磁粒研磨Al 2024细长管的机理及试验研究

目的探究磁粒研磨过程中外部磁极的不同排布方式对Al 2024细长管内表面研磨质量的影响,寻求一种最佳的磁极排布方式。方法首先,在理论上分析了磁粒研磨细长管的基本原理;其次,利用ANSYS软件的磁场模块对磁极的三种排布方式进行模拟,得出不同的磁感应强度曲线,通过分析曲线的变化规律来探讨磁极排布方式对研磨效果的影响;再次,设计了试验装置,对理论和有限元仿真结果进行了验证试验,通过观测内表面粗糙度值和微观形貌,对比了试验效果。结果随着磁极夹角从90?增大到180?,磁感应强度逐渐减小,有效磁场区域逐渐减小。较小的磁感应强度使得磁性磨粒在磁场中受到的研磨压力变小,磁性磨粒易于受离心力作用甩出加工区域,参与研磨的数量变少,研磨质量降低;变小的有效磁场区域使得磁性磨粒受力区域减小,被磁化的数量减少,参与研磨的数量减少,研磨质量较差。研磨时间10 min后,从试验结果中可以看出,当磁极90?分布时,表面粗糙度值下降最大,从原来的0.66μm降至0.12μm,表面的凹坑和纹理缺陷被去除,表面形貌均匀且光泽度较好。结论磁粒研磨Al 2024细长管内表面时,调整磁极排布可以提高加工区域的磁感应强度和增大有效磁场区域面积,继而提高磁性磨粒的作用效果,促进研磨的有效进行,保证较好的研磨质量。     

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。     

硬铝合金软接触电磁连铸矩形结晶器透磁性能模拟

以经典电磁场理论为依据,利用有限元软件ANSYS,系统地研究了三维矩形坯连铸结晶器内磁场分布规律。结果表明:矩形软接触电磁连铸结晶器角部存在明显的磁场叠加现象;硬铝合金液面处于线圈中心位置时可获得最大磁感应强度;当线圈与耐火材料的距离为5~10mm时,能获得最佳磁感应强度;采用不锈钢结晶器能获得更大的磁感强度,是5052铝结晶器的1.5~2.0倍。     

基于三维有限元动态模拟圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场

根据电磁场有限元分析的基础理论，对储罐底板圆柱形表面腐蚀缺陷，应用ANSYS三维有限元静态分析了圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场，得到了圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场的空间分布。在一定条件下，静态模拟的缺陷漏磁场受励磁结构中永磁铁磁场的影响较大，造成在永磁铁附近漏磁场分布的畸变。而动态模拟下得到的漏磁场只在缺陷附近有明显的变化，缺陷漏磁场受励磁结构中永磁铁磁场的影响很小，有利于对腐蚀缺陷的分析。     

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。     

基于电磁-热耦合有限元分析的永磁调速器性能研究

针对永磁调速器(permanent magnet device,PMD)在三维磁场的仿真计算忽略了导体盘涡流生热对性能的影响,提出一种基于电磁-热耦合的有限元分析方法。利用Ansoft Maxwell和Ansys Workbench软件搭建永磁调速器的电磁场和温度场耦合仿真模型,分析涡流生热对导体盘及永磁体性能参数的影响,将涡流热功率作为热源载荷导入温度场,并在Transient Thermal模块中进行温度场仿真,将温度场仿真结果用于修正永磁调速器的性能参数,最终通过磁场仿真计算输出转矩。仿真结果表明:基于电磁-热耦合计算的转矩结果较改进前相比与实测值误差更小,适用于工程计算。     

磁声发射励磁器的仿真分析

磁声发射是一种新型的无损检测技术,磁化强度是影响磁声发射信号强弱的主要因素之一。针对磁声发射磁化装置功率放大器放大倍数以及线圈的安匝数和磁路一定的情况下,不同尺寸的U型磁轭对Q235钢试样磁化效果不同的问题,利用ANSYS Maxwell电磁场仿真软件对不同尺寸U型磁轭进行有限元仿真,分析了线圈的不同缠绕方式对试样磁化效果的影响,以求得励磁效果最优的磁轭尺寸。根据仿真结果得出以下结论:磁极间距越小,产生的磁场强度越强,Q235钢试样磁化效果越好;Q235钢试样的磁化效果随磁极厚度的增加先增大后减小;线圈缠绕方式对Q235钢试样的磁化效果无影响。     

磁力光整加工ZrO2陶瓷材料磁极头设计及仿真

磁力研磨是光整加工ZrO_2陶瓷材料的重要方法,但由于陶瓷材料的高强度及脆硬性,用一般开矩形槽的磁极头研磨加工ZrO_2存在着研磨效率低,加工效果不理想等问题。因此在设计磁极头时,采用N45永磁极作为材料,设计开环形槽,由底部向上拔模至一定深度,由此设计的磁极来加工ZrO_2陶瓷材料,利用ANSYS仿真了磁极开环形槽与矩形槽的磁场强度分布。结果表明:环形槽磁极的磁场分布较集中,并且开锥度后磁场分布较强。通过试验验证,磁极头开环形槽能够改善磁场梯度分布,提高研磨压力。研磨20 min后,ZrO_2陶瓷材料的表面粗糙度从1.7μm下降到0.45μm,加工效率显著提高,表面质量明显改善。     

电永磁夹紧方法及其影响因素

介绍了一种可用于夹紧或吸附工件的电永磁磁极结构,及其充磁、退磁的工作原理。对电永磁磁极进行了建模和有限元分析,计算了磁极的磁吸附力。模拟分析了磁极在充磁和退磁后的磁场分布情况,以及铷铁硼磁体、铝镍钴磁钢等的磁感应强度。分析了影响磁场强度的主要因素,并给出设计参数的选取方法或建议。有限元计算得到的磁吸附力与实验测试数据相吻合,表明,采用电永磁建立的吸盘可以满足压力机上的模具夹紧力要求。     

CXY稀土永磁摇摆磁系筒式磁选机的研制

CXY·稀土永磁摇摆磁系筒式磁选机是采用高性能钕铁硼永磁材料制作而成 ,开放式磁路设计 ,磁系摇摆 ,滚筒表面磁感应强度 0 .3～ 0 .8T。采用不锈钢滚筒输送物料、磁体不磨损 ,尤其适宜铁含量比较高的非金属矿物的提纯。本文着重介绍了该设备的结构技术特性及试验应用情况。     

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行为机理。利用Ansoft Maxwell软件对电磁铁不同形状的磁极头产生的磁场进行模拟对比,确定理论上最优的磁极头形状。同时模拟对比脉冲电流在不同时刻加工区域内磁感线的分布情况,以及恒定磁场和脉冲磁场下磨料的运动轨迹。通过试验对比无辅助磁场、恒定辅助磁场和脉冲辅助磁场下磁粒研磨加工SUS304不锈钢的表面形貌和表面粗糙度。结果在磁粒研磨加工中,磁性磨料分布受磁感线的影响,在脉冲辅助磁场的作用下加工区域内的磁性磨料会随磁感线的变化而做周期性的往复运动,加工时会有更为复杂的研磨轨迹。模拟3种不同形状的磁极头在加工区域产生的磁感应强度曲线,平面、圆锥面和半球面在中点处的磁感应强度峰值分别为655、636、702 mT。以SUS304不锈钢板作为试验对象,原始表面粗糙度为0.46μm,采用半球形的电磁铁磁极头,在研磨间隙为2 mm、永磁极转速为800 r/min、进给速度为5 mm/s的试验条件下,对比电磁铁不通电、通入0.8 A直流电流、通入1 Hz,占空比50%,峰值电流0.8 A的单向脉冲电流3种辅助磁场分别对工件研磨30 min后的工件表面形貌,无辅助磁场时工件表面仍残留一些原始纹理;恒定辅助磁场下工件表面原始纹理被去除,但表面存在明显圆弧形研磨痕迹;脉冲辅助磁场下工件表面形貌更为光整、平滑。研磨后工件表面粗糙度分别降至0.28、0.13、0.06μm。结论脉冲磁场辅助磁粒研磨在提高加工区域磁感应强度的同时,可使磁性磨料在加工时做周期性运动,研磨轨迹复杂化,促进了磨料的更新,相比传统磁粒研磨和恒定辅助磁场磁粒研磨工艺,脉冲磁场辅助磁粒研磨加工后的工件表面形貌更加平滑,表面粗糙度更低。     

兆瓦级超高速内置式永磁电机转子磁极结构优化

为了解决兆瓦级超高速永磁电机转子圆周速度大带来的机械与电气问题,文章提出一种叠片内置磁钢,间隔高强度非导磁加强筋嵌入的磁极结构。针对同一工程实际需求,设计并对比了三种转子磁极结构,分析了各自特点。通过等效环法计算转子强度,并进行结构场仿真验证计算结果。针对机械分析的可行结构,利用电磁性能仿真软件进行电气性能分析,对比三种结构的电磁性能。结果表明,采用非导磁高强度加强筋的新型内置式转子磁极结构机械强度好,电磁性能优异,磁钢用量更少。     

瓦形磁极对磁粒研磨加工管件内表面的影响

目的 提高磁粒研磨加工厚壁管内表面的表面质量与表面粗糙度改善率。方法 采用聚磁盘与瓦形磁极相配合的方式,通过仿真软件对不同数量的瓦形磁极与聚磁盘的多种组合进行模拟仿真,并分析其磁感应强度变化与磁力线分布。利用磁粒研磨法对管件内表面进行研磨试验验证,研磨后对工件表面粗糙度进行测量,并观察工件表面微观形貌。分析瓦型磁极数量、主轴转速以及磁性磨粒粒径对管件内壁表面质量的影响。结果 不设置瓦形磁极时,在主轴转速为600 r/min、磨粒粒径为185μm、研磨时间为15 min的条件下,管件内表面粗糙度由原始的0.42μm左右降低至0.14μm左右,表面粗糙度改善率为67.05%,表面质量有所改善。设置2个瓦形磁极时,在主轴转速、磨粒粒径、研磨时间与不设置瓦形磁极相同的条件下,管件内表面粗糙度从原始的0.42μm左右降低至0.09μm,表面粗糙度改善率为78.57%,表面缺陷被完全去除。结论 聚磁盘与瓦形磁极相配合的磁极排布方式,使得管件内外形成封闭磁回路,增大了加工区域的磁感应强度并改善了磁场分布,工件内表面的微裂纹、凹坑等表面缺陷基本被去除,获得良好的表面加工质量和较高的表面粗糙度改善率。     

大小磁极分布对永磁同步电主轴齿槽转矩脉动的影响

永磁同步电主轴在数控机床领域中应用越来越广泛,为了保证其精度,需降低齿槽转矩。针对永磁同步电主轴大小磁极不同个数和不同安装位置对齿槽转矩脉动的影响进行了研究。在阐述齿槽转矩产生机制和削弱方法的基础上,建立了永磁同步电主轴运动电磁场有限元模型,分别对永磁同步电主轴大小磁极的不同个数和不同安装位置的齿槽转矩进行了仿真。最后,利用MATLAB对仿真所得的数据进行计算、分析和对比。结果表明:适当的大小磁极个数和安装位置可有效地削弱永磁同步电主轴的齿槽转矩脉动。     

复合磁极磁粒研磨平面机理及试验探究

目的 探究磁粒研磨中复合磁极磁回路对工件表面质量及表面粗糙度值的影响,解决传统平面磨粒受磁力较小而远离加工区域,从而使表面质量较低的问题.方法 对提出的磁极复合磁路法进行研磨机理分析,并通过磨粒在加工中的受力分析,进而分析影响因素.使用等效磁路法,对3种磁路所形成加工区域的磁感应强度进行计算,进而采用Ansoft Maxwell软件对3种磁路的磁场梯度模拟仿真进行对比分析,综合分析、评价影响因素的作用,为试验打下理论基础.最后使用表面粗糙度仪及超景深3D显微镜,对采用不同磁回路研磨前后的工件表面粗糙度值及表面质量进行测量与记录.结果 复合磁极磁路中的磁感应强度大于传统研磨加工,具有明显、对称的磁场梯度效果.与传统式研磨相对比,表面粗糙度值从0.10μm降至0.06μm,在表面粗糙度改善率上提升40％,工件表面研磨质量较好.结论 复合磁极式磁粒研磨工艺对工件表面的划痕、凹坑、斑点等达到了良好的去除效果,使工件表面平整并具有镜面效果,较传统研磨明显具有质量好、效率高的优点.     

钢板应力集中区域弱磁检测的仿真与实验

在弱磁环境下对钢板的应力集中区域检测进行了仿真和实验研究。根据弱磁场环境下磁检测金属材料应力集中区域方法,研究金属材料应力变化对磁信号的影响,通过有限元分析的方法对钢板在磁场环境下进行ANSYS的仿真运算,研究钢板表面漏磁场磁力线变化情况。以钢条为实验对象,通过实验来检测铁磁材料表面应力集中区域磁信号的变化情况,验证应力集中的存在引起磁信号的变化。结果表明,弱磁检测方法可以检测出金属材料应力集中区域的应力变化,作为铁磁材料应力集中区域的检测手段。     

基于电磁场与流场耦合的电沉积加工过程仿真

在电沉积过程中运用COMSOL Multiphysics建立电磁场、流场的数学模型,将有限元和有限差分相结合进行电磁场和流场的耦合模拟分析,研究磁场对流场、电流密度分布、镀层表面形貌、晶粒及SiC含量的影响规律,并进行预测与验证。结果表明:施加平行磁场时,磁感应强度在极头之间分布均匀,溶液呈现不规则的运动,镀层厚度预测值的最小误差为1.84%,镀层的晶粒尺寸随着磁感应强度的增大而细化;施加垂直磁场时,两极头间区域的磁感应强度较强,溶液呈现漩涡流动,且流速随磁场感应强度的增大而增大。XRD分析表明:在所研究磁感应强度范围内磁场对晶粒的取向没有明显的影响,镀层中SiC含量随着磁感应强度的增大而增加。     

抑制高速GMAW驼峰焊道的外加磁场数值分析

当熔化极气体保护焊的焊接速度高于一定临界值时,会出现驼峰焊道成形缺陷.为防止驼峰焊道的出现,通过外加磁场与熔池中的焊接电流相互作用,产生指向熔池前方的电磁力,抑制熔池中后向液体流的动量从而抑制驼峰的产生.通过建立焊前工件上外加磁场的三维模型,计算了工件上的外加电磁场分布.提出热-磁耦合分析方法,实现焊接过程中熔池内外加电磁场的数值计算.结果表明,高速焊过程中,外加磁场主要以横向磁场分布在熔池区;焊丝与磁极间的距离会显著改变熔池内外加横向磁场的分布.     

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,...     

永磁转子表磁检测偏心修正系统开发

针对永磁转子在表磁检测过程中存在的偏心的现象，基于分子环流模型，利用毕奥-萨伐尔定理对永磁体的空间磁场分布进行分析，开发了一种用于表磁偏心修正的系统。首先，介绍了该偏心修正方法的原理及工作流程，并针对数据处理模块引入了基于三次样条的双向插值；其次，设计搭建了修正系统平台；最后，通过采集对比实验数据，评估系统性能。实验表明，使用分子环流模型分析永磁转子空间磁场分布具有较强的适用性；同时，三次样条双向插值使测得的磁场数据与真实值更加贴合；最终呈现为经过该系统修正后的磁场数据与真实值的相对误差可控制在0.9%以内。