抛光方法加工医用钛合金,能够获得无异质成分残留的超光滑表面.     

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。     

钴铬钼合金磁流变抛光工艺研究

目的 去除难加工材料钴铬钼合金车削后形成的规则性螺旋刀痕并获得超光滑表面。方法 采用磁流变抛光方法,对车削后的钴铬钼合金表面进行抛光加工。研究了磁体排布方式、加工间隙、抛光装置、转速和磨料粒径等工艺参数对钴铬钼合金表面形貌和表面粗糙度的影响规律,寻找获得超光滑表面的工艺参数组合,并对抛光后的钴铬钼合金表面使用表面轮廓仪进行测量。结果 钴铬钼合金表面形貌受各方面因素的综合影响,双磁体异向排布的磁通密度向工件集中,使得磁性羰基铁颗粒与金刚石磨料在抛光过程中结合力更强,增大了有效工作区域;表面粗糙度随着加工间隙的增加(从1 mm增大到4 mm)先减小后增大,在2 mm时得到优化的加工效果;表面粗糙度随着抛光装置转速的增加(从400 r.min^–1增大到1 000 r.min^–1)先减小后增大,在600 r.min^–1时得到优化的加工效果;相比于0.5、1.5、2.5 µm粒径的金刚石磨料,使用2 µm的金刚石磨料进行抛光时表面粗糙度最小。当使用双磁体异向排布,在工作间隙为2 mm、抛光装置转速为600 r.min^–1、金刚石磨料粒径为2 μm的工艺参数组合下对钴铬钼合金采用磁流变抛光加工120 min时,其表面粗糙度从初始的640 nm 降低至5 nm。结论 应用磁流变抛光方法抛光钴铬钼合金可以得到超光滑表面。     

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。     

基于旋转磁场的6061铝合金弯管内表面光整加工

为解决液压导管内表面缺陷所引起的振动和噪音,通过Ansoft Maxwell软件对不同锥度的聚磁头进行磁场强度分析,得出最佳聚磁头锥度尺寸。利用六自由度机械手臂驱动N-S-S-N四磁极圆周排布所形成的旋转磁场,带动填放在弯管内部的吸附磁性磨粒的圆柱形辅助磁极,经30 min研磨,快速去除弯管内部的沟状及鱼鳞状纹理;旋转磁场带动磁性磨粒继续研磨45 min,管件直管处由原始内表面粗糙度Ra为0.48 μm降低至Ra为0.12 μm;管件弯折处由原始内表面粗糙度Ra为0.67 μm降低至Ra为0.13 μm,完成对6061铝合金弯管内表面的光整加工。对其进行振动试验检测,当振动频率为2482 Hz时,研磨前的弯管加速度为0.3059 m/s²,研磨后降至0.1899 m/s²,振幅和噪音也显著降低,液压油路的稳定性显著提高,从而验证了对弯管内表面光整加工有利于减振降噪,提高液压导管的使役可靠性。     

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。     

钛合金结构件磁流变电解复合抛光试验研究

目的 针对钛合金结构件高质高效抛光需求,提出了磁流变电解复合抛光新方法,探究不同抛光参数对钛合金表面质量的影响,以实现钛合金构件的高质高效抛光。方法 深入探究了加工电压、加工间隙、电解质质量分数和抛光转速等参数对钛合金抛光表面粗糙度以及粗糙度变化率的影响,分析了不同抛光参数下的钛合金表面形貌变化,验证了磁流变电解复合抛光钛合金的可行性。结果 随着电解液中Na NO3质量分数的提高,钛合金表面粗糙度先减小后增大,质量分数为1.0%～2.5%时,得到了优于单磁流变抛光加工的抛光效果。不同加工电压下的表面粗糙度对比结果表明,在加工电压为0.1 V时,钛合金加工后表面粗糙度达到最小,而后随着加工电压的增大,加工区域表面粗糙度呈现增大趋势;随着加工间隙的增大,钛合金抛光表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;随着抛光工具转速增大,钛合金加工后表面粗糙度先减小后增大。相比于单一的磁流变抛光,磁流变电解复合抛光钛合金90 min,可使表面粗糙度从初始323 nm降低至15nm,加工效率提高了62.5%。结论 磁流变电解复合抛光工艺能够用于钛合金人工关节假体高效高质量的抛光。     

钛合金曲面超声辅助磁性磨料光整加工材料去除规律及去除函数

目的研究工件曲率半径、驻留时间以及加工角度对钛合金曲面超声辅助磁性磨料光整加工材料去除深度和材料去除曲线偏置程度的影响,建立不同走刀方式下的材料去除函数。方法在不同工件曲率半径、驻留时间和加工角度下,对钛合金曲面工件进行单点抛光试验,利用方差分析法,研究各因素水平对材料去除深度及材料去除曲线偏置程度的影响规律,采用最小二乘法拟合材料去除点坑在xoz平面和yoz平面内的材料去除曲线,基于二次多项式逐步回归方法,构建不同加工工艺参数下,材料去除曲线函数系数与加工工艺参数间的函数表达式,建立不同走刀方式下的材料去除函数,并对其进行准确性检验。结果由材料去除深度方差分析可得:驻留时间的F值为8.06,加工角度的F值为2.296,材料去除深度随驻留时间和工件曲率半径的增加而增加,随加工角度的增大,先增加后减小。由材料去除曲线偏置程度方差分析可得:工件曲率半径的F值为2.176,加工角度的F值为7.647,材料去除曲线偏置程度随工件曲率半径的增大而减小,随驻留时间和加工角度的增加而增加。此外,拟合的材料去除函数相关系数值R^2在0.97~0.99范围内。结论驻留时间对材料去除深度的影响最显著,加工角度次之,工件曲率半径影响最小。加工角度对材料去除曲线的偏置程度影响最显著,工件曲率半径次之,驻留时间影响最小。材料去除函数拟合结果较为准确,能满足实际的加工要求。