SLM成型零件型腔内表面电解辅助磁粒研磨加工研究

为了去除选区激光熔化技术成型的零件表面缺陷和降低表面粗糙度,并寻求最佳的加工参数。从理论上解析电解辅助磁粒研磨的加工机理,利用仿真软件模拟加工区域的磁感应强度分布,设计Box-Behnken试验方案,先对材料为Ti6Al4V的钛合金工件表面进行电解钝化,后进行机械磁粒研磨,根据试验结果建立表面粗糙度的二次响应回归方程并对建立的数学模型进行方差分析,最后用响应面分析法分析主轴转速、磨料粒径、电解温度和电解电压对表面粗糙度的影响规律,得到最佳的加工参数,在最佳工艺参数下对磁粒研磨和电解辅助磁粒研磨的加工效果进行比较和分析。建立的回归方程调整后的拟合优度为92.14%,经过优化后的电解辅助磁粒研磨最佳加工参数如下:电解液为浓度16%的硝酸钠溶液,电解温度28℃,电解电压12 V,磨料粒径180μm,主轴转速1 100 r/min,使用磁粒研磨加工60 min后,工件表面粗糙度由原始的Ra 10.7μm降为Ra 0.52μm,使用电解辅助磁粒研磨加工60 min后,工件表面粗糙度由原始的Ra10.7μm降为Ra 0.354μm。使用电解辅助磁粒研磨可以有效去除选区激光熔化技术成型零件型腔内表面的缺陷,并降低零件的表面粗糙度,通过响应面分析法可以有效优化加工参数,使用电解辅助磁粒研磨加工比单一磁粒研磨加工的加工效果好,加工效率高。     

超声磁粒复合研磨对石英玻璃管内表面的光整研究

目的探究超声磁粒复合研磨对石英玻璃管内表面管研磨的可能性,分析有无辅助磁极及不同粒径的研磨粒子对内表面的影响。方法在石英玻璃管内表面添加辅助磁极并辅助超声磁粒复合研磨装置,加快磨粒的翻滚,提高抛光质量和效率。结果采用超声磁粒复合研磨装置,选用150、250、350μm三种粒径的研磨粒子分别进行研磨实验,研磨40 min后,150μm的研磨粒子表面粗糙度值从原始4.4μm下降到1.2μm,250μm的研磨粒子表面粗糙度值下降到0.2μm,350μm的研磨粒子表面粗糙度值下降到0.6μm。对比传统磁粒研磨装置与超声磁粒复合研磨装置,保持研磨粒子粒径为250μm,经40 min研磨,在传统磁粒研磨装置上未添加辅助磁极,石英玻璃管内表面粗糙度值从原始4.4μm下降到2.8μm;在传统磁粒研磨装置上添加辅助磁极,粗糙度值从原始4.4μm下降到1.1μm;在超声磁粒复合研磨装置上添加辅助磁极,粗糙度值从原始4.4μm下降到0.2μm。结论在石英玻璃管内表面添加辅助磁极后,表面粗糙度值得到下降。采用超声磁粒研磨装置使石英玻璃管内表面粗糙度值在原有基础上进一步下降,且选用粒径为250μm的研磨粒子最佳。加工后,工件内表面的加工均匀性显著提升,原始缺陷和原始波峰基本去除。     

模具自由曲面的超声磁粒复合研磨研究

从超声磁粒复合研磨机理出发,在分析该新型研磨技术加工质量和生产效率主要影响参数的基础上,提出了利用现有数控铣床和模具型面精加工数控代码,通过软件和数据库技术实现超声磁粒复合研磨控制的新方法.使用Access 数据库实现加工参数的管理.实验证明,该系统可实现模具自由表面超声磁粒复合研磨自动控制.     

聚磁盘形状对磁粒研磨加工管件内表面的影响

目的提高磁粒研磨法加工管件内表面的质量及加工效率,探究磁粒研磨法中不同形状的聚磁盘对管件内表面的影响。方法利用Maxwell软件对轴向开槽聚磁盘与不开槽聚磁盘进行磁场强度模拟和磁感应线模拟,分析不同形状的聚磁盘的磁感应强度变化和磁场强度分布。利用磁粒研磨法对工件内表面进行研磨加工,对研磨之后的工件表面粗糙度进行测量,并对微观形貌进行观察。结果在磁粒研磨工具转速为500 r/min、加工时长为15 min的条件下,聚磁盘为未开槽时,表面粗糙度由原始的0.509μm降至0.127μm,表面粗糙度改善率(%ΔRa)为75.04%;当聚磁盘为轴向开槽时,工件表面粗糙度由原始的0.553μm降至0.097μm,工件的表面粗糙度改善率(%ΔRa)为82.45%。结论在相同的加工条件下,当聚磁盘轴向开槽时,相对于轴向不开槽的聚磁盘,磁粒研磨管件内表面的研磨效果更好,表面粗糙度改善率和研磨效率更高。     

基于旋转进给电磁场的不规则弯管内表面磁研磨研究

目的将磁力研磨与单片机控制电磁场结合,提高不规则弯管内表面的质量与使用性能。方法根据静态磁场工艺理论及磁粒运动轨迹模型,通过电流控制电磁场,设计最佳磁路轨迹,进而形成旋转进给磁场,以提高电磁研磨效率。螺旋式分布电磁铁形成磁粒的螺旋加工轨迹,避免磁轭支撑旋转进给加工空间弯管的干涉问题,并且可多段同时加工以提高加工效率。通过静态磁场理论对磁路轨迹分析,研究弯管磨削径向辅助磁极的螺旋磨削进给轨迹。结果针对SUS304水龙头内腔表面抛光实验,当磨粒的平均粒径为250μm时,研磨液的用量为8 m L,转速在800 r/min内,经过50 min的研磨,工件内表面的粗糙度值由Ra 1.1μm降至Ra 0.38μm。结论基于旋转进给电磁场下辅助磁极的磁力研磨,对改善弯管内表面质量,提高使用寿命有明显作用。     

钛合金空间弯管磁粒研磨工艺参数分析

目的提高钛合金空间弯管内表面的研磨效率。方法使用磁粒研磨法,使磨粒随研磨抛光装置旋转并在机械手驱动下沿弯管中心轴线做往复运动,完成对弯管内表面的研磨。选取了影响磁粒研磨工艺的聚磁装置进行分析,并将影响研磨的主要工艺参数(磁极转速、磁性磨粒粒径、轴向进给速度)用响应面试验设计法进行设计后开展研磨试验,根据试验数据得到了最佳研磨参数,并验证了优化后工艺参数的可行性和可靠性,最后通过超景深显微镜和粗糙度测量仪对研磨后的形貌进行分析。结果通过试验数据分析可知,当磁极转速为550 r/min、磁性磨粒粒径为200μm、轴向进给速度为1 mm/s时,与夹角为60°的聚磁装置配合使用效果最佳。当加工时间达到30 min时,空间弯管内表面粗糙度降至0.12μm,且与以往未使用最佳条件加工至相同状态下耗时40 min相比,减少了25%的时间,且其表面的灰色锈斑、加工纹理和划痕被很好地去除,表面变得更加均匀、细密、光亮。结论通过响应面法试验分析以及对聚磁装置形状选择可以有效提高研磨抛光装置对空间弯管内表面的加工效率,节省加工时间。     

基于廓形识别的弯管内表面精密磨削试验研究

目的 解决弯管内表面磁粒研磨工艺中手动采点所产生的随机误差大、研磨间隙无法保证以及位姿不准确等问题.方法 结合工业机器人与工业相机,设计并实现了弯管廓形中线的快速获取及研磨位姿计算的工艺方法.首先,分析了弯管内表面磁粒研磨工艺的基本原理,根据研磨过程中单颗磨粒的受力状态以及对研磨区域的磁场模拟,得出影响研磨压力的主要工艺参数;其次,利用工业相机获取弯管图像,通过图像处理算法,得到弯管的廓形中线;最后,将中线上的坐标点进行坐标转换、拟合、离散,并结合磁粒研磨工艺特点,计算出研磨过程中机器人的运动位姿,同时与手动采点法的试验结果进行对比分析,以检验该方法的可行性.结果 廓形识别法提取出的研磨轨迹较为平滑,用时少,能够保持稳定的研磨间隙且更贴近实际弯管中线.在相同试验条件下,对具有180°转角的铜弯管进行研磨,经廓形识别方法研磨60 min后,表面粗糙度Ra由原始的0.854μm降至0.236μm,达到最佳.表面划痕细致且均匀,无过磨、深度划痕等缺陷,平均研磨速率比手动采点法提高了约35.8％,粗糙度的下降率提高了约3.8％.结论 在弯管内表面磁粒研磨过程中,廓形识别法能快速准确地获取弯管廓形中线并计算机器人研磨位姿,在保持正确研磨位姿的同时,能够维持稳定的研磨间隙,可有效提高弯管内表面磁粒研磨效率及表面质量.     

磁粒研磨光整加工的实验研究

通过实验对磁粒光整加工中的关键部件——磁极的形状做了较全面的分析，得到了适合磁粒研磨的最佳磁极形状，解决了在磁粒研磨中经常出现的“磁滞”现象，从而提高了加工效率，改善了工件质量，同时也延长了磁极的使用寿命，为磁粒研磨技术在生产中的应用提供了重要的理论依据。     

仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究

目的 改善零件表面质量,延长零部件使用寿命。方法 应用Ansys Maxwell模拟仿真沿盘形磁极圆周开不同形状槽时磁极磁感应强度的分布。以钛合金(Ti6Al4V)材料增材制造的成形零件为例,基于磁粒研磨抛光技术,利用仿形组合开槽磁极对成形零件沟槽表面进行研磨抛光。结果 模拟结果表明,沿磁极圆周开均布矩形槽时,磁极的磁感应强度波峰值最大,波谷值最小,磁场强度梯度变化最大,最适合复杂工件表面的磁粒研磨。磁性磨粒粒径、磁极转速和研磨间隙等参数的设置都会影响研磨加工效果,经模拟和实验获得最佳工艺参数为磁性磨粒粒径180 μm、磁极转速1 000 r/min、研磨间隙2 mm。设置如上所述的加工工艺参数,成形零件沟槽表面粗糙度Ra由原始的10.70 μm降为0.52 μm,且其表面缺陷得到有效去除。结论 采用仿形组合开槽磁极应用磁粒研磨技术能够实现增材制造复杂零件表面的研磨抛光。     

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。     

脉冲电磁场辅助平面磁粒研磨加工试验

目的 在传统的平面磁粒研磨加工中添加脉冲辅助磁场,增大加工区域中磁感应强度和加工时磁感应强度动态变化,丰富磨料粒子在加工时的运动形式,使研磨轨迹复杂化,降低工件表面粗糙度,获得更好的工件表面形貌.方法 通过分析磨料粒子在有无辅助磁场时各自的受力情况,探究辅助磁场对磨料在加工时运动状态的影响,研究脉冲辅助磁场下磨料的运动...     

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。     

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。     

磁性磨具光整加工中基于Halbach Array的磁场设计与实验研究

目的提高磁性磨具表面光整加工技术对30CrMnSi高强度结构钢表面的加工效率,解决以往永磁式磁性磨具光整加工中磁场强度弱、磁能利用率低的问题。方法首先对30CrMnSi导磁工件的材料去除机理进行分析,探讨了磁感应强度B对工件材料去除的重要性。然后基于海尔贝克阵列(Halbach Array)进行了磁场的设计,通过理论计算和仿真分析,确定了永磁单元尺寸和磁场布置方案。最后以自制粘接性磁性磨料,对30CrMnSi板材进行单因素光整加工实验。结果根据磁场计算和仿真结果,确定了Halbach Array永磁阵列两个周期为最佳的磁场布置方案,并获得了理想的磁场强度和最佳的磁场分布。对30CrMnSi板材的加工实验表明,粗糙度下降百分比(%ΔRa)随着磁极转速和磨粒目数的增大而增大;磁性磨料中铁磁相与磨粒相质量比为3∶1、磁极转速为500 r/min、磨粒目数为240目时,加工效果最好,获得了Ra=0.129μm的表面,粗糙度最大下降百分比为90.74%。结论使用HalbachArray的方法对永磁场进行设计,可以增大加工区域的磁场强度并改善磁场分布,从而提高对30CrMnSi高强度结构钢表面的加工效率。     

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。     

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     

反求工程在磁粒研磨技术中的应用

对反求工程在磁力研磨中的应用给予了充分的论证,并找出了二者的结合点,解决了磁力研磨在复杂曲面加工中难以确定磁极运动轨迹的难题,该技术的完善对于实现模具型腔精加工的自动化具有重要的意义。     

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。     

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。