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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

振动辅助磁针磁力研磨法对管件焊缝表面氧化皮的去除实验

目的 去除焊接管件焊缝处的氧化皮,改善焊缝处的应力状态。方法 采用振动辅助磁针磁力研磨法去除导磁材质管件经焊接处理后焊缝表面的氧化皮,利用超景深电子显微镜观察氧化皮的去除情况;利用X射线能谱分析仪对焊缝表面氧化皮的成分进行分析,根据氧化皮及管件材料主要元素的占比情况,分析检测焊缝表面氧化皮是否被完全去除。结果 焊缝表面氧化皮经振动辅助磁针磁力研磨后被完全去除。通过对比振动辅助磁针磁力研磨前后的表面形貌发现,表面颜色由黑变光亮,氧化皮得到有效去除。通过EDS成分分析可知,氧化皮的主要成分为C元素,质量分数为88.62%;管切面显示基体的主要成分为Fe元素,质量分数为67.09%。通过振动辅助磁力研磨法去除氧化皮后,管表面的元素组成与研磨前相比C元素降低了85.52%,Fe元素增加了63.06%。表面残余应力由原始的+17.5 MPa变为?186.0 MPa。经研磨后,氧化皮基本被完全去除。结论 焊缝表面成分的检测结果证实,从表面形貌分析中得到氧化皮被完全去除的结论是正确的,同时也表明振动辅助磁针磁力研磨对完全去除焊缝表面的氧化皮具有可行性。     

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。     

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。     

旋转磁极在SUS304管内表面精密抛光中的应用

用传统磁力研磨方法对管内表面进行抛光处理时,加工效率低且加工后表面质量差。针对该问题,文章采用旋转磁极辅助磁力研磨装置,对SUS304管内表面进行抛光试验研究。分析了3种不同加工方式下工件内表面的表面质量、表面微观形貌以及材料去除量的变化。结果表明:添加旋转辅助磁极后管内表面上无"彗尾"划痕现象,经过40min的加工,工件内表面质量得到明显改善,表面粗糙度值由R_a1.3μm降至R_a0.2μm,加工效率显著提升,材料去除量可达到100mg。     

磁力研磨工艺提高叶片表面质量的试验研究

目的 提高航空发动机涡轮叶片的服役年限。方法 应用磁力研磨工艺提高涡轮叶片表面质量,包括降低叶片表面粗糙度、去除飞秒激光制孔过程中产生的棱边毛刺以及降低叶片表面残余应力,建立神经网络模型确定最佳工艺参数,在最佳工艺参数下对叶片进行研磨加工。使用JB-8E触针式表面粗糙度测量仪、超景深显微镜和X''Pert Powder残余应力测试分析系统,分别对叶片表面粗糙度、孔口形貌以及叶片表面残余应力进行分析。结果 叶片在最佳工艺参数下完成研磨加工,叶片表面粗糙度从3.08 μm下降到0.19 μm,叶片气膜孔棱边毛刺基本去除,且存在倒圆迹象,研磨后叶片晶格更加致密,受力状态从残余拉应力(324.7 MPa)转变为残余压应力(132.8 MPa)。结论 应用磁力研磨工艺可以有效降低叶片表面粗糙度,去除叶片气膜孔的棱边毛刺,对气膜孔的棱边进行倒圆加工,提高飞秒激光制气膜孔的表面质量,同时还可以将叶片的残余拉应力转化为残余压应力,使得叶片晶格排布更加紧密,在提高叶片强度和耐磨性的同时不会引入新的缺陷,增加叶片的服役寿命。     

磁粒研磨去除Al 7075交叉孔棱边毛刺的试验研究

目的探究磁粒研磨法对去除Al7075交叉孔棱边毛刺的影响,提高孔道的研磨质量及毛刺去除效率。方法首先,通过对圆柱型磁极进行轴向、径向开槽,并利用ANSOFT软件对磁极进行磁场模拟,分析三种不同形状的磁极的磁感应强度变化;其次,通过磁粒研磨法对交叉孔孔道内壁进行研磨,去除棱边毛刺;最后,测取交叉孔表面微观形貌、材料去除量、毛刺高度和表面粗糙度。结果研磨加工时间为10 min、磁极转速为1500 r/min的条件下,磁极为径向开槽时,材料去除量高达46 mg,孔道内壁的表面粗糙度由原始1.5μm降至0.5μm,孔道表面研磨效果较为理想,棱边毛刺完全去除;当磁极为非开槽时,材料去除量为40 mg,表面粗糙度下降至0.65μm,棱边毛刺几乎完全去除;磁极为轴向开槽时,表面粗糙度下降至0.8μm左右,材料去除量约为30 mg,剩余毛刺高度约为5μm。结论研磨时间为10 min,磁极转速为1500 r/min,当磁极径向开槽时,相对于轴向开槽磁极和不开槽磁极,磁粒研磨Al7075交叉孔内表面的效果更好,毛刺去除效率更高。     

加工间隙对CBN磁性磨料研磨904L不锈钢表面完整性的影响

目的 针对904L高性能不锈钢工件进行磁力光整加工试验研究,分析加工间隙对不锈钢表面完整性的影响.方法 对不同加工间隙的磁感应强度进行了仿真与测试的对比分析,在不同加工间隙下,采用雾化法制备的新型CBN/铁基球形磁性磨料对904L高性能不锈钢进行磁力研磨加工.利用手持粗糙度仪和精密电子天平对不同间隙下工件表面粗糙度和材料去除量进行测量与分析,利用金相显微镜观察不同加工间隙下工件表面形貌不同变化情况,利用应力测试仪检测不同间隙下工件表面残余应力变化情况,利用润湿角测量仪对不同间隙下工件表面的亲疏水性效果进行观察与分析.结果 当加工间隙为2.5 mm时,CBN/铁基球形磁性磨料磁力光整加工904L不锈钢效果最好.工件表面粗糙度由研磨前的0.5μm下降至0.05μm,5 min内材料去除量可达36 mg,工件表面均匀,划痕被完全去除,同时没有凹坑的产生.工件表面的残余压应力由127.8 MPa增加到318 MPa,工件表面与液滴的润湿角由20°增加至83°,疏水效果达到最好.结论 加工间隙对CBN磁性磨料磁力光整加工904L不锈钢表面完整性有很大影响,当加工间隙为2.5 mm时,工件表面粗糙度最低,表面形貌光整均匀,残余压应力变大,工件的疲劳强度增强,工件表面疏水性变好,达到最佳研磨效果.     

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。     

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。     

超声辅助微细磨料水射流冲蚀K9玻璃的实验研究

目的 提高微细磨料水射流对硬脆材料的加工能力,改善加工表面的形貌和质量.方法 引入超声振动作为辅助手段,使工件在垂直于加工表面方向作小振幅超声频振动.以K9玻璃为加工对象,利用自主设计搭建的超声辅助微细磨料水射流加工装置进行微孔冲蚀加工实验,并以无超声振动时的微孔加工实验作为对照.借助超景深三维显微镜对各实验条件下所加工的微孔进行观测,获取其尺寸和截面轮廓数据,研究超声振动对微孔尺寸、形貌的影响.结果 微孔的深度和顶部直径与射流压力的大小和加工时间的长短呈正相关.超声振动的引入,显著增加了微孔的深度,实验中深度的最大增幅达54.6％,但微孔顶部直径略有减小,最大降幅为8.2％,总体的材料去除量有所提升.塑性冲蚀作用主导了材料的去除过程,微孔的截面呈典型的"W"形.在引入超声振动后,"W"形截面形貌得到了改善,微孔中心凸起部分的材料得到更多的去除,底面平坦程度得到提升.结论 超声振动的引入增强了微细磨料水射流对K9玻璃的冲蚀性能,超声辅助微细磨料水射流加工技术可以实现对K9玻璃等硬脆材料的高质量、高效率加工.     

工程陶瓷预压应力下超声振动辅助划痕实验研究

目的结合超声振动加工方法,探究工程陶瓷预压应力加工过程的工件表面损伤特性。方法建立预压应力下工程陶瓷超声振动辅助加工过程的工程学模型,结合Al_2O_3陶瓷划痕过程的离散元仿真结果和实验结果进行分析,采用扫描电镜对加工表面进行观察,使用三向动态压电测力仪测量划痕力。结果预压应力下超声振动辅助划痕过程能够去除沟槽边缘处的材料堆积,并且划痕沟槽边缘破碎呈现周期性。当预压应力为200 MPa、理论划痕深度为10μm时,普通划痕深度为7.58μm,宽度107.5μm,超声振动辅助划痕深度为8.55μm,宽度为143.5μm。结合仿真结果,超声振动辅助划痕过程可减小划痕沟槽的径向裂纹数量,增大径向裂纹深度。同时,两种划痕过程动态切向力出现明显差异,超声振动辅助划痕过程动态切向力较小,变化相对平稳。结论超声振动辅助加工过程可以减小工程陶瓷预压应力加工过程的切削力,提高材料加工效率。     

去毛刺新式装置

保加利亚开发了一种去毛刺的新式装置,利用磁力研磨工件来去除表面毛刺,可使光洁度达到镜面。其工作原理是将微粒磁性研磨材料置于强磁场(N 极与 S 极)中间,利用磁场形成磁电刷,让工件在其中运转、振动,即可去除工件的微小毛刺。这种装置具有以下特性:1.便于调节并保持磁性材料有较强的研磨能力;2.研磨工时短、效率高,易于实现自动化生产;3.由于磁电刷研磨是柔性的,故而异型、曲面的内外形状表面都能同时研磨;     

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。