外文翻譯--在模具自由曲面中磁力研磨加工的機(jī)制和技術(shù) 中文版

1、<p>　　在模具自由曲面中磁力研磨加工的機(jī)制和技術(shù)</p><p>　　關(guān)鍵詞：模具；自由曲面；磁力研磨加工；路徑生成</p><p>　　摘要：為了解決當(dāng)下自由曲面技工的問(wèn)題。根據(jù)模具曲面拋光的需求，結(jié)合電磁領(lǐng)域的專業(yè)理論，運(yùn)用磁性磨料，在磁力下完成模具曲面表面的拋光。帶來(lái)電磁領(lǐng)域拋光過(guò)程的新工藝。磁力加工過(guò)程特點(diǎn)包括，拋光工藝過(guò)程的主要參數(shù)分析，開展討論確定和編寫磁性磨料研

2、磨運(yùn)動(dòng)軌跡，得出通過(guò)磁性研磨拋光獲得的平整光滑自由曲面的過(guò)程方法。</p><p><b>　　介紹</b></p><p>　　當(dāng)下，模具的形狀的越來(lái)越復(fù)雜，自由曲面在模具中所占的比例持續(xù)增加，為了保證生產(chǎn)精度更高，表面質(zhì)量正好，表明更富有美感，便提出了高要求的模具加工技術(shù)。由于數(shù)字控制，電火花加工和電腦輔助設(shè)計(jì)/電腦輔助制造以及自動(dòng)化等技術(shù)的應(yīng)用，所以能夠基本上進(jìn)

3、行于模具曲面拋光。但是當(dāng)下的模具加工過(guò)程主要依賴于有經(jīng)驗(yàn)的加工操作人員。拋光時(shí)間占用加工時(shí)間的30~50%，這便成了模具制造的瓶頸。這意味著高效的工人是不可缺少的，同時(shí)加工費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，加工后表面質(zhì)量的穩(wěn)定性同樣難以保證。尤其是在最后階段的拋光，如果出現(xiàn)任何小裂痕都會(huì)造成整個(gè)模具的報(bào)廢，進(jìn)而帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　自由曲面是復(fù)雜的，不規(guī)則的，非回轉(zhuǎn)體曲面，而且通常這些曲面是很難用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)軌跡公式

4、，機(jī)械運(yùn)動(dòng)法則等描述的。由于磁力拋光具備優(yōu)勢(shì)，比如好的靈活性，自我適應(yīng)性，易于控制性等等。所以它可以是復(fù)雜的工作表面產(chǎn)生更小的粗糙度。根據(jù)本文中磁性研磨加工的特點(diǎn)，分析影響磁性研磨拋光的主要參數(shù)和磁性研磨磨頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，得到在磨具磁性研磨技術(shù)中獲得平整光滑表面的方法。</p><p>　　磁力研磨加工的機(jī)制和技術(shù)</p><p>　　磁力研磨加工是通過(guò)采用磁性磨料，運(yùn)用磁場(chǎng)下磁力的作用，磁

5、力磨料（可以被吸附在磁鐵上同時(shí)磨成粉末來(lái)加工工作表面）保持在工作表面，同時(shí)保持加工表面和磁極之間有一定間隔。所以這些磁性顆粒在磁場(chǎng)力的作用下在制造間隙中沿著磁場(chǎng)線有序排列，形成了一個(gè)磁性刷，在磁場(chǎng)力的作用下附著包裹著工作面。由于磁場(chǎng)或者工作面的旋轉(zhuǎn)，在磁性刷和工作表面產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使磁性磨料拋光工作表面。在拋光過(guò)程中通常運(yùn)用例如數(shù)控銑床或者加工中心等設(shè)備。這些基本方法在圖1【1,5】中展示。</p><p>

6、;　　磨料運(yùn)動(dòng)和表面技術(shù)的優(yōu)勢(shì)</p><p>　　磁性研磨加工的特點(diǎn)是：</p><p>　　在該工作的間隙中打磨粒子在磁性的作用下包裹打磨刷，隨著模具腔型曲面的工作接觸位置的移動(dòng)，圍繞，滾動(dòng)，分離等形式的改變而改變，不收磨具型腔表面的形式的限制。（2）由于保持工作面和磁極一定的距離，而得到加工的靈活性，進(jìn)而使磨具設(shè)備可以加工任意的輪廓表面。</p><p>　　

7、（3）因?yàn)榇鸥芯€可以向X射線一樣穿透物體，所以磁性粒子可以進(jìn)入任意的內(nèi)部型腔表面，而一般的切割打磨工具不能做到，比如像鑄模型腔，彎曲環(huán)形管內(nèi)部，容器的小徑孔內(nèi)等等。（4）通過(guò)改變磁場(chǎng)而改變磁感線的方向，根據(jù)設(shè)定好的曲面軌跡能夠控制磁性研磨加工，就可以完成以往不能制造加工的曲面【1】</p><p>　　工具的磁極 2.磁力線圈 3.磁性磨料</p><p>　　圖示1 模具磁力研磨加工

8、示范圖</p><p>　　數(shù)控銑床 2.線圈 3.磁芯 4.磁性磨料 5.工作面 6.工作臺(tái)</p><p>　　圖示2 磁力研磨加工示意圖</p><p>　　分析機(jī)構(gòu)原理和磁力研磨加工的過(guò)程</p><p><b>　　曲面的磁力研磨加工</b></p><p>　　拋光曲面表面的

9、設(shè)備通常有三部分組成，作為磁極的工具，磁性磨料和磁感線圈。磁性磨料是在電磁頭的吸引下，根據(jù)磁場(chǎng)的形式配置在磁性刷的外形輪廓。之所以這樣的磁性刷具有靈活性是因?yàn)檫@樣的拋光工具可以更好地接觸在曲面表面，相對(duì)更適合于曲面表面的拋光。磁頭更多的用在像圖示2中的曲面表面拋光，該磁頭是一個(gè)球體，而工作面是自由曲面【1.2】。再該方法中保持磁極的磁芯和旋轉(zhuǎn)的車床頂尖穩(wěn)定，磁極尾部和工作面保持一定距離（通常是1~3毫米），這個(gè)距離是為了在磨具和工作表面

10、包裹磁性磨料。既是工作表面有許多凹面和圖面，磁性磨料仍然可以根據(jù)表面的凹凸而改變適應(yīng)之。即使工作模塊的表面是復(fù)雜的自由曲面，在一定程度上控制車床的運(yùn)動(dòng)軌跡，仍然可以是復(fù)雜的自由曲面表面得到更好的打磨拋光效果，一些通常的打磨方法是不能得到這樣細(xì)膩的加工表面?！?.5】</p><p><b>　　分析磁力</b></p><p>　　根據(jù)磁力研磨加工的原則，把磁性磨料放

11、入磁場(chǎng)中，磁性磨料變沿著磁感線在磁力的作用下在磁場(chǎng)中有序的排列成上文所說(shuō)的“磁力刷”。把加工件放在南北兩磁極中間，保持加工件和南北兩磁極一定距離，在磁極和加工件保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁性研磨加工便像圖示3所示在加工表面進(jìn)行。該例子A在磁場(chǎng)力的作用范圍內(nèi)，收到兩個(gè)力，一個(gè)是Fx,和磁鐵放置方向同線，另一個(gè)力Fy沿著磁感線方向。這兩個(gè)力形成合力Fo，磁性磨料集中在磁場(chǎng)中，當(dāng)磁極旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，阻止了粒子向外運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，產(chǎn)生了向工作表面的鴨

12、梨。在磁場(chǎng)中，磁性磨料接受了磁場(chǎng)力F。</p><p>　　1.磁鐵 2.加工件 3.工作臺(tái)</p><p>　　圖示3磁性研磨加工力學(xué)分析示意圖</p><p>　　磁力研磨加工機(jī)構(gòu)的分析</p><p>　　磁力研磨加工基本上和其他的機(jī)械研磨拋光類似，光學(xué)拋光工藝的數(shù)學(xué)模型可以根據(jù)普雷斯頓經(jīng)驗(yàn)公式描述，通常的機(jī)械拋光的相對(duì)壓力是在活動(dòng)

13、的磨頭和工作表面之間，但是磁力研磨加工是磁力或者磁場(chǎng)作用力，也就是說(shuō):</p><p>　　R(x,y)=KP(x,y)V(x,y)</p><p>　　R(x,y)是在磁性磨料和工作面之間的接觸區(qū)域中，單位時(shí)間內(nèi)一點(diǎn)力上的材料去除量，P(x,y)是磁性磨料在工作表面上產(chǎn)生的磁力，V（x,y）是工作表面和磁極之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，K是根據(jù)加工條件不同而改變的對(duì)應(yīng)的比例常系數(shù)。</p&g

14、t;<p>　　我們或許通過(guò)上面的公式可以看到，模具表面和磁性磨料接觸區(qū)域產(chǎn)生的研磨去除量和和磁力區(qū)域的強(qiáng)度分布有著密切關(guān)系。在研磨過(guò)程中研磨工具拋光自由曲面表面時(shí)，產(chǎn)生研磨的力往往沿著和自由曲面接觸點(diǎn)的法線方向，在這種力的作用下的同時(shí)，磁性磨刷和模具表面形成了一個(gè)小的磁力區(qū)，磨具表面的材料就在這個(gè)區(qū)域里被去除。</p><p>　　綜合上面的分析，假定保持磁性磨料規(guī)律的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到某個(gè)速度時(shí)，

15、進(jìn)而模具表面和某一個(gè)粒子A接觸，保持磁力作用下A一定的研磨時(shí)間，那么A對(duì)材料的去除量主要由研磨工具的壓力變化決定。利用雙重積分等式，就可以表達(dá)A對(duì)磨具表面的去除量，ΔR展示在公式2中：</p><p>　　ΔR=K∫∫P(x-u,y-v)R(u,v)dudv (2)</p><p><b&g

16、t;　　φ</b></p><p>　　ΔW=KP(x,y)∫∫R(u,v)dudv=K’P(x,y) (3)</p><p><b>　　φ</b></p><p>　　在公示中，R(u,v)是分布特征函數(shù)，它代表在單位壓力下，接觸接觸區(qū)域中的材

17、料取出量；P(x-u,y-v)是研磨時(shí)的壓力變化函數(shù)，φ是為了研磨的區(qū)域。假定研磨區(qū)域相對(duì)工作工件通常小很多，利用壓力控制壓力控制模型，便可以思考這樣的問(wèn)題：研磨工具接觸粒子A(x,y)的區(qū)域非常小，壓力接近等于A(x,y),也就是公式3。</p><p>　　從公式3或許可以得到，如果使用穩(wěn)定的磁力模型，研磨去除量是由磁力工具在該工作過(guò)程中的磁場(chǎng)力決定的。所以，使用確定了磁場(chǎng)力的大小，在該研磨工程中使用穩(wěn)定的壓

18、力模型，就可以控制去除量的值。</p><p>　　磁力研磨加工的影響參數(shù)</p><p>　　影響磁力研磨加工過(guò)程的效率和質(zhì)量的因素有很多，比如磁力的大小，磨頭的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，去除材料的質(zhì)地和工作時(shí)間等等，磁力的大小主要是有磁場(chǎng)的強(qiáng)度，磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化率，磁性磨頭的直徑大小，磁性磨頭的磁化率決定?，F(xiàn)在在這介紹一些主要的因素。</p><p><b>　　磁性磨

19、頭</b></p><p>　　在磁力研磨加工過(guò)程中，磁性磨頭是非常主要的影響因素，他的大直接影響到加工零件的質(zhì)量，穩(wěn)定性和和工作效率，所以磁性磨頭的準(zhǔn)備工藝主要受中外專家的影響。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明，增加粒子的大小，磁力變大大增加，離子間的打滑便可以相對(duì)減小，而磁力刷是有磁性磨料構(gòu)成，這樣一來(lái)，磁性磨刷變可以更好地跟著磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，粒子間的打滑同樣是減小了。但是加工空間有限，在粒子增大的同時(shí)，參與加工的工

20、件的切削研磨的邊緣質(zhì)量就會(huì)隨之下降，從而導(dǎo)致研磨的效率降低。換句話說(shuō)，粒子的大小要合適的控制在最佳尺寸。</p><p><b>　　磁場(chǎng)的強(qiáng)度。</b></p><p>　　慮到加工材料沒有磁性，一方面，我們可以通過(guò)改變磁極的方向來(lái)改變來(lái)改變產(chǎn)生的磁場(chǎng)力，從而達(dá)到提高研磨的工作效率的目標(biāo)，另一方面，磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變率同樣不可被忽視，我們可以通過(guò)改變磁極大大小來(lái)達(dá)到該效