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180μm、磁极转速1000 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10.70μm降为0.52μm,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。

仿形磁极头对电磁研磨管件内表面形成的影响

针对304不锈钢管内表面的氧化膜难加工以及加工后表面存在沟状纹理、微裂纹、凹坑等质量问题,采用磁粒研磨法去除304不锈钢管内表面氧化膜。通过设计不同锥度的磁极头并结合模拟仿真,探究加工区域磁场强度和研磨压力变化规律,最后通过研磨试验与仿真进行对比。结果表明:随着磁极头锥度增大,磁场强度呈先增大后减少的趋势,研磨压力受磁场强度的影响较大也呈先增大后减小趋势。当磁极头锥度为80°时磁场强度最强,研磨压力最大,研磨后管件内表面粗糙度Ra由原始3.06μm降至0.23μm,表面最大高度差由原始47.4μm降至19.6μm,内表面的氧化膜均被去除,呈现出均匀的研磨痕迹。磁性磨粒运动受力仿真以及研磨试验均表明,采用80°仿形磁极头进行加工可以有效提高304不锈钢管内表面质量。

基于线圈优化设计的黄铜管内表面电磁抛光试验

目的 设计一种低频交变磁场发生装置,高效率地去除H62黄铜管内的表面缺陷,提高其表面质量,延长其使用寿命。方法 采用闭合铁芯的方式设计一种低频磁场发生装置,利用EDEM软件对磁场中的磁性磨粒进行运动仿真分析;对电磁线圈的缠绕方式、通电方式进行设计,并利用Ansys软件对不同的线圈缠绕方式和通电方式所产生的磁场进行模拟分析。数控车床夹持管件旋转,并与磁场发生装置相配合,使管件中的磁性磨粒在磁场中磁化,并紧贴管件内表面进行研磨抛光。使用触针式表面粗糙度测量仪和超景深3D电子显微镜,对研磨前后的样品进行检测分析。结果 基于三端缠绕方式,采用2种不同的通电方式对管件进行研磨加工,采用相对型通电方式研磨6min后,H62黄铜管内的表面粗糙度由原始的0.618μm降至0.373μm。采用相邻型通电方式研磨6 min后,H62黄铜管内的表面粗糙度由原始的0.667μm降至0.081μm。结论 利用低频交变磁场能够实现研磨工具(磁性磨粒)的循环更新,提高磁性磨粒的利用率。在采用三端缠绕方式通电时所产生的磁场强度更大,更适合于磁粒研磨加工。采用相邻型通电方式(N-N-S-S磁极排布)加工时,研磨压力更大,大幅缩短了加工时间,去除了管件内壁的原始缺陷。

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1100 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。

基于Hilbert曲线磁粒研磨轨迹均匀性实验研究

目的改善传统平面磁粒研磨中轨迹均匀性较差、材料去除不均匀等问题。方法首先,基于Hilbert分形曲线加工平面,对Hilbert分形曲线进行几何特征的修改,进一步改善研磨轨迹的均匀分布;其次,传统磁粒研磨平面时采用圆柱磁极,其半径方向线速度的差异会导致材料出现去除量不一致等问题,使用环形磁极进行研磨,对不同长径比环形磁极进行三维静磁场模拟仿真,对比不同长径比的磁感应强度和1 mm处的磁场强度曲线,选取最佳的长径比进行研磨,在一定程度上保证材料的均匀去除;最后,利用ADAMS软件进行单个磨粒运动轨迹的仿真,建立笛卡尔坐标网格划分,利用离散系数C_(v)进行轨迹密度的数值分析,对研磨轨迹均匀性进行评价。结果长径比为3∶4的环形磁极的磁感应强度最大,可达300 mT左右。在相同条件下,分别沿传统直线往复式路径、Hilbert曲线和改进的Hilbert曲线进行仿真,经离散系数C_(v)的评定,沿改进Hilbert曲线的研磨轨迹均匀性显著提高,离散系数C_(v)为0.407,较传统往复式的离散系数提高了约43.2%,较Hilbert曲线路径的离散系数提高了约10.7%。沿改进的Hilbert曲线的9个检测点的表面粗糙度降幅基本一致,降幅曲线平缓。原始表面的加工纹理、缺陷被完全去除,研磨后表面形貌均匀平坦。结论沿改进的Hilbert加工路径进行研磨,研磨轨迹复杂多样,且分布相对均匀,确保了表面材料去除量的均一性,表面质量较好。