用磁处理方法消除刀具中的应力

<正> 一种相当古老的科学原理正在当今的工具工业中得到新的应用。磁致伸缩是铁磁材料的一种属性,当这类材料补磁化时,它的尺寸就会发生肉眼难以观察到的变化,这种变化是由于磁化使原子两极发生转动而排列成同一方向,从而引起微小的塑性变形而导致应力的消除和残余应力更均匀地分布。靠加热或机械振动来消除应力的方法在许     

磁特性测试系统的优化与两种磁性材料的对比

设计了一种磁特性测试系统,研究了两种磁致伸缩材料(Galfenol、Terfenol-D)的磁特性。采用有限元方法对测试系统中的磁路进行了优化设计,优化后材料内部磁感应强度提高了33.4%,同时克服了材料内部磁化方向在局部发生交变的现象。为研究偏置应力对于材料特性的影响,设计了一种偏置应力连续可调的磁特性测试装置,通过实验得到不同偏置应力下两种磁致伸缩材料磁化强度、磁致伸缩应变与外加磁场以及偏置应力之间的关系。通过对比分析发现,两种材料磁特性存在较大的差异。Terfenol-D较Galfenol驱动能力更强,但是其磁滞非线性比Galfenol更加明显。     

外加磁场作用方向对焊接残余应力的影响

针对新近发展起来的降低钢铁工件中残余应力的脉冲磁处理方法作用规律较为复杂的现状,研究了磁处理降残余应力效果的外磁场方向这一关键因素。通过盲孔法在16Mn焊接应力试样上进行残余应力的研究,研究脉冲磁处理前后试样中的残余应力分布,并对不同外磁场方向导致的磁处理效果进行对比。试验结果表明,在其他处理参数相同的情形下,不同的外磁场方向可导致不同的磁处理效果：磁场沿最大主应力方向进行处理,残余应力变化不明显;而磁场与最大主应力方向垂直进行处理,可获得较为明显的残余应力降低效果。采用电阻应变片研究不同外磁场方向引起试样中的磁致伸缩,获得不同外磁场方向作用下试样中磁致伸缩的不同特征,分析认为,这与脉冲磁处理效果的方向敏感性密切相关。     

磁处理过程中磁致伸缩与残余应力关系的研究

提出通过测量磁处理过程中的磁致应变来反映磁场对残余应力作用规律的研究思路.通过TIG焊表面重熔和不同热处理规范加工初始应力水平不同的45钢试块,测量这些试块在相同低频间歇磁场作用下的磁致伸缩曲线,比较磁场作用前后残余应力的变化.试验结果表明,不同初始应力水平的试块在磁处理过程中表现出不同的磁致伸缩行为,而磁处理过程中磁致伸缩的相对变化与残余应力的相对变化具有良好的对应关系,通过磁致伸缩曲线可以判断出残余应力变化的大小及是否已趋于稳定.在试验现象的基础上,从能量微分方程建立的磁致伸缩应变量与应力水平间的对应关系,结果显示脉冲磁场作用下磁致伸缩幅值与主应力的乘积为常量,与试验值很吻合.     

磁力应用工程在机加工中的实施

磁力应用工程是近十年发展起来的一门综合实用技术。现就其在机加工中的实施近况作一介绍。 一、加磁切削 磁力切削是指加工材料在磁场作用下进行切削加工的一种方法。用磁化装置给切削区加人一定强度的磁场,可改善切削加工条件,提高刀具耐用度和加工质量。 根据磁学理论可知,工件在强磁场作用下,可使工件变成磁性材料而形成磁场与磁力线,可减小磁场内部分子的拉力。根据磁力线特性可知,每根磁力线又产生相互排斥的力,则有利于切削加工;强磁场能引起工件的磁致伸缩,使其硬度显著降低而改善切削性能。 刀具磁化后产生的磁致伸缩效应,能使刀具…     

用振动法消除刀具残余应力

<正> 美国明尼苏达州Innovex公司开发出一种消除刀具残余应力的装置,利用磁致伸缩效应引起振动,消除应力,有效地延长了刀具寿命。     

磁脉冲改变残余应力方法中磁致振动所起作用

通过磁场改变材料的力学性能是一种新型处理材料的方式,其中公认的益处是通过磁处理可以减少材料的残余应力。通过测量发现,由于磁致振动所引起的应力应变状态始终处于弹性范围内变化,由此推断磁致振动难以成为应力大幅度变化的主要因素。又通过研究相应磁致振动所引起的残余应力变化规律,发现磁致振动的振幅与残余应力下降之间并不存在简单的单调对应关系,进一步支持了在磁致振动以外应有更为主要的决定因素影响残余应力变化的推论。     

基于力磁耦合型的管道电磁应力检测解析模型研究

针对管道应力检测和定量化研究,提出一种基于电磁检测原理的管道应力检测方法。本文以J-A模型为基础,采用分子电流理论建立了管道力磁耦合模型,结合非磁滞条件下铁磁材料磁化曲线,利用管道力磁耦合模型解析计算了磁化方向上外磁场和应力对管壁表面磁场的影响规律,并进行了系统性实验研究。研究结果表明,随应力强度的增加,磁化方向上管道电磁应力检测信号呈现先增大后减小的变化趋势(变化方向翻转),翻转点前后均呈线性关系,但磁场信号变化速率改变,磁力学敏感度发生变化;随着外磁场的增加,在磁化曲线处于磁饱和(磁场强度大于20 KA/m)时,应力对铁磁材料磁化强度影响较小,磁场强度约为5 000 A/m时,应力对磁化强度影响较为显著。     

磁致伸缩材料在高频驱动时内部磁场强度的分布及其对磁致伸缩性能的影响

分析了磁致伸缩材料Terfenol—D在高频工作时内部的磁场强度分布,展示了磁致伸缩材料内部磁场沿径向的变化,指出了磁致伸缩材料在高频应用时存在的问题和解决途径,为合理高效应用磁致伸缩材料提供了理论指导。同时提供一种计算表面磁场强度的思路。     

超磁致伸缩薄膜微机械变形镜驱动器的研究

分析了微机械变形镜MEMS驱动器的种类及其特点,并在磁致伸缩薄膜具有低磁场下的大形变、低功耗、高响应速度等特性基础上,提出了超磁致伸缩薄膜MEMS驱动器的原理.由于TbFe磁致伸缩薄膜在外加磁场作用下,微桥将在水平方向上产生伸长变形,从而引起微桥在垂直方向上发生位移.根据这一原理,设计了一种用于微机械变形镜MEMS驱动器的超磁致伸缩薄膜驱动结构,同时提出制作磁致伸缩薄膜连续式微机械变形镜的工艺流程.     

不同频率交变磁场下低合金钢焊缝微区磁致塑性变形与磁致伸缩的关系

通过改变交变磁场的频率(磁感应强度一定),研究了QSTE420钢焊缝的磁致微区塑性变形和磁致伸缩幅值随频率的变化趋势,并探讨了磁致微区塑性变形和磁致伸缩两者之间的关系。结果表明:随交变磁场频率的降低,QSTE420钢焊缝区域的磁致塑性变形更加明显,而磁致伸缩幅值则逐渐减小;磁致伸缩所引起的应力、应变不是磁致微区塑性变形的主要原因。     

影响超磁致伸缩执行器中逆效应性能的主要因素

超磁致伸缩材料(GMM)是一种具有双向可逆换能效应(磁-机、机-磁)的新型功能材料,利用其逆效应在超磁致伸缩执行器(GMA)驱动过程中感知出传感信号,可实现自感知执行器.探讨超磁致伸缩逆效应的机理,设计一种试验方法,验证了超磁致伸缩执行器中的磁致伸缩逆效应.揭示预压应力、偏置磁场和激振力频率等因素对超磁致伸缩逆效应性能的影响规律,预压应力越大则逆效应性能越差,适当的偏置磁场可使逆效应性能显著增强,激振力频率越高,力感知灵敏度越高,但不成简单的正比关系.试验证明了GMA作力传感器有效性,提出一种分时结构的自感知GMA.     

带磁切削机理及磁化处理的推广应用

通过对带磁切削的机理研究，发现磁化处理引起的磁致伸缩强化现象能够提高金属材料的强度、硬度及抗粘着磨损的能力，结合磨损的四种基本类型以及磁化处理的效果和可行性，认为磁化处理将是提高金属材料耐磨性的一种简单有效的新方法．     

稀土超磁致伸缩应力测试仪的设计及实验研究

基于超磁致伸缩材料自身在不同偏置磁场下应力和应变之间的复杂非线性关系.以单片机89C52为核心设计了稀土超磁致伸缩应力测试仪.该测试仪的硬件由静态电阻应变仪和89C52控制电路2部分组成,软件部分主要完成应力和应变之间复杂关系的拟合计算.进行了一定偏置磁场下超磁致伸缩器件的应力和应变的测试,测试结果表明:该应力测试仪工作稳定,应力测量结果可靠.目前该应力测试仪已经在杭州715研究所投入使用.     

超磁致伸缩致动器抑制车削加工颤振实验研究

切削颤振会降低加工质量与切削效率,降低刀具、机床的使用寿命,超磁致伸缩致动器是利用稀土-铁超磁致伸缩材料Terfenol-D在外加磁场作用下发生形变这一特性,实现电磁能向机械能转换的一种新型转换器。笔者建立以超磁致伸缩致动器为执行元件的微位移刀架切削系统,通过给微位移刀架加振动切削信号,实验研究抑制切削颤振。     

基于反转威德曼效应的管道扭转导波监测换能器设计北大核心CSCD

针对预磁化式磁致伸缩扭转导波换能器换能效率低、磁致伸缩材料消磁导致无法长期监测的不足,文中基于反转威德曼效应设计了一种永磁式磁致伸缩扭转导波换能器,适用于长距离管道健康监测。首先,阐述磁致伸缩扭转导波换能器换能机理,提出管道周向永磁阵列和柔性曲折线圈换能器结构。然后,使用COMSOL Multiphysics软件对换能器偏置磁场进行仿真,研究永磁铁对偏置磁场的影响,并确定永磁铁阵列参数。最后,在管道中激励扭转导波,实验研究磁致伸缩贴片宽度对换能器频率响应特性的影响。实验结果表明:设计的换能器能够在管道中激励纯净的T(0,1)模态导波,通过调整磁致伸缩贴片宽度,能够改变换能器中心频率。     

非晶窄带饱和磁致伸缩系数小角磁转法测量

研究了一种新的方法来测量非晶窄带饱和磁致伸缩系数,它是基于小角度磁旋转带来的应力感生各向异性场的补偿及各向异性场等因素的修正来完成测量.通过自备的装置,测量出探测线圈中的二次谐波随直流磁场、张应力、交流信号的电压变化关系,间接得出感生各向异性场随张应力的变化关系,从而得到成分为Fe18B13Si9,非晶窄带的饱和磁致伸缩系数为λs=5.6×10-5.     

超磁致伸缩微位移驱动器设计

针对超磁致伸缩材料,设计一种超磁致伸缩微位移驱动器并实现对其控制。在分析超磁致伸缩材料工作特性和超磁致伸缩驱动器工作原理的基础上,确定超磁致伸缩驱动器的结构参数,并应用有限元软件对超磁致伸缩驱动器的机械结构进行电磁场分析,比较无偏置磁场和含偏置磁场下超磁致伸缩材料所处位置的平均磁场强度,验证驱动器机械结构的合理性。同时设计压控电流源,利用基于数字信号处理器的控制器中数模转换电路控制压控电流源,使激励线圈配合偏置线圈产生所需磁场。实验表明,在给定预紧力和偏置磁场条件下,超磁致伸缩材料在2A激励电流下可输出行程为27.1μm,位移精度0.1μm,磁滞回线的平均厚度为3.29μm,验证了超磁致伸缩驱动器结构设计的合理性。     

基于逆磁致伸缩效应的超磁致伸缩磁力控制器件建模

超磁致伸缩器件的输入应力与输出磁通密度存在着滞回非线性.基于Jiles-Atherton模型、磁机械效应方法定律和磁路定律,建立一个超磁致伸缩磁力控制器件的滞回模型.试验结果表明,该模型能较好地描述在变化应力和恒定偏置磁场作用下,超磁致伸缩器件输入应力与输出磁通密度及磁力的滞回关系,并可以预测偏置磁场对器件输出性能的影响,从而对器件的设计与分析具有重要指导意义.     

双线圈超磁致伸缩换能器三维磁场分析与优化

针对超磁致伸缩换能器工作性能以及磁场环境问题,对超磁致伸缩换能器磁场强度、漏磁以及超磁致伸缩材料(GMM)棒磁场均匀率进行了研究,并基于GMM设计了一种双线圈换能器。在分析了GMM特性以及超磁致伸缩换能器工作原理的基础上,提出了以增大GMM棒磁场强度、减少漏磁和提高磁场均匀率为设计原则,将GMM棒轴线方向上磁场强度作为评价标准,采用COMSOL Multiphysic有限元仿真软件对双线圈超磁致伸缩换能器进行三维磁场仿真,分析了超磁致伸缩换能器在工作过程中上下导磁体和导磁回路的结构参数对磁场均值大小和磁场均匀率大小的影响规律。研究结果表明:随着导磁体半径的增加,GMM棒磁场均匀率先增加然后增幅缓慢趋于平衡,磁场均值先不变,然后大幅降低;随着导磁回路相对磁导率增加,GMM棒磁场强度均值大幅增加,当相对磁导率达到1 500时,磁场强度均值基本趋于平衡,经过优化,磁场均匀率从59.7%提高到90.5%,增幅为30.8%。