磁性珩磨系統(tǒng)磁場熱場分析及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、高科技產(chǎn)業(yè)（如醫(yī)療設(shè)備制造業(yè)、航空航天工業(yè)和光學(xué)等等）的迅速發(fā)展對工件表面加工質(zhì)量提出了越來越高的要求，不銹鋼管表面加工質(zhì)量也面臨同樣的挑戰(zhàn)。不銹鋼管因具有高耐熱性、高耐腐蝕性、高強(qiáng)度、非磁性、好韌性而廣泛應(yīng)用于很多重要領(lǐng)域（如精密儀器領(lǐng)域、環(huán)保產(chǎn)業(yè)和運(yùn)輸機(jī)械等），但不銹鋼屬于易鈍化金屬材料，所以在成型過程中它的表面極易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)致密的與基體金屬附著力強(qiáng)的氧化皮，與普通鋼相比氧化皮的清除難度大幅度增強(qiáng)，尤其是一些特殊結(jié)構(gòu)的（如細(xì)長型、特大

2、型或異型等）不銹鋼管在加工過程中難以運(yùn)動(dòng)使其內(nèi)表面的加工更加困難甚至是無法加工。
　　常用的清理不銹鋼管氧化皮的方法有酸洗法、噴丸和電化學(xué)法等。但酸洗法和電化學(xué)法形成的廢酸、沖洗水、有毒氣體及重金屬離子不僅嚴(yán)重地污染了人類的生存環(huán)境而且能對工作員工身體造成嚴(yán)重危害;噴丸處理過程中容易使被加工工件產(chǎn)生表面缺陷且很難保證薄板類零件維持原來的形態(tài)，噴丸處理后的工件外表面也比較粗糙。所以人們在精密加工范疇中依靠多種形式的能量且采用各種途徑

3、來尋找新的工藝方法。磁性珩磨是磁場應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，它是利用電磁作用驅(qū)動(dòng)磁性磨具在工件內(nèi)腔運(yùn)動(dòng)，可有效地磨削因結(jié)構(gòu)特殊性而難以在加工過程中運(yùn)動(dòng)的不銹鋼管內(nèi)壁氧化皮。目前國內(nèi)外尚未有人提出磁性珩磨加工這一概念，太原理工大學(xué)的軋剛教授和姚新改副教授為能有效地解決太原冶金機(jī)械廠因結(jié)構(gòu)本身特殊性而很難在加工中運(yùn)動(dòng)的細(xì)長不銹鋼管內(nèi)表面加工難的實(shí)際問題于2008年首次提出磁性珩磨加工概念。
　　太原理工大學(xué)2009屆研究生劉威在軋剛

4、老師和姚新改老師的指導(dǎo)下，開發(fā)出了一種具有高導(dǎo)磁性和強(qiáng)磨削力的轉(zhuǎn)子，其磨削效果顯著。但加工實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，它不但笨重且運(yùn)行過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的振動(dòng)問題，同時(shí)，磁性珩磨系統(tǒng)生熱速度太快而熱量消退太慢，為使得定子式磁場發(fā)生器銅線繞組絕緣結(jié)構(gòu)在規(guī)定的極限溫度下工作，工件一次持續(xù)加工時(shí)間須在l0min以內(nèi)，這些問題阻礙了磁性珩磨技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。為此，本文在在前期研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種即具備較大的導(dǎo)磁性和足夠的磨削能力又重量輕振動(dòng)小的磁性磨具

5、，同時(shí)為磁性珩磨系統(tǒng)增設(shè)了冷卻循環(huán)系統(tǒng);磁性珩磨系統(tǒng)的電磁場和溫度場是影響加工效果的關(guān)鍵因素，本文借助Ansoft Maxwell有限元分析軟件參數(shù)化分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)了磁性珩磨系統(tǒng)，在ANSYS Workbench有限元分析軟件中導(dǎo)入Ansoft Maxwell電磁場分析文件并使其與瞬態(tài)溫度場分析模塊的設(shè)置相關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)電磁場和溫度場的直接耦合，更精確仿真分析了磁性珩磨系統(tǒng)溫度場的實(shí)際變化情況。進(jìn)行不銹鋼管內(nèi)表面磁性珩磨加工試驗(yàn)，驗(yàn)證電

6、磁場和溫度場模擬結(jié)論，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　1.對比不同材料（微晶剛玉，鋯剛玉和白剛玉）在同轉(zhuǎn)速、同進(jìn)給、同時(shí)間下濕磨不銹鋼管內(nèi)壁所得表面粗糙度值可知:微晶剛玉加工效果最好。
　　2.對比微晶剛玉在不同轉(zhuǎn)速、同進(jìn)給、同時(shí)間下濕磨不銹鋼管內(nèi)壁所得表面粗糙度值可知:在一定范圍內(nèi)，磁性磨具轉(zhuǎn)速的提高可降低工件內(nèi)表面粗糙度值。
　　3.加入冷卻循環(huán)系統(tǒng)后，磁性珩磨系統(tǒng)發(fā)熱問題得到改善，工件一次持續(xù)加工時(shí)間由10min提高到60m