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...     

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。     

Investigation of the finishing characteristics in an internal tube finishing process by magnetic abrasive finishing combined with electrolysis

In this research, the finishing characteristics in a tube's internal finishing process using the method of magnetic abrasive finishing (MAF) combined with electrolysis has been studied. Electrolysis produces an aluminium oxide film that accelerates the removal of the initial hairline morphology on the surface. Subsequently, the film is removed with MAF. This process significantly minimises the surface roughness in a reduced time. The way the finishing conditions, such as the pole–pipe gap, iron particle size and abrasiveness combinations, and processing time affected the surface morphology in the MAF machining process has been particularly examined. The surface roughness was measured and images of the finished surfaces were recorded to study the morphology changes. Prolonged electrolysis finishing was seen to deepen the oxidation film and pits, which adversely affects the surface. This evidence suggests that the pit residuals contribute to higher surface roughness values.     

基于曲率的曲面等效磁性研磨策略研究

在现有三坐标磁性研磨设备上进行曲面类零件加工时,由于曲面法矢与磁极轴矢的变化,使磨削量不均匀,导致零件表面粗糙度不一致,影响了研磨效果。解决这一问题的有效方法是优化研磨算法,根据曲面曲率的变化调整磨头方向,使磁极的轴线始终与曲面法矢重合或保持固定角度,以此来保证曲面零件表面磨量均匀,提高磨削效率,改善研磨质量。实践表明,该方法是可行的、有效的。     

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.     

k9光学玻璃磁性研磨抛光的工艺研究

对于以往k9光学玻璃研磨抛光存在的问题,提出将磁性研磨加工方法应用在光学玻璃的研磨抛光上。该方法采用铣床主轴带动磁极旋转,从而使磁极带动磁性磨料来对工件的表面进行研磨加工。利用已研制的数控磁性研磨铣床,通过实验研究影响工件表面粗糙度的各个工艺参数,最终获得了k9光学玻璃凹面磁性研磨的优化工艺参数。     

SUS304不锈钢套内圆表面磁力研磨加工研究

使用自制的环形磁刷工具配合多轴运动电解复合磁力研磨机,对SUS304不锈钢套内圆表面进行磁力研磨加工试验,探讨氧化铝磨粒粒径、加工时间、加工负荷以及加工电流对表面粗糙度的影响。结果表明：在纯磨粒磁力研磨试验中,当磨粒粒径为3 μm、加工负荷为2 N及振动频率为4 Hz时,研磨加工10 min后,Rmax=0.198 μm、Ra=0.045 μm, 而在纯电解磁力研磨试验中,在负荷2 N与加工电流200 mA的加工条件下,研磨10 min后,Rmax=0.292 μm、Ra=0.069 μm,较纯磨粒磁力研磨效果稍差;在电解复合磨粒的磁力研磨中,当磨粒粒径为3 μm、加工负荷为2 N、振动频率为4 Hz及加工电流为200 mA时,可获得最理想的研磨结果,加工10 min后,Rmax=0.146 μm、Ra=0.033 μm,效果优于纯磨粒和电解的磁力研磨;在工具无进给的两阶段电解复合磁力研磨试验中,先使用3 μm粒径的磨粒、2 N的加工负荷、4 Hz的振动频率以及200 mA的加工电流,研磨4 min,随后更换粒径为1 μm的磨粒,研磨12 min后,Rmax=0.112 μm、Ra=0.024 μm,此时工件内表面已被加工成镜面。     

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.     

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。     

基于多轴刀路轨迹的自由曲面磁粒研磨试验

目的 通过自由曲面的磁粒研磨试验,使工件曲面经研磨后能够获得较好的表面形貌,降低工件的表面粗糙度。方法 使用UG生成曲面三维模型,利用后处理功能,生成包含刀具位置和姿态的刀位文件,提取刀位文件中原始的刀路轨迹点,分析刀路轨迹,利用曲率的临界值提取轨迹的特征点。采用积累弦长参数化法对提取的轨迹特征点进行三次B样条插值,对比插值前后轨迹点拟合曲线在z轴的误差,再根据刀轴矢量计算机械臂末端姿态。选择磁极的不同开槽方式,并在Ansoft Maxwell软件里进行仿真模拟和分析,选定理论上较优的球形开槽磁极形式。通过试验加工铝合金自由曲面,对比研磨前后的表面形貌和表面粗糙度。结果 使用积累弦长参数法进行3次B样条插值,获得了步长较为均匀的轨迹点,优化了原始刀位轨迹。在球形磁极上进行开槽,使均匀磁场变为非均匀磁场,同时使最大磁感应强度由0.556 T增至0.727 T,增大了磁粒研磨过程中的研磨力。对铝合金曲面的部分区域进行60 min的研磨,其表面平均粗糙度从原始的Ra 8.71 μm降至Ra 0.56 μm。结论 将磁粒研磨与六自由度机械臂结合,进行曲面的光整加工,可以有效改善工件的表面质量,...     

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。     

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。     

Vertical vibration-assisted magnetic abrasive finishing and deburring for magnesium alloy

The ultimate goal of this project is to develop an efficient finishing process enabling unskilled operators to finish automatically the complicated micro-curved surface and edge surface of the magnesium alloy. The results achieved in the first phase as described in this paper focus on the basic characteristics of the plane and edge surface finishing and deburring of this alloy by the use of vertical vibration-assisted magnetic abrasive finishing process. It demonstrates that realization of efficient finishing of magnesium alloy is possible by the process. The removal volume per unit time of magnesium alloy is larger than that of other materials such as brass and stainless, that is, high-efficiency finishing could be achieved. Micro-burr of magnesium alloy could be removed easily in a short time by the use of the magnetic abrasive finishing process. Furthermore, deburring efficiency considerably increases with vertical vibration assistance.     

磨料射流加工技术的发展与研究现状

与其他加工技术相比,磨料射流因具有无热损伤、高柔性、材料适用性强等特点,一直是国内外学者研究的热点。近年来,磨料射流被广泛用在微切割、微流道制备、表面抛光等领域,其发展趋势已经由宏观尺度向微观尺度转变,由粗加工向精加工转变。从射流的本质或根源来看,传统技术主要分为(磨料)水射流、浆体射流和磨料气射流。首先对上述各射流技术的发展背景、工作原理进行了综述。此外,还介绍了最近出现的多相射流和高压浆体射流等新技术。面对复杂的应用需求,如何挑选出合适的射流技术是一个难题。鉴于此,对各磨料射流技术的射流速度、工作压力、射流束直径、侵蚀轮廓和加工机理进行了深入分析和比较。最后对各磨料射流技术在微流道制备和表面光整加工等领域的应用情况以及存在的问题进行了论述,并详述了多相射流和浆体射流在表面抛光方面的优缺点。结果表明,磨料气射流拥有低压高速的优点,可以快速地去除材料。磨料气射流的缺点是射流易发散,需要结合掩模制备微流道。目前,掩模磨料气射流能加工宽度低至10 μm的微流道。浆体射流和磨料水射流的射流束直径已经可低至50 μm,能直接在表面刻蚀出大于50 μm的微流道。抛光应用中,浆体射流的材料去除率远低于磨料气射流,但表面粗糙度要好。考虑到两者的优点,多相射流试图在磨料气射流和浆体射流之间建立一个桥梁。同时,与浆体射流的W形侵蚀轮廓相比,多相射流的U形侵蚀轮廓更有利于表面抛光。     

电化学砂带复合加工回转沟槽表面的形貌与精度特性

目的通过电化学砂带复合加工实现回转表面上沟槽结构的光整。方法针对沟槽结构的特殊性,提出阴极悬浮定位方式控制加工间隙。通过对比有无电化学作用条件下砂带抛磨加工获得的表面形貌差异,以及分析加工过程中表面形貌的变化规律,研究电化学作用和机械作用对表面形貌与精度特性的影响机理。进行工艺参数对表面粗糙度和圆度影响的实验,获得单因素条件下各工艺参数的优化取值范围。进行正交实验和极差分析,获得各工艺参数对表面粗糙度和圆度影响重要性的排序。综合单因素和正交实验结果,确定面向表面粗糙度和圆度的工艺参数优化取值范围。结果砂带无轴向运动时,该工艺能实现小极间间隙条件下的稳定加工,同时获得良好的表面质量和加工精度。机械作用参数对表面粗糙度的影响程度大于电化学作用参数,砂带压力为主要因素;电化学作用参数对圆度的影响程度大于机械作用参数,加工电流为主要因素。结论对回转沟槽表面等磨具难以实现轴向运动的部位进行表面光整加工,电化学砂带复合加工是一种有效方法。     

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。     

基于响应面法的镍钛合金血管支架管材内壁磁粒研磨工艺参数研究

目的 研究磁粒研磨工艺参数对超细长镍钛合金血管支架管材内壁表面粗糙度的影响.方法 搭建镍钛合金血管支架管材内壁磁粒研磨加工实验设备,使用自由降落气固两相流双级雾化快凝磁性磨料制备方法,制备了铁基金刚石磁性磨料,对内径为1.0 mm、外径为1.2 mm、长度为1800～2000 mm的镍钛合金血管支架管材内壁进行磁粒光整加工.以表面粗糙度为评价指标,设计4因素3水平的响应曲面实验,探究管材旋转速度、磁极进给速度、磨料填充量和磨料粒径对表面粗糙度的影响规律及其相互作用关系,并建立4个工艺参数关于表面粗糙度模型的回归模型.使用Design-Expect 12软件对工艺参数进行优化,得到最优工艺参数组合,并加以试验验证回归模型的准确性.结果 根据响应面分析结果,管材旋转速度与磁极进给速度、管材旋转速度与磨料填充量以及管材旋转速度与磨料粒径,对表面粗糙度的交互影响作用显著.以表面粗糙度为评价指标,各工艺参数对表面粗糙度的影响因素大小排序为:管材旋转速度>磁极进给速度>磨料填充量>磨料粒径.以表面粗糙度值最小为目标,得到工艺参数组合为:管材旋转速度100 r/min,磁极进给速度5 mm/min,磨料填充量0.1 g,磨料粒径100.00μm.预测表面粗糙度Ra为0.101μm,试验实际表面粗糙度Ra为0.112μm,实际值与预测值的误差为10.9％.结论 使用磁粒研磨法对镍钛合金血管支架管材内壁进行光整加工,解决了超细、超长的镍钛合金血管支架管材内壁的光整加工问题.响应曲面法可对镍钛合金血管支架管材内壁磁粒研磨工艺参数进行优化,建立的表面粗糙度模型具有良好的预测能力,对实际工程应用具有指导意义.     

模具曲面光整加工中数字化磁力研磨技术

本文针对模具制造过程中模具表面的自动化研磨光整加工的问题，介绍了一种数字化磁力研磨技术。简述了其原理，详细论述了数字化研磨三维加工模型的获得、工艺参数的选择、数字化研磨轨迹的生成方法以及专用和改装的数字化磁力研磨设备等关键技术，证实利用数字化磁力研磨可以对模具曲面进行有效地自动化光整加工。     

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。     

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...