電化學(xué)磁力研磨復(fù)合加工工藝及機(jī)理研究.pdf

1、磁力研磨是一種先進(jìn)的研磨加工技術(shù)，具有切深小、柔性適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有加工效率低、磨料壽命短且制造工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。電化學(xué)加工是一種基于陽(yáng)極電化學(xué)溶解的加工方式，從理論上講，是一種屬于離子級(jí)去除的加工方式，適合于任何金屬及合金材料的加工。但是，由于加工過程中，涉及的因素過多，如電解液的流場(chǎng)、極間電場(chǎng)、溫度場(chǎng)等對(duì)加工都有影響，要達(dá)到良好的加工效率和表面質(zhì)量對(duì)工藝過程控制以及裝備要求高。
　　 本文以鈍化膜為結(jié)合點(diǎn)將電化學(xué)與磁力研

2、磨復(fù)合，主要從復(fù)合工具及裝置研制、工藝實(shí)驗(yàn)、復(fù)合機(jī)理三個(gè)方面進(jìn)行研究。復(fù)合工具的結(jié)構(gòu)形式直接決定復(fù)合工藝以何種形式實(shí)現(xiàn)，本文針對(duì)電化學(xué)與磁力研磨的不同工藝特點(diǎn)，提出了中空電磁極相間復(fù)合工具。對(duì)于中空電磁極相間的結(jié)構(gòu)而言，最為關(guān)鍵的是電解液是否能夠有效到達(dá)電化學(xué)工作區(qū)域。對(duì)此，本文使用有限元方法建立了中空工具工作間隙的磁場(chǎng)模型，并在計(jì)算所得磁場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上推測(cè)了磨料刷與通液空腔的形貌。為了使磁路結(jié)構(gòu)能夠更加方便的適用于平面類零件的加工工藝

3、，本文在分析了閉合與開放兩種磁路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了主線圈加輔助線圈的磁路結(jié)構(gòu)，有限元與實(shí)測(cè)結(jié)果都證明輔助線圈能夠有效增強(qiáng)加工間隙內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
　　 與傳統(tǒng)磁力研磨不同，本文所采用的工具結(jié)構(gòu)和鐵磁性磨料都具有特殊性，所以對(duì)復(fù)合工具下的磁力研磨狀態(tài)進(jìn)行了研究。首先，分析了鐵磁性磨料在磁場(chǎng)下的力學(xué)行為。結(jié)合單顆磨料在磁場(chǎng)中受力的數(shù)學(xué)模型與有限元分析的結(jié)果，對(duì)研磨壓力進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了單顆磨料在工具徑向上的研磨壓力分布。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝

4、置測(cè)得了粉末松散狀態(tài)下的Fe3O4相對(duì)磁導(dǎo)率，并依據(jù)這個(gè)數(shù)值對(duì)磨料刷的相對(duì)磁導(dǎo)率進(jìn)行了計(jì)算。根據(jù)相對(duì)磁導(dǎo)率以及磨料與研磨壓力的分布，對(duì)整體研磨壓力進(jìn)行了估算，計(jì)算值與文獻(xiàn)測(cè)量值相近。其次，進(jìn)行了不同加工時(shí)間、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)頻率、磁極電流、加工間隙的純磁力研磨參數(shù)工藝實(shí)驗(yàn)。此外，使用高速攝像儀觀測(cè)了不同轉(zhuǎn)速下的磨料刷形貌，分析了不同轉(zhuǎn)速下磨料刷形貌與磨料殘余的原因，并且建立了理論最高轉(zhuǎn)速模型，結(jié)合磁場(chǎng)有限分析的結(jié)果對(duì)最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行了估算。

5、>　　 磁力研磨與電化學(xué)的復(fù)合并不是簡(jiǎn)單工藝疊加，而存在一些交互影響。磁場(chǎng)對(duì)電化學(xué)過程可能會(huì)產(chǎn)生影響，而電解液液流對(duì)磨料殘余、磨料刷形貌也可能產(chǎn)生影響。本文在流場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上，討論了流場(chǎng)與磨料殘余、磨料刷形貌之間關(guān)系。通過理論分析與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn):在存在電解液液流的情況下，即使達(dá)到紊流的流量，磨料殘余依然存在但數(shù)量減少，而磨料刷也不會(huì)被沖潰。與此同時(shí)，本文也評(píng)估了這些絕緣殘余磨料對(duì)電化學(xué)溶解精度的影響并且發(fā)現(xiàn)這種影響非常小。對(duì)磁場(chǎng)條件下

6、的電化學(xué)行為，本文建立了疊加磁場(chǎng)情況下的離子軌跡模型，分析了在電場(chǎng)平行向疊加磁場(chǎng)對(duì)離子軌跡的影響，并測(cè)量了不同材料不同電解液在疊加磁場(chǎng)情況下的陽(yáng)極極化曲線。
　　 在本文第六章中，課題對(duì)基于中空電磁極相間復(fù)合工具的電化學(xué)磁力研磨復(fù)合加工進(jìn)行了系統(tǒng)的工藝實(shí)驗(yàn)研究。通過更改電化學(xué)與磁力研磨的相關(guān)工藝參數(shù)，得到不同復(fù)合狀態(tài)的工藝效果。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磁力研磨與電化學(xué)的匹配關(guān)系對(duì)復(fù)合加工的表面質(zhì)量和加工效率影響很大。要達(dá)到良好的復(fù)合效果，

7、必須使得電化學(xué)加工不進(jìn)入到超鈍化溶解階段。在這個(gè)前提下，除膜速度越快表面質(zhì)量越好。在適當(dāng)工藝條件下，使用復(fù)合工藝加工A3鋼和A16061表面粗糙度Ra可達(dá)到0.2μm以下，而同樣條件下的磁力研磨僅為0.4～0.6μm。
　　 為了揭示電化學(xué)磁力研磨的復(fù)合機(jī)理，本文首先分別建立了磁力研磨、電化學(xué)加工的加工模型。其中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在磁力研磨模型中引入了磨料損耗函數(shù)，比較好的吻合了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。然后，本文根據(jù)工藝實(shí)驗(yàn)的相關(guān)結(jié)論與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象