磁性珩磨系統(tǒng)磁場熱場分析及實驗研究.pdf

1、高科技產(chǎn)業(yè)（如醫(yī)療設備制造業(yè)、航空航天工業(yè)和光學等等）的迅速發(fā)展對工件表面加工質量提出了越來越高的要求，不銹鋼管表面加工質量也面臨同樣的挑戰(zhàn)。不銹鋼管因具有高耐熱性、高耐腐蝕性、高強度、非磁性、好韌性而廣泛應用于很多重要領域（如精密儀器領域、環(huán)保產(chǎn)業(yè)和運輸機械等），但不銹鋼屬于易鈍化金屬材料，所以在成型過程中它的表面極易產(chǎn)生結構致密的與基體金屬附著力強的氧化皮，與普通鋼相比氧化皮的清除難度大幅度增強，尤其是一些特殊結構的（如細長型、特大

2、型或異型等）不銹鋼管在加工過程中難以運動使其內(nèi)表面的加工更加困難甚至是無法加工。
　　常用的清理不銹鋼管氧化皮的方法有酸洗法、噴丸和電化學法等。但酸洗法和電化學法形成的廢酸、沖洗水、有毒氣體及重金屬離子不僅嚴重地污染了人類的生存環(huán)境而且能對工作員工身體造成嚴重危害;噴丸處理過程中容易使被加工工件產(chǎn)生表面缺陷且很難保證薄板類零件維持原來的形態(tài)，噴丸處理后的工件外表面也比較粗糙。所以人們在精密加工范疇中依靠多種形式的能量且采用各種途徑

3、來尋找新的工藝方法。磁性珩磨是磁場應用于工業(yè)領域的一項新技術，它是利用電磁作用驅動磁性磨具在工件內(nèi)腔運動，可有效地磨削因結構特殊性而難以在加工過程中運動的不銹鋼管內(nèi)壁氧化皮。目前國內(nèi)外尚未有人提出磁性珩磨加工這一概念，太原理工大學的軋剛教授和姚新改副教授為能有效地解決太原冶金機械廠因結構本身特殊性而很難在加工中運動的細長不銹鋼管內(nèi)表面加工難的實際問題于2008年首次提出磁性珩磨加工概念。
　　太原理工大學2009屆研究生劉威在軋剛

4、老師和姚新改老師的指導下，開發(fā)出了一種具有高導磁性和強磨削力的轉子，其磨削效果顯著。但加工實驗中發(fā)現(xiàn)，它不但笨重且運行過程中出現(xiàn)嚴重的振動問題，同時，磁性珩磨系統(tǒng)生熱速度太快而熱量消退太慢，為使得定子式磁場發(fā)生器銅線繞組絕緣結構在規(guī)定的極限溫度下工作，工件一次持續(xù)加工時間須在l0min以內(nèi)，這些問題阻礙了磁性珩磨技術在實際生產(chǎn)中的推廣應用。為此，本文在在前期研究的基礎上設計了一種即具備較大的導磁性和足夠的磨削能力又重量輕振動小的磁性磨具

5、，同時為磁性珩磨系統(tǒng)增設了冷卻循環(huán)系統(tǒng);磁性珩磨系統(tǒng)的電磁場和溫度場是影響加工效果的關鍵因素，本文借助Ansoft Maxwell有限元分析軟件參數(shù)化分析及優(yōu)化設計了磁性珩磨系統(tǒng)，在ANSYS Workbench有限元分析軟件中導入Ansoft Maxwell電磁場分析文件并使其與瞬態(tài)溫度場分析模塊的設置相關聯(lián)，從而實現(xiàn)電磁場和溫度場的直接耦合，更精確仿真分析了磁性珩磨系統(tǒng)溫度場的實際變化情況。進行不銹鋼管內(nèi)表面磁性珩磨加工試驗，驗證電

6、磁場和溫度場模擬結論，實驗結果表明:
　　1.對比不同材料（微晶剛玉，鋯剛玉和白剛玉）在同轉速、同進給、同時間下濕磨不銹鋼管內(nèi)壁所得表面粗糙度值可知:微晶剛玉加工效果最好。
　　2.對比微晶剛玉在不同轉速、同進給、同時間下濕磨不銹鋼管內(nèi)壁所得表面粗糙度值可知:在一定范圍內(nèi)，磁性磨具轉速的提高可降低工件內(nèi)表面粗糙度值。
　　3.加入冷卻循環(huán)系統(tǒng)后，磁性珩磨系統(tǒng)發(fā)熱問題得到改善，工件一次持續(xù)加工時間由10min提高到60m