基于液體磁性磨具的小孔光整加工實驗研究.pdf

1、孔作為一種常見的加工特征，廣泛地存在于汽車、醫(yī)療器械、航天航空和流體控制等領域相關產(chǎn)品的零部件中，零件內孔的表面質量對相關產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性、使用壽命等性能具有十分重要的影響。隨著機械產(chǎn)品日益朝著精密化、微型化發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對零件內孔的表面質量也提出了越來越高的要求，然而小孔（交叉孔、異型孔、臺階孔）內壁的光整加工一直是機械制造領域的難題之一，并且已經(jīng)成為制約某些高、尖端機械產(chǎn)品制造的瓶頸。鑒于此，我們開發(fā)了液體磁性磨具小孔光整技

2、術，該技術綜合利用液體磁性磨具的磁流變特性和擠壓研磨的優(yōu)勢來實現(xiàn)小孔的光整加工。液體磁性磨具在動力元件的擠壓下擠過試件小孔，且在磁場中發(fā)生相變，并自動沿著孔壁表面形成一個柔性研磨層，研磨層中的磨料顆粒在擠出的過程中會對孔壁微觀凸起撞擊、劃擦而達到光整加工的效果。此技術不僅可以使孔壁表面的粗糙度提高1-3個精度等級（原始粗糙度Ra1.3μm，加工20min后粗糙度值可達0.4μm），而且具有形狀適應性強、磨削力可控、光整質量高、工件便于清

3、洗等優(yōu)點。該技術對解決細長管、交叉孔、異形孔、小孔以及復雜型腔的精密光整加工難題有獨特地優(yōu)勢，具有較高的研究價值。
　　本論文基于液體磁性磨具的穩(wěn)定性、小孔光整加工機理、磨料顆粒微觀切削模型、宏觀材料去除效率以及各因素對加工效率的影響等的理論研究，對加工裝置進行了優(yōu)化設計，重點通過實驗對液體磁性磨具的制備方法及工藝、小孔光整加工參數(shù)、加工設備等進行了實驗研究和結構優(yōu)化，對加工裝置的可行性和相關理論模型進行了驗證。主要研究內容有:<

4、br>　　1)液體磁性磨具的開發(fā)及穩(wěn)定性研究。對液體磁性磨具的制備方法及制備工藝進行了研究，開發(fā)出一種適合小孔光整加工的液體磁性磨具。針對液體磁性磨具穩(wěn)定性差這一缺陷，本文從其本質原因（固相顆粒間引力和斥力的相互作用）入手，通過理論分析與實驗探索相結合，探討了聚丙烯酸、納米二氧化硅以及溶液PH值對液體磁性磨具穩(wěn)定性的影響。
　　2)液體磁性磨具小孔光整加工機理研究。以磁性粒子的偶極矩理論為指導，分析了液體磁性磨具的磁流變產(chǎn)生機理，

5、進而從微觀角度闡述了液體磁性磨具小孔光整加工的材料去除機理。
　　3)液體磁性磨具小孔光整加工材料去除率模型的建立。采用“雙刃圓半徑”模型作為磨料顆粒的切削模型，通過對單個磨料顆粒進行力學分析，推導出液體磁性磨具小孔光整加工的材料去除率數(shù)學表達式并探討了各因素對加工效率的影響。
　　4)液體磁性磨具小孔光整加工實驗裝置的設計。以液體磁性磨具小孔光整加工機理為指導，設計出一套基于液壓系統(tǒng)的擠壓實驗裝置，針對實驗裝置的耐磨性和密

6、封性不足這一缺陷，我們采用對儲料缸缸體加裝聚四氟乙烯襯里和對活塞加裝斯特封的方法來提高儲料缸的耐磨性和密封性。為了從根本上解決液壓缸擠壓系統(tǒng)耐磨性和密封性不足的問題，設計出一套液壓隔膜擠壓系統(tǒng)。
　　5)液體磁性磨具小孔光整加工實驗及分析。通過實驗分別研究了試件材料、加工時間、磁場強度、磨料粒度、入口壓力等主要因素對小孔光整加工效果的影響，結合推導出的小孔光整加工材料去除率表達式對實驗結果進行了分析。
　　6)通過一組三因素