電化學磁力研磨復合加工工藝及機理研究.pdf

1、磁力研磨是一種先進的研磨加工技術，具有切深小、柔性適應強等優(yōu)點，但同時也有加工效率低、磨料壽命短且制造工藝復雜等缺點。電化學加工是一種基于陽極電化學溶解的加工方式，從理論上講，是一種屬于離子級去除的加工方式，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、極間電場、溫度場等對加工都有影響，要達到良好的加工效率和表面質量對工藝過程控制以及裝備要求高。
　　 本文以鈍化膜為結合點將電化學與磁力研

2、磨復合，主要從復合工具及裝置研制、工藝實驗、復合機理三個方面進行研究。復合工具的結構形式直接決定復合工藝以何種形式實現(xiàn)，本文針對電化學與磁力研磨的不同工藝特點，提出了中空電磁極相間復合工具。對于中空電磁極相間的結構而言，最為關鍵的是電解液是否能夠有效到達電化學工作區(qū)域。對此，本文使用有限元方法建立了中空工具工作間隙的磁場模型，并在計算所得磁場分布的基礎上推測了磨料刷與通液空腔的形貌。為了使磁路結構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構的基礎上提出了主線圈加輔助線圈的磁路結構，有限元與實測結果都證明輔助線圈能夠有效增強加工間隙內的磁場強度。
　　 與傳統(tǒng)磁力研磨不同，本文所采用的工具結構和鐵磁性磨料都具有特殊性，所以對復合工具下的磁力研磨狀態(tài)進行了研究。首先，分析了鐵磁性磨料在磁場下的力學行為。結合單顆磨料在磁場中受力的數(shù)學模型與有限元分析的結果，對研磨壓力進行了數(shù)值模擬，得到了單顆磨料在工具徑向上的研磨壓力分布。設計實驗裝

4、置測得了粉末松散狀態(tài)下的Fe3O4相對磁導率，并依據(jù)這個數(shù)值對磨料刷的相對磁導率進行了計算。根據(jù)相對磁導率以及磨料與研磨壓力的分布，對整體研磨壓力進行了估算，計算值與文獻測量值相近。其次，進行了不同加工時間、轉速、振動頻率、磁極電流、加工間隙的純磁力研磨參數(shù)工藝實驗。此外，使用高速攝像儀觀測了不同轉速下的磨料刷形貌，分析了不同轉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速模型，結合磁場有限分析的結果對最高轉速進行了估算。

5、>　　 磁力研磨與電化學的復合并不是簡單工藝疊加，而存在一些交互影響。磁場對電化學過程可能會產生影響，而電解液液流對磨料殘余、磨料刷形貌也可能產生影響。本文在流場分析的基礎上，討論了流場與磨料殘余、磨料刷形貌之間關系。通過理論分析與實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn):在存在電解液液流的情況下，即使達到紊流的流量，磨料殘余依然存在但數(shù)量減少，而磨料刷也不會被沖潰。與此同時，本文也評估了這些絕緣殘余磨料對電化學溶解精度的影響并且發(fā)現(xiàn)這種影響非常小。對磁場條件下

6、的電化學行為，本文建立了疊加磁場情況下的離子軌跡模型，分析了在電場平行向疊加磁場對離子軌跡的影響，并測量了不同材料不同電解液在疊加磁場情況下的陽極極化曲線。
　　 在本文第六章中，課題對基于中空電磁極相間復合工具的電化學磁力研磨復合加工進行了系統(tǒng)的工藝實驗研究。通過更改電化學與磁力研磨的相關工藝參數(shù)，得到不同復合狀態(tài)的工藝效果。通過實驗發(fā)現(xiàn)，磁力研磨與電化學的匹配關系對復合加工的表面質量和加工效率影響很大。要達到良好的復合效果，

7、必須使得電化學加工不進入到超鈍化溶解階段。在這個前提下，除膜速度越快表面質量越好。在適當工藝條件下，使用復合工藝加工A3鋼和A16061表面粗糙度Ra可達到0.2μm以下，而同樣條件下的磁力研磨僅為0.4～0.6μm。
　　 為了揭示電化學磁力研磨的復合機理，本文首先分別建立了磁力研磨、電化學加工的加工模型。其中，根據(jù)實驗現(xiàn)象，在磁力研磨模型中引入了磨料損耗函數(shù)，比較好的吻合了實驗結果。然后，本文根據(jù)工藝實驗的相關結論與實驗現(xiàn)象