超声波磁流变复合抛光中几种工艺参数对材料去除率的影响

提出了一种光学抛光的新方法——超声波磁流变复合抛光。介绍了该抛光方法的基本原理和实验装置,进行了超声波磁流变复合抛光实验,采用轮廓仪实测了光学玻璃超声波磁流变抛光材料去除轮廓曲线。通过该项工艺实验,研究了五种工艺参数(磁场强度、超声振幅、抛光工具头与工件的间隙、抛光工具头转速、工件转速)对光学玻璃材料去除率的影响。在一定实验条件下,获得的材料去除率为0.139μm/min,并获得了超声波磁流变复合抛光工艺参数与材料去除率的关系曲线,得出了光学玻璃超声波磁流变复合抛光的材料去除规律。

基于磁性复合磨粒的磁流变抛光试验研究

针对铝合金磁流变抛光过程中出现的磨粒分布不均,提出基于二氧化硅包覆四氧化三铁(Fe_(3)O_(4)@SiO_(2))壳核结构磁性复合磨粒的化学辅助磁流变抛光工艺。用溶胶-凝胶法制备Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)磁性复合磨粒,通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线电子能谱仪(EDS)及振动样品磁强计(VSM)对其进行表征。进行6061铝合金平面材料的单因素抛光试验,研究主轴转速、抛光间隙、进给速度及抛光时间等对表面质量的影响。结果表明:主轴转速为600 r/min、抛光间隙为3 mm、进给速度为80 mm/min、抛光时间为40 min是最优参数组,在此参数下抛光6061铝合金,获得了Ra=0.02μm的超光整表面。对比同参数下传统磁流变抛光后的铝合金表面,因磨粒分布不均导致的表面细小划痕得到改善。

氮化硅陶瓷滚子磁流变与超声波复合抛光技术

根据氮化硅陶瓷材料的特点,研究了磁流变与超声振动对陶瓷滚子的抛光工艺。研制了适用于该工艺的磁流变液;在不同的试验参数下进行了工艺试验;分析了材料的去除机理。试验结果表明:金刚石微粉的抛光效果最好;金刚石微粉磁流变超声复合抛光陶瓷滚子1 h的表面粗糙度Ra约为0.025μm;超声振动对陶瓷滚子抛光的材料去除率和表面质量有提高作用;材料去除过程主要是机械剪切力作用。

磁流变抛光流场对光学元件凹面的压力形成机制研究

压力场的大小受到光学元件的凹面形状及面积大小的影响。为了研究凹面的压力场形成,首先建立抛光的光学元件模型,对凹面的压力进行计算分析;其次通过改变光学元件凹面的曲率半径大小、改变抛光轮的转速、改变相同曲率半径的光学元件浸入磁流变液中的角度,进行凹面压力计算。分析发现,曲率半径对凹面的压力影响不大,不同曲率半径的凹面在磁流变抛光流场中的压力分布类型相似;凹面的压力变化趋势先平缓减小,然后迅速减小,最后趋于平缓。改变抛光轮的转速对凹面压力的影响仅是凹面最大压力的改变,抛光轮的转速与凹面最大压力成正比,压力变化趋势在前段区域先是平缓,中间区域减速较快,后段区域压力趋于平缓。改变凹面浸入抛光液的角度,压力的变化较为显著,在凹面的前半区域压力急剧减小,然后趋于平缓,凹面的后段区域压力几乎不变。

磁流变抛光技术研究进展

表面质量是精密零部件最重要的性能之一,零件的表面质量主要是由加工过程中不同的工艺参数和方法决定的。传统的磨抛工艺由于作用在工件上的力很大、嵌入的磨料颗粒、对工艺的控制有限等原因很难使表面粗糙度降低到精密零部件的要求精度。磁流变抛光(MRF)提供了一种新型高效的方法使工件加工质量达到预期的精度水平。MRF对工艺控制具有更大的灵活性,并且可以在不破坏表面形貌的情况下完成加工。综述了磁流变抛光液组分对加工效果的影响、材料去除模型的建立和发展、不同的MRF加工方式和未来磁流变抛光技术发展的新方向,最后总结了目前MRF技术存在的问题总结,并提出了MRF技术未来可能的发展方向。

磁流变抛光用蠕动泵软管失效模式及损伤演变

蠕动泵软管回收系统是磁流变抛光液循环系统中的关键组成部分,直接影响抛光液流量的稳定性。为了保证长时间磁流变抛光的可靠性,这里研究了磁流变抛光用蠕动泵软管失效模式及损伤演变规律。首先,对蠕动泵软管的失效模式进行了分析,建立了受力模型并仿真计算,获取了软管的易失效位置;然后,通过实验的方法对软管已失效处的截面损伤情况进行观察,分析损伤裂纹的特征,将最大损伤深度作为表征参数,研究其演变规律;最后,根据实验参数,建立了蠕动泵软管的寿命离线预测模型。结果表明:使用常规氧化铈抛光液,在转速为300rpm的条件下,软管的磨损过程有三个阶段:磨合磨损阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。该蠕动泵软管的稳定运行寿命为16h,与实际情况较为符合,模型具有较强的指导意义。

单晶SiC磁流变弹性抛光垫的磁控抛光性能研究

将智能可控材料磁流变弹性体(MRE)作为化学机械抛光中的抛光垫,研究不同磁控参数(颗粒类型、颗粒质量分数、颗粒粒径、固化磁场强度)的MRE抛光垫对单晶SiC的磁控抛光效果,并分析MRE抛光垫的磁控材料去除机制。结果表明:相比四氧化三铁磁性颗粒,羰基铁粉(CIP)磁性颗粒制备的MRE抛光垫,在抛光SiC时材料去除率(MRR)提高了52.2%;CIP质量分数越大,抛光的MRR越大,表面粗糙度越小,抛光的表面质量越好,因为CIP质量分数高时具有更大的材料模量和更多的CIP颗粒接触;不同磁性颗粒粒径的MRE抛光垫磁控抛光效果差异并不大,粒径通过颗粒的大小和接触概率影响着抛光加工的去除效果,这和表面的接触状态有关;相比各向同性MRE,施加固化磁场制备的各向异性MRE能获得更好的磁控抛光效果;在固化磁场为140 mT时制备的MRE抛光垫具有最好的抛光效果,其在抛光磁场为335 mT的条件下,可使SiC的MRR相比无磁场抛光时提升31.0%,表面粗糙度下降50.0%。MRE抛光垫磁控抛光材料的去除机制为,外加磁场增加了MRE抛光垫的机械力学性能,磨料对SiC表面具有更大的切削力和正压力,从而能够获得更大的材料去除。

基于响应面法的钛合金Halbach阵列增强磁流变抛光工艺参数优化

目的提高钛合金磁流变抛光的表面质量和抛光效率。方法用Halbach磁场阵列强化磁场,通过载液盘与磁铁反向旋转来增强磁流变抛光效率,使抛光头拥有更强的恢复性与自锐性。通过仿真模拟和实际测量对比研究Halbach阵列与N-S阵列的磁场分布和磁场梯度。依照试验结果描述抛光剪切力、表面粗糙度与表面微观形貌随时间的变化规律。采用响应面法优化载液盘转速、磁铁转速和加工间距等3个工艺参数,建立剪切力和表面粗糙度的拟合方程数学预测模型,并对其中的不显著项进行优化。结果在响应面交互作用分析中,工艺参数对剪切力的影响的大小顺序为加工间距、磁铁转速、载液盘转速;对表面粗糙度影响的大小顺序为载液盘转速、磁铁转速、加工间距。根据不同的需求,确定选定范围内的工艺参数组合,需要快速去除材料时,使剪切力趋于最大值的工艺参数组合为载液盘转速227 r/min,磁铁转速64 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度S_(a)为34.911 nm的光滑表面。抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为0.812 N。需要最优表面质量时,使表面粗糙度值趋于最小值的工艺参数组合为载液盘转速300 r/min,磁铁转速150 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度S_(a)为26.723 nm的光滑表面。抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为0.796 N。结论Halbach阵列拥有较高的磁场强度和富有空间变化的磁感线,能够使磁流变液中的磁链呈现出更多的姿态变化。根据响应面法优化后的剪切力和表面粗糙度预测模型,预测结果与验证试验结果相差很小,预测模型的准确度与可信度较高。

钛合金结构件磁流变电解复合抛光试验研究

目的针对钛合金结构件高质高效抛光需求,提出了磁流变电解复合抛光新方法,探究不同抛光参数对钛合金表面质量的影响,以实现钛合金构件的高质高效抛光。方法深入探究了加工电压、加工间隙、电解质质量分数和抛光转速等参数对钛合金抛光表面粗糙度以及粗糙度变化率的影响,分析了不同抛光参数下的钛合金表面形貌变化,验证了磁流变电解复合抛光钛合金的可行性。结果随着电解液中NaNO3质量分数的提高,钛合金表面粗糙度先减小后增大,质量分数为1.0%~2.5%时,得到了优于单磁流变抛光加工的抛光效果。不同加工电压下的表面粗糙度对比结果表明,在加工电压为0.1 V时,钛合金加工后表面粗糙度达到最小,而后随着加工电压的增大,加工区域表面粗糙度呈现增大趋势;随着加工间隙的增大,钛合金抛光表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;随着抛光工具转速增大,钛合金加工后表面粗糙度先减小后增大。相比于单一的磁流变抛光,磁流变电解复合抛光钛合金90 min,可使表面粗糙度从初始323 nm降低至15 nm,加工效率提高了62.5%。结论磁流变电解复合抛光工艺能够用于钛合金人工关节假体高效高质量的抛光。

基于往复式磁流变抛光磨粒轨迹分析

在往复式磁流变抛光过程中为获得光滑均匀的工件,文章采用加工磨粒轨迹分析法,通过对不同参数下磨粒运动轨迹的仿真分析,研究等速和变速两种往复运动工况下磨粒运动轨迹对工件加工质量的影响。结果表明,在变速往复运动条件下,加工磨粒运动轨迹更为复杂,更容易获得光滑均匀的工件。

医用钛合金海尔贝克磁场阵列化学磁流变抛光研究

为了提高医用钛合金(TC4)抛光中的精度以及效率,采用基于海尔贝克磁场阵列的化学磁流变抛光方法加工医用钛合金.利用海尔贝克磁场阵列强化磁场强度,将过氧化氢溶液作为氧化剂来进行抛光加工.通过仿真模拟对比海尔贝克磁场阵列与常规N-S磁场阵列,改变羰基铁粉的活性来验证实验可行性,研究了加工间隙、主轴转速以及磨粒粒径对工件表面粗糙度以及接触角的影响规律.结果表明,海尔贝克磁场阵列比常规N-S磁场阵列有更高的磁场强度;采用本文方法抛光的医用钛合金表面粗糙度比单一纯磁流变抛光降低80%;当加工间隙为0.8mm,主轴转速为400rad/min,磨粒粒径为1µm时,可使工件表面达到光滑效果,表面粗糙度最优可达15.5 nm,同时测量出实验组钛合金表面接触角数值多数小于90°.应用该方法抛光医用钛合金可以得到超光滑表面,表面具有亲水性,符合医用钛合金标准.

增材成型316L磁流变抛光工艺研究

磁流变抛光工艺参数的确定对样件表面粗糙度有着直接的影响。通过单因素试验方法研究了在不同磁流变抛光工艺参数(主轴转速、水平工作进给速度、加工间隙)下对增材成型316L不锈钢样件表面粗糙度的影响。结果表明:随着主轴转速的增加,316L不锈钢样件表面粗糙度先降低后增加;水平工作进给会在一定程度上降低永磁体磁场分布不均导致磁流变抛光垫样貌带来的影响,增加抛光轨迹均匀性,降低表面粗糙度;而加工间隙直接影响了磁流变抛光垫夹持磨粒对样件的抛光压力,从而影响抛光质量。实验最后得到最优工艺参数组合为主轴转速600r/min、水平工作进给速度0.8mm/min、加工间隙0.6mm,此时抛光后表面粗糙度值Ra为0.023μm,为所有实验中的最优值。可见,合适的工艺参数能进一步提升磁流变抛光后的表面质量。

磁流变抛光的研究进展综述

随着自动化、智能化技术的发展,对零件表面的精度要求越来越高,这给精密加工提出了越来越高的要求。磁流变液作为一种新型的智能材料,主要由磁性颗粒、基载液、添加剂等组成,通过磁性颗粒在磁场下的磁流变效应来实现各种功能。磁流变抛光是以磁流变抛光液为介质,通过磁链把持着磨料,实现对工件的表面去除。通过介绍磁流变抛光的原理及特点,综述近几十年磁流变抛光装置的发展。同时,结合磁流变抛光组成成分及特点,总结各组成成分对抛光效果的影响,进一步分析各组成成分对磁流变液沉降稳定性的影响。最后,提出了磁流变抛光在之后发展的建议。

行星式磁流变抛光装置设计及试验验证

为减少磁流变抛光过程中磁链屈服及磨粒沉降对材料去除效果的影响,提高磁流变抛光加工效率,基于磁流变抛光液的剪切应力模型和材料去除机理,结合工件Preston方程,建立了磁流变抛光材料去除模型;依据所建立的材料去除模型和行星式磁流变抛光加工原理,设计一种行星式磁流变抛光装置,并对抛光装置的关键参数进行计算;制作抛光装置样机并进行试验验证。结果表明,材料去除率与载液盘转速、工件转速及旋转半径呈正相关,所建立的材料去除率模型计算结果与试验结果一致性较好,所设计的装置能够达到精加工效果。

明胶基磁流变胶柔性砂带抛光头的制备及其抛光性能研究

针对复杂曲面零件抛光困难的问题,制备了以明胶基磁流变胶和砂带为柔性抛光头的新型抛光头,并研究了该柔性抛光头在不同加工工艺参数下对3D曲面铝合金表面质量和材料去除率的影响规律。方法:使用自制柔性抛光头以不同的主轴转速、进给速度对3D曲面铝合金进行抛光,测量不同加工参数下的表面粗糙度值和材料去除率。结果:当主轴转速增加时,工件表面的表面粗糙度值有明显的降低,但是当主轴转速超过1000 rpm时表面粗糙度值下降趋势变缓,与此同时材料去除率也下降。当进给速度变大时,工件的表面粗糙度值变大,材料去除率也不断变大。

基于体心立方结构的磁流变抛光表面粗糙度模型及试验验证

基于体系最小能量理论及抛光中的能量传递原理,建立了基于体心立方结构的磁流变抛光表面粗糙度预测模型,分析不同参数对粗糙度的影响,并与传统模型相比较。结果表明:体心立方结构能更准确地表征挤剪模式下磁流变抛光液的微观结构及剪切屈服应力,表面粗糙度预测模型与试验结果具有更好的一致性,预测结果更准确;粗糙度受加工时长、磁场强度和主轴转速影响较大,当主轴转速达到1400 r/min后由于高剪切速率作用下磁流变液的剪切稀化效应,抛光效果反而降低。

基于电磁和磁流变弹性体的复合隔振器设计及仿真分析

针对电磁隔振器主动控制力不足和磁流变弹性体(MRE)隔振器移频范围窄的问题,提出并设计了一种基于电磁和MRE的复合隔振器。对复合隔振器进行整体结构设计及磁路分析,通过等效磁路法得到电磁隔振系统的解析电磁力表达式。同时采用COMSOL软件对电磁隔振系统及MRE隔振系统进行磁场仿真分析,并通过Dymola动力学仿真软件对复合隔振器进行动力学仿真,分析其隔振性能。仿真结果表明,增大复合隔振器中励磁线圈电流能够增大隔振器固有频率,并且能有效削减不同激励频率下的共振幅值。

磁流变液的剪切-挤压复合模式仿真分析研究

磁流变液是一种由铁磁性颗粒分散于载液中所形成的新型智能材料,其流变特性随外加磁场变化,且此响应过程为毫秒级,在汽车工业上有广阔的应用前景,如阻尼器、制动器等。本文为研究磁流变液在剪切-挤压复合模式作用下的力学性能,建立了可旋转和平移的圆盘2D模型,通过Comsol进行了瞬态和稳态仿真,分析了复合模式边界条件的仿真设置。结果表明:在剪切-挤压复合模式下,圆盘角速度和平移速度的设置对复合模式的状态具有决定性影响,剪切-挤压复合模式通过边界条件的改变会表现为单一的剪切或挤压模式。若角速度过大,则复合模式会表现为剪切模式;若平移速度过大,则复合模式会表现为挤压模式。

磁流变纤维骨架阻尼增强型阻尼器研究

为了增强磁流变脂的剪切性能,提高阻尼器的阻尼力输出,研究棉纤维对磁流变脂剪切增强效果。制备了不同棉纤维质量分数的磁流变脂试样,在流变仪上对其进行测试。结果表明,复合纤维磁流变脂的最大剪切应力随着纤维质量分数的增加而增加。基于复合材料设计制造了一款剪切式磁流变阻尼器,该阻尼器具有磁流变材料用量少、密封要求低等优点。磁流变阻尼器的阻尼特性实验表明,在1.6 A电流下,棉纤维质量分数为1.5%的磁流变脂的最大阻尼力可达99.5 N,与无棉纤维添加的磁流变脂相比,提升了23.8%,这表明使用复合纤维磁流变脂的阻尼器具有更好地阻尼力输出。

氮化硅陶瓷滚子磁流变、化学与超声复合抛光工艺试验

为实现氮化硅陶瓷滚子抛光的高效、高精度要求,提出磁流变、化学与超声复合的抛光工艺方法。分析复合抛光的加工机理;利用试验机,在不同工艺参数下进行了复合抛光工艺试验,分析各主要工艺参数对抛光材料去除率和滚子表面粗糙度的影响规律,确定出复合抛光的最佳工艺参数。结果表明:复合抛光后陶瓷滚子表面粗糙度Ra由0.3μm减小至0.03μm;在最佳工艺参数下,滚子能够在保持较高材料去除率的同时获得较好的表面质量;材料去除过程主要是磁流变抛光的剪切作用、超声波抛光的冲击作用以及抛光过程中一系列化学反应综合作用的结果。