分布式永磁极的设计及其光整加工不锈钢薄板的实验研究

发布时间：2017-05-28 19:04

  本文关键词：分布式永磁极的设计及其光整加工不锈钢薄板的实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁性磨粒光整加工是将磁场能有效的应用到零件表面精密抛光中的加工技术,可以实现平面、自由曲面和回转体表面的光整加工。其中,光整加工效率直接影响到磁性磨粒光整加工质量和应用范围,特别是光整加工不锈钢等难加工材料时,加工效率显得尤为重要。本文将从提高磁性磨粒光整加工平面的加工效率出发,通过理论计算和仿真分析的方法来设计磁性磨粒光整加工磁极,然后应用设计的新磁极对304不锈钢薄板进行表面光整加工实验研究。本文主要的研究内容如下:1.提高磁性磨粒光整加工效率的理论分析由Preston经验公式分析得出,材料去除效率与“磁刷”对工件的压力和磨粒与工件的相对速度成正比。通过计算得到磁性磨粒光整加工平板工件时,“磁刷”对工件的作用力和磨粒飞散的临界速度公式,从公式中明显看出两者都很大程度的受加工区域的磁感应强度大小的影响,通过设计聚磁效果好的磁极能够有效提高磁性磨粒光整加工的效率。2.分布式永磁极的仿真与设计通过对比分析,选择性能优良的钕铁硼作为磁极的材料。为了提高磁极的聚磁能力,采用磁路定律对磁极的尺寸进行了计算。然后,应用ANSYS Maxwell仿真软件对永磁磁极进行仿真分析,发现相对于圆环磁极,分布式磁极聚磁效果较好。接着,对分布式磁极上镶嵌的小磁极的尺寸、间距和开槽尺寸进行仿真分析。最终,将磁性磨粒光整加工不锈钢薄板的磁极头设计为分布式磁极头,主体采用不导磁的尼龙材料,而镶嵌小磁极为底面半径为10mm、高为8mm的圆柱体。相邻圆柱小磁极头之间间隙为35mm,并且小磁极的端面沿圆周开矩形槽,其中槽宽和槽深都是2mm。最后,对分布式磁极在加工区域的磁场强度的进行测量,当镶嵌4个小磁极时加工区域的磁场强度较强。3.分布式磁极磁性磨粒光整加工不锈钢薄板的实验研究首先,通过实验验证了采用分布式磁极头能提高磁性磨料光整加工效率。然后,实验分析研究加工中各参数对工件表面粗糙度的影响情况。接着,采用四因素三水平的正交实验,研究了磨粒相类型、主轴转速、磨粒粒径和加工间隙四个参数对实验结果影响程度的主次关系,找出磁性磨粒光整加工不锈钢薄板的最优因素水平组合方案,并对该方案进行了实验验证。4.磁性磨粒光整加工不锈钢薄板表面显微硬度变化情况的研究。首先,使用Hm-102维氏硬度计测量,并通过实验研究304不锈钢薄板表面显微硬度随加工时间的变化情况。然后,通过测量获得加工后工件沿层深方向上显微硬度的变化情况。对磁性磨粒光整加工不锈钢薄板的加工硬化现象进行分析研究。
【关键词】：磁性磨粒光整加工 分布式永磁极 不锈钢薄板 正交实验 加工硬化
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 不锈钢的特性及加工特点11-14
• 1.2.1 不锈钢的性能特点和组织结构11-12
• 1.2.2 不锈钢的加工特点12-13
• 1.2.3 不锈钢表面光整加工发展现状13-14
• 1.3 磁性磨粒光整加工国内外研究发展状况与分析14-16
• 1.3.1 磁性磨粒光整加工国外研究发展状况14-15
• 1.3.2 磁性磨粒光整加工国内研究发展状况15-16
• 1.4 课题研究的背景和意义以及本文研究的主要内容16-17
• 1.4.1 课题研究背景及意义16-17
• 1.4.2 本文研究的主要内容17
• 1.5 本章小结17-19
• 第二章 提高磁性磨粒光整加工效率的理论分析19-27
• 2.1 磁性磨粒光整加工19-22
• 2.1.1 磁性磨粒光整加工机理20-21
• 2.1.2 磁性磨粒光整加工的受力分析21
• 2.1.3 磁性磨粒发生飞散的临界速度分析21-22
• 2.2 提高磁性磨粒光整加工效率的分析22-24
• 2.2.1 振动在平面磁性磨粒光整加工中的应用22-23
• 2.2.2 提高磁性磨粒光整加工效率的方法分析23-24
• 2.3 本章小结24-27
• 第三章 磁性磨粒光整加工磁极的仿真与设计27-47
• 3.1 磁场发生装置的分类27
• 3.2 永磁极材料的选择27-28
• 3.2.1 永磁极材料分类27-28
• 3.2.2 永磁极材料性能指标28
• 3.3 永磁磁路的设计与计算28-30
• 3.3.1 永磁磁路的分类及其设计基础28-29
• 3.3.2 磁极尺寸的设计与计算29-30
• 3.4 ANSYS Maxwell磁极仿真分析30-39
• 3.4.1 ANSYS Maxwell仿真软件简介30-33
• 3.4.2 磁极整体仿真分析33-35
• 3.4.3 分布式磁极上小磁极间间隙仿真分析35-37
• 3.4.4 小磁极开槽尺寸仿真分析37-39
• 3.5 分布式磁极结构设计及其磁场强度测量39-44
• 3.5.1 分布式磁极的整体结构与尺寸设计39-40
• 3.5.2 分布式磁极的磁场强度的测量40-44
• 3.6 本章小结44-47
• 第四章 磁性磨粒光整加工不锈钢薄板参数分析47-57
• 4.1 实验条件47-48
• 4.2 实验方法48-49
• 4.3 加工结果分析49-55
• 4.3.1 磁极的不同对不锈钢薄板表面粗糙度的影响49-50
• 4.3.2 主轴转速对不锈钢薄板表面粗糙度的影响50
• 4.3.3 磨粒相类型对不锈钢薄板表面粗糙度的影响50-51
• 4.3.4 加工间隙对不锈钢薄板表面粗糙度的影响51-52
• 4.3.5 磨粒粒径对不锈钢薄板表面粗糙度的影响52-53
• 4.3.6 加工时间对不锈钢薄板表面粗糙度的影响53-54
• 4.3.7 研磨液对不锈钢薄板表面粗糙度的影响54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 磁性磨粒光整加工不锈钢薄板优化实验研究57-65
• 5.1 实验条件57
• 5.2 实验方法57-59
• 5.3 实验结果分析59-63
• 5.3.1 正交实验的极差分析59
• 5.3.2 正交实验的方差分析59-63
• 5.4 本章小结63-65
• 第六章 磁性磨粒光整加工不锈钢薄板加工硬化实验研究65-69
• 6.1 加工硬化实验研究65-68
• 6.1.1 实验条件65
• 6.1.2 实验方法65
• 6.1.3 显微硬度的测量65-66
• 6.1.4 实验结果分析66-68
• 6.2 本章小结68-69
• 第七章 总结与展望69-71
• 7.1 总结69-70
• 7.2 展望70-71
• 参考文献71-77
• 致谢77-79
• 硕士期间发表的论文79-81
• 硕士期间参与的科研项目81

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