淬硬工具钢内圆表面磁性研磨加工实践与研究

磁性磨料研磨是一种较新的光整加工的方法，它是在S、N两极之间加入磁性磨料，磁性磨料吸附在磁极和工件表面上，并沿磁力线方向排列成有一定柔性的“磨料刷”，工件一边旋转，一边做轴向振动，以达到去除表层金属的目的，使工件表面粗糙度大大下降。本文介绍了磁性磨料研磨的加工原理，对工件在磁场中的受力情况进行理论分析。对淬硬工具钢(T8A)工件内圆表面进行磁性磨料研磨的加工试验．得出了不同的磁感应强度，不同加工间隙，以及不同研磨时间对加工表面粗糙度和研磨量的影响；从而得出了优化的磁性磨料研磨的加工参数：磁感应强度B=1．0—1．2T；加工间隙△=1-3mm；研磨时间t=4—5min。     

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。     

弹性磁极磨头磁力研磨TC4钛合金的工艺优化

尽管磁力研磨具有随形加工特性，但使用小磨头磁力研磨大扭曲度工件时，磨头在工件不同位置处的间隙差异，给磁力研磨加工带来了挑战。为了改善磁力研磨的加工表面质量，进一步减小工件间隙差异对表面粗糙度的影响，设计了一种以聚氨酯弹性体为磁极载体的弹性磁极磨头，对其磁场进行仿真分析并验证。在试验中使用黏结法制备的金刚石磁性磨料，比较不同加工间隙下聚氨酯弹性磁极磨头与普通磁极磨头的研磨加工性能，探索主轴转速、进给速度和磨料粒度对钛合金表面粗糙度的影响规律。结果表明：在工艺参数相同的情况下，聚氨酯弹性磁极磨头的加工性能优于普通磁极磨头的；使用聚氨酯弹性磁极磨头，在主轴转速为800 r/min，加工间隙为2.0 mm，进给速度为5 mm/min，磨料粒径范围为62～90μm时，磁力研磨加工效果最优，经过12 min的研磨加工，TC4钛合金的表面粗糙度R_a从最初的0.350μm降至0.039μm，表面粗糙度改善率达到89%。试验结果验证了聚氨酯弹性层的弹性及仿形特性对TC4钛合金加工表面质量的提升作用。     

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。     

基于3D打印航空发动机喷油管磁力研磨试验研究

目的针对镍基合金GH4169航空发动机喷油管进行磁力研磨光整加工试验研究,分析内置辅助磁极磁力研磨对工件内表面及交叉孔相贯线去毛刺的效果。方法利用磁粒研磨内置辅助磁极光整加工对工件内表面及内交叉孔相贯线处进行磁力研磨加工,通过研磨粒子与工件之间的划擦、磨削等运动,提高工件表面质量和去除内交叉孔相贯线处的毛刺。结果磁轭转速为1000 r/min,加工间隙为6 mm,采用圆柱形辅助磁极及平均粒径为250μm的磁性磨料时,其加工效果比传统的加工效果好,且效率更高,工件表面粗糙度从原始的5.8μm降至0.47μm(Ra0.5μm),内交叉孔相贯线处的毛刺明显被去除,且由于磁性研磨粒子的研磨作用,可对其进行二次光整加工。结论通过磁力研磨内置辅助磁极光整加工方法,原始工件内表面存在的褶皱、微裂纹明显得到改善,交叉孔相贯线处的毛刺也明显被去除。试验选用磁性研磨粒子粒径为250μm时,研磨效果最佳。通过磁力研磨光整加工后,管件能够得到良好的表面效果,提高了管件的综合性能。     

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.     

HR-2钢精密零件表面磁力研磨磨粒加工机理研究

磁性研磨是一种利用磁场中的磁性磨料对具有相对运动的工件表面进行光整加工的新技术。本文对磁性磨粒的加工机理进行了分析，对奥氏体不锈钢精密薄壁零件表面进行了磁性研磨工艺试验。通过试验找出了磁性原料：铝镍钴（AlNiCo）；磁性磨料粒度：60^#-70^#；在工件转速、磁感应强度、研磨时间等工艺参数为定值时，加工的奥氏体不锈钢精密薄壁零件的表面粗糙度达到了Ra0．1μm的要求。     

基于无理数转速比的导磁轴套磁粒研磨试验

目的 解决大型导磁类零件内表面的精密研磨加工困难、加工效率低等问题。方法 采用旋转磁极方法对内表面进行磁粒研磨。工件由车床主轴驱动旋转,将磁极伸入工件内部,并在电机驱动旋转的同时,随着车床刀架往复进给,驱使磁极与工件内表面之间填充的磁性磨粒摩擦工件表面,完成对工件内表面的光整加工。利用ADAMS软件对有理数和无理数转速比下的研磨轨迹进行模拟,讨论不同转速比对研磨轨迹和工件表面质量的影响;采用响应面法将影响研磨的主要工艺参数(工件转速、磁极转速、磁性磨粒粒径)进行优化设计;通过研磨试验分析表面形貌和表面粗糙度数据,验证优化后工艺参数的可靠性。结果 采用响应面法分析可知,当工件转速为98 r/min、磁极转速为2 435 r/min、磁性磨粒粒径为190 μm、磁粒研磨加工时间为40 min时,工件的表面粗糙度从原始Ra 3.32 μm降至Ra 0.198 μm,表面粗糙度改善率(ΔRa)为94.04%。工件表面划痕、加工纹理等表面缺陷得到了有效去除,加工后工件表面更加光亮、均匀,大幅提高了工件的使用寿命。结论 当磁极与工件的转速比为无理数时,其研磨效果最好,研磨轨迹的干涉效果更好,单位面积内的交错次数更多,交织出的网状结构网格更均匀、致密,未加工区域面积更小。采用响应面法能够对试验结果进行优化参数数学建模设计,拟合出的最佳工艺参数组合可提高大型导磁材料轴套类零件的加工效率和表面质量。     

不锈钢内外圆磁力研磨的试验研究

本文介绍一种机械加工新工艺－－利用永久磁铁及磁性磨料对难加工材料不锈钢工件内外表面进行研磨。用正交试验法试验了磨料粒度、工作转速、磁极间隙等参数对磁力研究效果的影响。     

磁性磨粒辅助磁针磁力研磨的应用研究

目的解决磁针磁力研磨工艺中磁针对工件表面碰撞损伤及存在研磨盲区的问题。方法在磁针中加入磁性磨粒增加磁针束的柔性,同时磁针为磁性磨粒提供研磨压力和切削力。将三相正弦交流电接入定子线圈,利用交流电的相位差产生旋转磁场,驱动混合磨料对微小复杂工件进行研磨。在混合磨料总质量不变的条件下,依次采用磁针、磁性磨粒和不同质量混合比的混合磨料进行对比试验。结果相较于单一磨料,使用混合磨料加工40 min后的工件表面形貌较好,表面粗糙度值下降幅度大,且有较大的材料去除量。当磁针与磁性磨粒的质量混合比为1∶2时,加工后的工件表面形貌最佳,无明显加工纹理和磁针碰撞痕迹,工件表面粗糙度值由原始的1.0μm下降到0.54μm左右,材料去除量为2.8 mg左右,微小沟槽内无研磨盲区。结论在电磁研磨工艺中,使用磁针和磁性磨粒质量比为1∶2的混合磨料可提高研磨效果,避免磁针的碰撞对工件表面造成损伤,磁针可将磁性磨粒挤入工件微小沟槽,无研磨盲区。     

基于PSO-ELM的316L不锈钢细长管磁粒研磨内表面粗糙度预测模型

针对316L不锈钢细长管磁粒研磨加工过程中,最佳工艺参数难以选择,以及加工后对工件内表面粗糙度（Ra）的预测问题,将影响磁粒研磨316L不锈钢细长管内表面粗糙度的四个工艺参数作为输入值,内表面粗糙度作为输出值,构建粒子群（PSO）优化极限学习机（ELM）模型来预测316L不锈钢细长管内表面粗糙度,利用PSO对工艺参数进行全局寻优,获得最佳工艺参数组合,最后通过试验与预测结果进行对比。构建的PSO-ELM表面粗糙度预测模型拟合优度R2为0.984 8,绝对误差（MAE）为0.013 4,均方根误差（RMSE）为0.021 4。得到的最佳工艺参数组合为：主轴转速2 389.011r/min,进给速度3.167 mm/s,磨料粒径216.185μm,加工时间35.856 min,预测Ra为0.178μm。对工艺参数进行调整,试验得到的Ra为0.182μm,与预测值相比误差为2.24%。基于PSO-ELM方法构建316L不锈钢细长管内表面粗糙度预测模型,实现对工件内表面粗糙度的精确预测,应用粒子群方法得到最佳工艺参数组合,提高了磁粒研磨316L不锈钢细长管的加工效率。     

双磁极式磁粒研磨机理分析及试验研究

目的解决平面磁粒研磨中压力不均匀和需要反复调整研磨间隙的问题,设计双磁极式研磨方法。方法首先对双磁极式研磨方法机理进行分析,并对研磨区域单颗磨粒进行受力分析,寻找影响研磨压力的主要因素;其次利用Ansoft Maxwell软件对两种研磨方法进行磁场仿真,分析两种研磨方法的研磨区域磁场梯度变化,通过面积积分法对比磁感应强度的影响程度;最后设计试验装置,通过试验对理论分析及有限元分析的结果进行验证,对比研磨前后工件表面粗糙度及微观形貌变化。结果双磁极式研磨方法中磨粒的研磨压力完全由磁场力提供,与研磨区域磁感应强度成正比,研磨区域磁感应强度比"铣削式"研磨方法提高约34.56%。两种方法在相同试验条件下对SUS304不锈钢板研磨40 min,双磁极式研磨方法研磨后,工件表面原始纹理基本被去除,表面粗糙度值由原始的0.25μm下降至0.16μm,下降率为36%,比"铣削式"研磨方法提高约80%,粗糙度曲线波动平缓,波峰波谷高度差变化均匀且表面形貌光滑平整。结论双磁极式研磨方法研磨区域磁场梯度变化明显,利于磨粒流动更新,研磨压力相对稳定,表面粗糙度下降率高,研磨后工件表面形貌光整,与"铣削式"研磨方法相比具有较明显的优势。     

磁极开槽对磁粒研磨加工镍钛合金血管支架管材内壁表面质量的影响

目的提高镍钛合金血管支架管材内壁的表面质量及磁粒研磨加工效率,研究开槽与不开槽磁极对磁粒研磨加工镍钛合金血管支架管材内壁表面质量的影响。方法建立了有限元仿真模型,分别模拟了开槽磁极与不开槽磁极的磁感应强度分布情况。结合仿真结果,使用搭建的镍钛合金血管支架管材内壁磁粒研磨加工设备,分别采用开槽磁极和不开槽磁极进行镍钛合金血管支架管材内壁磁粒研磨加工实验。使用超景深3D显微镜对研磨前后表面粗糙度进行测量,使用扫描电子显微镜对内壁表面微观形貌进行对比分析。结果在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、往复加工1次的参数条件下,使用不开槽磁极进行加工,管材内壁表面粗糙度Ra由加工前的0.5μm降至0.24μm,下降52%;使用开槽磁极进行加工,管材内壁表面粗糙度Ra由加工前的0.5μm降至0.11μm,下降78%。结论磁极开槽后,在改善磁感应强度分布的同时,避免了因磁极所产生的磁驱动力不足以克服磁粒刷与管材工件间的摩擦力而产生的磁性磨粒的滞后现象。同时加工2个工作行程,使用开槽磁极对镍钛合金血管支架管材内壁进行磁粒研磨加工,内壁原始缺陷层的去除效果更好,加工后管材内壁表面质量更优。根据表面粗糙度值的变化趋势,开槽磁极研磨加工效率更高。     

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。     

Simulation for the prediction of surface roughness in magnetic abrasive flow finishing (MAFF)

The final machining (or finishing) of precision parts with high level of surface finish and close tolerance is making the application of magnetic abrasive finishing technology increasingly important. Magnetic abrasive flow finishing (MAFF) is a new abrasive finishing process combining the features of abrasive flow finishing (AFF) and magnetic abrasive finishing (MAF). MAFF provides a high level of surface finish and close tolerances for wide range of industrial application. This paper focuses on the modeling and simulation for the prediction of surface roughness on the workpiece surface finished by MAFF process. A finite element model is developed to find the magnetic potential distribution in the magnetic abrasive brush formed during finishing action and then it is used to evaluate machining pressure, surface finish and material removal. The simulation results are compared with the experimental results available in the literature. The simulated workpiece surface roughness shows features similar in nature to the experimental results.     

Investigation into magnetorheological abrasive honing (MRAH)

A scheme to finish external curved surfaces, by imparting rotation while the abrasive-mixed magnetorheological fluid (or abrasive-mixed MR fluid) is pushed up and down, is presented in this paper. Since the relative motions resemble those present in conventional honing, the proposed method is named as ‘Magnetorheological Abrasive Honing’ (MRAH). This paper outlines the design and development of magnetorheological abrasive honing setup. A DC electromagnet with cylindrical pole faces is used and measurement for magnetic flux density is done. Experiments are conducted with aluminum and austenitic stainless steel workpieces to understand the effect of magnetic field. Effect of initial roughness, workpiece rotation and process duration on finishing was investigated with ground austenitic stainless steel workpieces. It is observed that the improvement in finish is better for rougher surface and higher rotation speed of workpiece and a reduction in roughness is consistent with process duration.     

孔表面粗糙度与AE信号能量计数相关性的研究

针对液体磁性磨具小孔光整加工时无法实时动态检测孔表面粗糙度的问题,将声发射无损检测技术应用在液体磁性模具孔光整加工技术中,通过对采集到的AE信号进行分析研究,得出声发射信号与工件表面粗糙度有明显的相关性,通过特征值参数分析方法提取了能量计数AE特征值,得出能量计数的分布可以用来表征工件表面粗糙度变化情况。研究结果为液体磁性磨具光整加工的实时动态检测提供了有价值的参考。     

小孔内表面磁力研磨加工技术研究进展

磁力研磨加工是提高小孔内表面质量的一种重要光整技术,利用该技术能高效提升小孔类零部件在极端环境下的使役性能。针对小孔内表面的磁力研磨光整加工,按其发展历程对磁力研磨加工技术进行总结,归纳了磁性磨粒研磨、磁针磁力研磨、液体磁性磨具研磨、超声辅助磁力研磨和电解磁力复合研磨等加工方法的技术特点,并分析评述了其局限性。对磁力研磨加工过程中材料去除机理进行了研究,材料主要以微量切削与挤压、塑性变形磨损、腐蚀磨损、电化学磨损等方式去除,材料种类不同,去除机理也不同。其中,硬脆性材料主要以脆性断裂、塑性变形和粉末化的形式去除;塑性材料在经历滑擦阶段、耕犁阶段和材料去除阶段后主要以切屑的形式去除。此外,还对磁力研磨加工过程中的材料去除模型进行了研究,对单颗磁性磨粒材料去除模型和“磁力刷”材料去除模型进行了分析讨论。最后,对磁力研磨加工技术今后的研究发展给出了建议并进行了展望。     

用于阀芯类零件去毛刺的磁极板优化设计与实验研究

目的 为解决阀芯类零件节流边毛刺去除不均匀和效率低下的问题，对磁极板尺寸和曲率进行规律性研究和实验验证。方法 首先，用Maxwell仿真软件对磁极板的各个参数进行规律性仿真，得出合适的磁极板尺寸;其次，为提高加工区域的磁感应强度值，设计了曲面磁极板，并对其相关参数进行仿真;最后对优化后的装置进行磁感应强度测试，并使用液体磁性磨具对45钢和阀芯棱边毛刺进行去除实验。结果 根据仿真结果发现，磁极板长度比工件大20 mm时，工件轴向磁场分布最均匀，磁极板厚度对磁场影响较小，磁极板宽度应根据加工间隙进行选择。曲面磁极板可以加强加工区域的磁感应强度值，曲率半径越小，加工区域获得的磁感应强度值越大，其中半圆形磁极板效果最佳。对装置的磁感应强度测试也表明，将工件置于磁场中后，其表面磁感应强度值最高达600 mT左右，满足加工需求。最后通过加工实验发现，在转速为500 r/min的条件下，阀芯节流边的毛刺去除效果理想，且轴向加工均匀。结论 该装置可以对阀芯这类导磁性回转类零件产生良好的加工效果。