仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究_孙岩.pdf
《仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究_孙岩.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究_孙岩.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 52 卷 第 6 期 表面技术 2023 年 6 月 SURFACE TECHNOLOGY 361 收稿日期:20220615;修订日期:20230130 Received:2022-06-15;Revised:2023-01-30 基金项目:国家自然科学基金(51775258)Fund:The National Natural Science Foundation of China(51775258)作者简介:孙岩(1979),女,硕士,讲师,主要研究方向为精密加工技术。Biography:SUN Yan(1979-),Female,Master,Lecturer,Research fo
2、cus:precision machining technology.通讯作者:陈燕(1963),女,博士,教授,主要研究方向为精密加工与特种加工。Corresponding author:CHEN Yan(1963-),Female,Doctor,Professor,Research focus:precision machining and special machining.引文格式:孙岩,潘明诗,王杰,等.仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究J.表面技术,2023,52(6):361-368.SUN Yan,PAN Ming-shi,WANG Jie,et al.Technolog
3、y of Grinding Complex Surfaces Obtained by Additive Manufacturing with Profiling Combined Magnetic PoleJ.Surface Technology,2023,52(6):361-368.仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究 孙岩1,潘明诗1,王杰2,陈燕1(1.辽宁科技大学,辽宁 鞍山 114051;2.烟台港股份有限公司联合通用码头分公司,山东 烟台 264000)摘要:目的目的 改善零件表面质量,延长零部件使用寿命。方法方法 应用 Ansys Maxwell 模拟仿真沿盘形磁极圆周开不同
4、形状槽时磁极磁感应强度的分布。以钛合金(Ti6Al4V)材料增材制造的成形零件为例,基于磁粒研磨抛光技术,利用仿形组合开槽磁极对成形零件沟槽表面进行研磨抛光。结果结果 模拟结果表明,沿磁极圆周开均布矩形槽时,磁极的磁感应强度波峰值最大,波谷值最小,磁场强度梯度变化最大,最适合复杂工件表面的磁粒研磨。磁性磨粒粒径、磁极转速和研磨间隙等参数的设置都会影响研磨加工效果,经模拟和实验获得最佳工艺参数为磁性磨粒粒径 180 m、磁极转速 1 000 r/min、研磨间隙 2 mm。设置如上所述的加工工艺参数,成形零件沟槽表面粗糙度 Ra 由原始的 10.70 m 降为 0.52 m,且其表面缺陷得到有效
5、去除。结论结论 采用仿形组合开槽磁极应用磁粒研磨技术能够实现增材制造复杂零件表面的研磨抛光。关键词:增材制造;磁粒研磨;表面粗糙度;仿形组合磁极 中图分类号:TH16 文献标识码:A 文章编号:1001-3660(2023)06-0361-08 DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.06.032 Technology of Grinding Complex Surfaces Obtained by Additive Manufacturing with Profiling Combined Magnetic Pole SUN Yan1,PAN Ming-shi
6、1,WANG Jie2,CHEN Yan1(1.University of Science and Technology Liaoning,Liaoning Anshan 114051,China;2.Yantai Port Co.,Ltd.,and General Terminal Branch,Shandong Yantai 264000,China)ABSTRACT:In order to improve the surface quality of parts and prolong their service life,it is necessary to grind and pol
7、ish the surface of parts.Magnetic abrasive finishing is a branch of the new surface polishing technology in the finishing technology.Magnetic abrasive particles are added between the magnetic pole and the workpiece.Under the action of the magnetic field,the magnetic abrasive particles are arranged a
8、long the magnetic line of force to form a magnetic abrasive brush,which is attached to the workpiece surface under the action of the magnetic force.When there is a relative movement between the magnetic pole and the workpiece,the magnetic abrasive particles scratch along the workpiece surface to gri
9、nd and polish the workpiece surface.The magnetic abrasive particles are attached,rolled and separated on the workpiece surface,which is not limited by the surface 362 表 面 技 术 2023 年 6 月 shape.It has good processing flexibility,adaptability,and a wide range of applications.In this paper,ANSYS Maxwell
10、 was used to simulate the distribution of magnetic induction intensity of the magnetic pole.When slots of different shapes were opened along the circumference of the disc-shaped axial magnetic pole,and to simulate the change curve of magnetic induction intensity at the same position when slots with
11、different shapes were opened.The simulation results showed that when rectangular slots were evenly distributed along the circumference of the magnetic pole,the peak value of the magnetic induction intensity wave was the largest,the trough value was the smallest,and the gradient change of magnetic in
12、duction intensity was the largest,which was the most suitable for magnetic particle grinding of complex workpiece surfaces.The results showed that the magnetic induction intensity at the joint surface and edge of the combined magnetic pole was a little bigger than that at the same part of the overal
13、l magnetic pole,which was more suitable for the grinding of the groove surfaces.The setting of parameters such as magnetic abrasive particle size,magnetic pole speed and grinding gap would affect the grinding effect.The optimal process parameters obtained through simulation and experiment were:magne
14、tic abrasive particle size of 180 m,magnetic pole speed of 1000 r/min,and grinding gap of 2mm.Taking the formed parts made of titanium alloy(Ti6Al4V)as an example,based on the magnetic abrasive polishing technology,the profiling combined the slotted magnetic pole was used to grind and polish the gro
15、ove surface of the formed parts.The processing parameters were set as described above,and the surface roughness of the groove surface of the formed part was changed from the original 10.70 m to 0.52 m.And the surface defects were effectively removed.Therefore,the use of profiling combined slotted ma
16、gnetic poles and the application of magnetic abrasive finishing technology can realize the grinding and polishing of the surface of complex parts made of additive materials.KEY WORDS:additive manufacturing;magnetic particle grinding;surface roughness;profiling combined magnetic pole 增材制造技术可以创建复杂形状结构
17、零件,激光烧结技术即为增材制造技术的一种。激光烧结的成形原理是将粉末材料逐层铺开而烧结的,成形零件无法避免地会出现阶梯效应,虽然通过改进金属粉末质量、优化铺粉轨迹以及改善烧结工艺参数等可以提高增材制造零件的表面质量,但却无法彻底解决成形过程中阶梯效应带来的零件表面质量差等问题1-2。因此,为提高增材制造零件的表面质量,对零件表面进行研磨抛光是必不可少的。目前,对增材制造零件表面光整加工的有效技术包括传统的机械手工抛光、激光抛光、电化学抛光、磁粒研磨等3-6。传统的机械手工抛光主要依靠操作者的经验水平,劳动强度较大,抛光时由于对零件表面施加的压力无法保持完全一致,致使零件被抛光表面的质量不均匀,
18、而且抛光复杂型面的零件比较困难。激光抛光技术是利用大功率聚焦激光束的热效应高速扫描物体表面,使金属表面快速平整。通过控制激光的能量与频率,可以对不同的金属表面进行光整加工。激光抛光技术具有较高的灵敏度和能量密度,能实现零件的精密抛光,特别适合于硬脆性材料的精密加工7-9,但激光抛光设备昂贵,对复杂零件表面的加工可达性较差。电化学抛光是利用电化学先去除金属零件表面球状颗粒的凸起,再利用电化学抛光技术进一步将表面粗糙度降低,加工后表面光滑,且无内应力,加工可达性好,适合于多孔复杂结构零部件的抛光,但化学抛光液一般具有腐蚀性,增加了操作难度,并会造成环境污染10-12。磁粒研磨是光整加工技术中新型表
19、面抛光技术的一个分支,具有适应范围广、自适应性强等特点,特别适合于硬脆材料、增材制造零件复杂表面的加工13-16。焦安源等17、吕兴国等18研究了磁粒研磨法在光整矩形环槽表面的应用,经过磁粒研磨,环槽底面和侧面的表面粗糙度降低,表面质量改善明显。叶恒宇等19、邓曰明等20、梁伟等21、王金龙等22研究了磁极开槽对磁力研磨加工效果的影响,磁极开槽能够改善磁场强度的梯度变化,进而改善研磨加工效果。本文以增材制造的成形零件为研究对象,工件具有“马鞍形”的沟槽结构,传统的规则形状磁极与零件复杂表面形状不匹配。因此,本文在前面研究的基础之上,采用由多个磁极组合而成的仿形开槽组合磁极,使其与工件复杂沟槽结
20、构匹配。应用磁粒研磨法,采用仿形开槽组合磁极研磨增材制造成形零件的沟槽表面,不仅改善了研磨加工质量,还提高了研磨加工效率。1 仿形组合磁极加工原理 1.1 磁粒研磨加工原理 磁粒研磨的基本原理如图 1 所示。由图 1 可知,工件放在 N、S 磁极之间,磁性磨粒与研磨液的混合物填充在磁极与工件表面之间,磁极表面吸附磁性磨粒。磁性磨粒由铁基体与研磨相构成,研磨相具有切削刃,均布在铁基体中。磁化后的磁性磨粒在磁场力和摩擦力的共同作用下形成“磁粒刷”,并带有柔性和自适应性。当工件与磁极产生相对运动时,“磁粒刷”在压力的作用下对工件表面摩擦,从而达到去除工件表面缺陷、提升表面质量的效果23-24。由于“
21、磁第 52 卷 第 6 期 孙岩,等:仿形组合磁极研磨增材制造复杂表面工艺研究 363 粒刷”具有很好的柔性和自适应性,可实现对平面、曲面、槽面等的研磨抛光。图 1 磁粒研磨的基本原理 Fig.1 Basic principle of magnetic particle grinding 磁粒研磨是磁极利用磁力吸附磁性磨粒对工件表面进行研磨抛光的方法,其磁感应强度分布是否均匀是影响研磨加工效率的关键。选取 Ti6Al4V 钛合金材料增材制造的成形零件作为实验工件,实验工件及组合磁极形状如图 2 所示。零件表面是由不同曲面组成的“马鞍形”,零件上开有半圆形凹槽,凹槽直径依次为 36、26、36
22、mm。使用普通磁极无法实现对此零件全部凹槽表面的一次性研磨。若使用单个磁极对零件每个凹槽逐一进行研磨,会导致两槽之间的棱边处研磨不均匀,加工精度与研磨效率都比较低。因此,提出采用组合仿形磁极或整体仿形磁极对零件凹槽复杂表面进行研磨的方案。选用的仿形磁极的形状如图 2b 所示。若为组合仿形磁极,图中的 3 个磁极的直径依次设定为 35、25、35 mm,每个磁极的厚度为5 mm。为了方便固定,在磁极中心处开一个直径为 5 mm 的孔。磁极材质为钕铁硼(Nd-Fe-B)。图 2 零件及磁极形状 Fig.2 Shape of part and pole:a)complex curved parts
23、of additive manufacturing;b)profiling pole shape 应用仿形磁极进行磁粒研磨的加工原理如图 3所示。由图 3 可知,在研磨加工时,工件凹槽曲面与磁极外圆周表面需留出一定空间,以便填充磁性磨粒,两表面之间的磁性磨粒群被磁化后,聚集成团,成为具有一定刚性的研磨工具“磁粒刷”。在磁极与工件产生相对运动时,具有良好柔性和仿形性的研磨粒子在工件的表面进行微量磨削加工,磁性磨粒可以完全贴合工件凹槽底面(即工件的上下弧面),并随之变化,且磨削力小,不会引起工件的变形和产生新的微裂纹,只是将前一道加工工序产生的切削纹理和凹凸不平表面的凸出部分去除,因此可以在保证工
24、件尺寸精度和形状精度的前提下,完成对工件表面的研磨加工25。同理,磁极的端面和凹槽的侧面也留有一定间隙,并且间隙大致相等,添加磁性磨粒后,也能实现工件凹槽侧面的研磨抛光。图 3 仿形组合磁极研磨原理 Fig.3 Schematic diagram of profiling combined magnetic pole grinding 1.2 Ansys Maxwell 仿真分析 1.2.1 组合磁极与整体磁极的对比 利用 ANSYS Maxwell 软件对仿形组合磁极和仿形整体磁极的磁感应强度进行仿真。在建模过程中,整体磁极为 1 个磁极,组合磁极由 3 个磁极装配而成。模拟结果如图 4 所
25、示。从图 4 中可以看出,仿形组合磁极的最大磁感应强度值略大于仿形整体磁极的最 图 4 仿形磁极磁感应强度分布云图 Fig.4 Diagram for magnetic induction intensity distribution of profiling magnetic pole:a)profiling overall magnetic pole;b)profiling combined magnetic pole 364 表 面 技 术 2023 年 6 月 大磁感应强度值,且在磁极结合面和棱边处的磁感应强度值较大,更适合零件沟槽表面的研磨抛光。另外,为了实现仿形加工,如果采用整体磁
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 组合 磁极 研磨 制造 复杂 表面 工艺 研究 孙岩
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。