数字化磁粒光整加工技术的数值模拟

利用有限元的方法模拟了磁极不同开槽方式和开槽尺寸对磁粒研磨加工工艺的影响，得到了磁极表面在开不同形状型槽的情况下，加工区域中的磁位分布、磁场强度分布以及磁粒和工件表面的受力分布。结果表明，在磁极表面开矩形槽，而且型槽的齿与槽的宽度之比为l：l时，比磁极表面不开槽、开V型槽、漏斗型槽以及其它尺寸的矩形槽更有利于提高加工的效率和加工的质量。同时对模拟的结果进行了实验验证，实验结果和模拟的结果非常吻合。     

磁极开槽形状和尺寸对磁场分布和磁粒光整加工能力影响的研究

通过数值模拟和实验,研究磁极不同开槽方式和开槽尺寸对加工区磁场分布、磁粒受和和加工效率的影响。结果表明,磁极表面开矩形槽比开Ｖ形槽和漏斗形槽可以得到有利的磁场分布。开矩形槽时,槽与齿宽度之比在１：１时,可以取得较高的加工效率和较低的表面粗糙度。槽与齿宽度之比太小时,磁粒运动所需的驱动力不足,但太小时,磁粒对工件的压力减小,这两种情况都不利于加工效率和加工质量的提高。     

磁力光整加工平面磁极头设计及仿真

作为以提高表面质量的磁力光整加工技术,磁极的设计起着至关重要的作用.提出将永磁极设计为锥形以取代笨重的电磁极,仿真了磁极有无锥度的磁场强度分布,发现有锥度磁极的磁场分布较集中,可增加资源利用率且锥度为1∶0.6时磁场分布较强.分析了开槽能够改善磁场梯度分布,且开矩形槽和槽深宽之比为1∶1时产生的磁场效果最佳.并采用试验验证,磁极有锥度后工件表面质量改善效果要比无锥度磁极好.     

磁粒光整加工基础研究

研究了磁场分布，磁场力及材料去除规律并进行相应的实验分析，从理论上证明了加工区域内磁场分布不均匀而导致的磁粒流动及磁刷形成的变化，是影响磁粒切削性能的关键因素；实验研究了磁场力、磁极形状对切削量的影响规律，结果与理论解析一致；而润滑剂可大幅度提高去除量，且表面粗糙度存在最佳值。研究成果为深入系统地研究加工机理提供理论依据和实践基础。     

磁极开槽情况对磁力研磨的影响

通过ANSOFT软件仿真和实验的方法,研究在磁极头表面加工出矩形槽、60°V型槽、圆环槽和分布圆孔4种不同槽型时对磁力研磨后工件表面粗糙度的影响。采用ANSOFT软件仿真磁极头表面加工出不同槽型时,工件表面的感应磁场强度分布。仿真结果表明:在磁极头表面加工出矩形槽时,工件表面感应磁场周向梯度最明显。实验结果表明,在磁极头表面加工出矩形槽时,工件表面粗糙度改善率最高为32.95%。对比不开槽和加工出矩形槽两种磁极头形式下的磁力研磨加工结果,得出采用矩形槽开槽形式时,磁力研磨的加工效率有所提升。     

磁力光整加工永磁极结构参数设计及仿真

在磁力研磨加工中,磁极结构形状和参数是影响其加工效率的主要因素之一。本文以XK7136C数控铣床为加工平台,将主轴头头部更换为永磁研磨磁极,对磁极结构形状和参数进行研究。设计符合加工使用的两种不同形状的磁极,利用Ansys仿真软件对其磁场进行有限元分析。通过仿真分析及试验验证发现,两种不同形状的磁极与普通磁极相比都能提高磁力光整加工的效率,同时开槽后的锥形磁极比球形磁极的端面在磁力线分布上更加密集,聚磁能力更好。试验研究发现,镍基高温合金Inconel 718的表面粗糙度在21分钟内由Ra0.502μm下降到Ra0.059μm,表面显微硬度和残余应力也有所改善,设计的磁极结构参数更有利于磁力光整加工。     

磁力泵磁性联轴器的磁场数值计算

磁性联轴器的结构参数、磁场情况关系到传递磁转矩的能力、磁力泵机组的效率和可靠性,因此有必要对磁性联轴器的内外磁钢转角、磁极数、轭铁厚度、气隙等参数及其构成的磁场进行深入研究。基于磁路设计的基本原理,采用ANSYS软件,探讨磁力泵磁性联轴器的磁场分布及其磁转矩的影响因素。通过磁场分析、建模,对其永磁磁场进行数值计算,结合实例计算出内外磁转子不同转角时的磁力线分布及其磁转矩、气隙内磁感应强度。分别研究在不同磁极、不同轭铁厚度时的磁场分布情况及不同气隙时的转矩值。磁力泵磁性联轴器的磁场数值计算具有重要的理论和实际应用价值。     

磁力研磨75°梯形开槽永磁极研究

在磁力光整加工中,永磁极研磨面的开槽形状是影响光整质量的重要因素之一。以30°为开槽角度跨度,以牌号为N35的钕铁硼材料为永磁极主体,结合多种几何形状开槽来模拟仿真磁场强度与留存几何面棱角角度之间的关系,分析得出磁场强度值随开槽后留存几何面棱角角度的减小而增大,在棱边集中的尖角处取得最大值,以及磁场强度值越高其对应面积越小。在此结论下,设计出75°梯形开槽永磁极,其理论磁场强度达到1.2～1.4 T。相同参数下,对比目前90°矩形开槽磁极进行表磁测试及研磨S31603不锈钢板试验,结果表明:75°梯形开槽磁极表磁强度相对提高0.2～0.3 T,达到1.298 1 T,研磨效率相对提高约20%。     

一种电磁式集群磁流变电磁铁的结构设计及优化

合理的磁路结构及均匀的磁场强度是影响磁流变抛光效果的关键因素,基于电磁铁的特性并结合实验室提出的集群磁流变技术,设计了一种电磁式集群磁流变电磁铁。详细分析了集群磁流变电磁铁的结构设计,通过Ansoft有限元仿真对磁指长度、集群点阵的结构、集群点阵的间隙和集群点阵的深度进行仿真及优化。优化结果显示:磁指长度l=26mm,磁场区域可以实现由线域到面域;集群点阵为方形下凹,磁极表面磁场强度较大;集群点阵间隙为1mm、深度为2mm时,磁极表面可以获得比较均匀的面域磁场。     

磁力研磨加工的永磁极结构优化设计

通过分析总结磁力研磨加工机理及永磁极结构,得出磁极端面形状对空间磁场分布的影响是决定磁力研磨加工表面质量和加工效率的关键因素。利用ANSYS软件对磁极进行建模与仿真,并对比分析仿真结果中磁力线的分布和磁场强度的分布,其结果表明,去除磁极端面中心部分材料半径与端面半径之比为1∶3的材料且在磁极端面开矩形槽的深宽之比为1∶1时,加工区域产生的磁场强度值可达到0.85~1.2T,且能获得较高的磁场强度梯度。这种利用仿真软件指导磁极设计的方法,为磁极的设计改进提供了理论依据和参考方案。     

旋转磁场磁粒光整加工研究

为解决特大型,异型零件光整加工的难题,提出了脉冲电路控制产生旋转磁场实现磁粒光整加工的新思路。研究旋转磁场磁粒光整加工原理,并对旋转磁场发生装置进行设计分析及实验研究。结果表明,磁粒填充量直接影响材料去除量和表面粗糙度,且存在最佳值,磁粒中添加合理比例和粒度的铁粉,可以有效是提高光整加工效率,改善表面粗糙度。     

磁性研磨在模具曲面抛光中的应用

针对大型模具曲面精整加工的问题,探讨采用磁性研磨加工模具曲面的工艺。根据磁性研磨加工原理,基于数控铣床研制了磁性研磨实验装置,采用工具旋转的磁性研磨加工方式,磁性磨料受到磁场约束力和离心力的作用,成为影响加工过程正反两方面的因素。对模具曲面进行磁性研磨加工实验,针对模具曲面研磨量不均匀问题,分析了影响曲面研磨量的主要因素,提出了从磁极形状和研磨轨迹等方面控制研磨量的方法。     

直流磁场下销盘摩擦副接触面的磁感应强度和磁吸力分析

为了研究磁场对材料摩擦磨损性能的影响,通过试验检测了销盘接触时的磁吸力,利用电磁场有限元软件分析计算了销盘摩擦副在接触区域的磁感应强度大小和分布及磁吸力的大小。试验和仿真结果表明:磁感应强度和磁吸力都随线圈电流的增大和气隙的缩小而增大,并且与材料的磁化特性有关;销盘上的磁场分布不均匀,当盘旋转进行摩擦磨损试验时,盘上各点将产生动态磁化现象;由于销和盘之间的微凸峰接触存在漏磁,故在磁场仿真时可用一个极小的间隙来表示其实际磁接触状态;在销和盘接触时,可用试验得到的最大磁吸力值根据麦克斯韦公式计算出接触面的平均磁感应强度。     

磁力磨削管道内壁转子磨具研究

为了有效地去除细长不锈钢管道内表面的氧化皮并减小其表面粗糙度值,设计了一套既具有较大导磁性又具有很强磨削能力的转子磨具。该转子磨具在外部旋转磁场的带动下,在工件内腔旋转并做轴向运动,为由于本身特殊性不易做高速旋转运动的细长类零件提供了一种行之有效的加工方法。本文在转子磨具磁力磨削加工的基础上,利用Ansoft软件建立了该实验装置的2D瞬态场模型,得到了其磁力线分布、磁感应强度分布和模型的电磁转矩曲线。通过对转子磨具电磁转矩的模拟结果与切削力矩的理论计算对比,验证了该转子磨具具有很强的切削性能,可有效的去除工件内壁氧化皮并减小了其表面粗糙度值。     

内圆表面磁性研磨加工的研究

通过对薄壁套筒内表面磁性研磨加工的原理分析和影响加工特性的各种加工因素的实验研究，探讨内表面的最佳磁磨工艺方法，同时表明磁性研磨加工有着十分广阔的应用前景和较主的经济效益。     

不锈钢物流管道内表面磁力研磨的回转磁场设计

分析了不锈钢物流管道内表面磁力研磨运动轨迹和速度的要求,研究了各种励磁方法及其研磨运动轨迹, 提出了同时产生回转磁场和往复磁场的励磁方法,设计了能实现复杂研磨轨迹的一种新型回转磁场装置,该回转 磁场通过磁极轴向分布产生波浪形研磨条纹,同时完成磁性磨料对工件的周向回转和轴向往复运动,最后用316L 管道进行了回转磁场的材料去除试验。     

磁力磨削Al_2O_3-TiO_2陶瓷涂层试验

采用磁力研磨技术进行Al_2O_3-TiO_2陶瓷涂层的精密加工,设计了平面陶瓷研磨的试验装置,通过研究磨粒粒度等参数对表面粗糙度的影响规律,得出精密加工的最优参数。     

钛合金表面多磁极耦合旋转磁场光整加工特性

面向激光增材制造钛合金表面的光整加工需求,设计出一种多磁极耦合旋转磁场光整加工装置来研究光整加工特性。基于ANSYS Maxwell仿真软件分析了光整加工装置的磁场强度分布。搭建了实验光整平台,分析了主轴转速、C轴转速和加工间隙对表面质量的影响。结果表明,在主轴转速500 r/min、C轴转速160 r/min和加工间隙0.7 mm的加工条件下,表面粗糙度Ra由5.991 μm下降至0793 μm。扫描电子显微镜(SEM)观测表明,光整后的钛合金表面沉积层消失,表面质量得到显著改善。     

不锈钢管内孔旋转磁场磁粒光整加工

利用脉冲电路控制发生的旋转磁场 ,实现不锈钢管内孔表面旋转磁场磁粒光整加工 ,研究磁极结构对加工质量的影响。实验结果表明 :不同的磁极结构 ,光整加工效果不同 ,其中 N- S- S- N型效果最好 ,N- S- N- S型效果最差。该工艺为旋转磁场磁粒光整加工在实际生产中推广应用提供有益的依据。