基于液體磁性磨具的小孔光整加工實(shí)驗(yàn)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(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)品的零部件中，零件內(nèi)孔的表面質(zhì)量對(duì)相關(guān)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(jī)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(duì)零件內(nèi)孔的表面質(zhì)量也提出了越來越高的要求，然而小孔（交叉孔、異型孔、臺(tái)階孔）內(nèi)壁的光整加工一直是機(jī)械制造領(lǐng)域的難題之一，并且已經(jīng)成為制約某些高、尖端機(jī)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(shù)，該技術(shù)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(shí)現(xiàn)小孔的光整加工。液體磁性磨具在動(dòng)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(dòng)沿著孔壁表面形成一個(gè)柔性研磨層，研磨層中的磨料顆粒在擠出的過程中會(huì)對(duì)孔壁微觀凸起撞擊、劃擦而達(dá)到光整加工的效果。此技術(shù)不僅可以使孔壁表面的粗糙度提高1-3個(gè)精度等級(jí)（原始粗糙度Ra1.3μm，加工20min后粗糙度值可達(dá)0.4μm），而且具有形狀適應(yīng)性強(qiáng)、磨削力可控、光整質(zhì)量高、工件便于清

3、洗等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)對(duì)解決細(xì)長管、交叉孔、異形孔、小孔以及復(fù)雜型腔的精密光整加工難題有獨(dú)特地優(yōu)勢，具有較高的研究價(jià)值。
　　本論文基于液體磁性磨具的穩(wěn)定性、小孔光整加工機(jī)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(duì)加工效率的影響等的理論研究，對(duì)加工裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)通過實(shí)驗(yàn)對(duì)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(shè)備等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對(duì)加工裝置的可行性和相關(guān)理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證。主要研究內(nèi)容有:<

4、br>　　1)液體磁性磨具的開發(fā)及穩(wěn)定性研究。對(duì)液體磁性磨具的制備方法及制備工藝進(jìn)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(duì)液體磁性磨具穩(wěn)定性差這一缺陷，本文從其本質(zhì)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(shí)驗(yàn)探索相結(jié)合，探討了聚丙烯酸、納米二氧化硅以及溶液PH值對(duì)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(jī)理研究。以磁性粒子的偶極矩理論為指導(dǎo)，分析了液體磁性磨具的磁流變產(chǎn)生機(jī)理，

5、進(jìn)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(jī)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(duì)單個(gè)磨料顆粒進(jìn)行力學(xué)分析，推導(dǎo)出液體磁性磨具小孔光整加工的材料去除率數(shù)學(xué)表達(dá)式并探討了各因素對(duì)加工效率的影響。
　　4)液體磁性磨具小孔光整加工實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)。以液體磁性磨具小孔光整加工機(jī)理為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)出一套基于液壓系統(tǒng)的擠壓實(shí)驗(yàn)裝置，針對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的耐磨性和密

6、封性不足這一缺陷，我們采用對(duì)儲(chǔ)料缸缸體加裝聚四氟乙烯襯里和對(duì)活塞加裝斯特封的方法來提高儲(chǔ)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(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)及分析。通過實(shí)驗(yàn)分別研究了試件材料、加工時(shí)間、磁場強(qiáng)度、磨料粒度、入口壓力等主要因素對(duì)小孔光整加工效果的影響，結(jié)合推導(dǎo)出的小孔光整加工材料去除率表達(dá)式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　6)通過一組三因素