钛合金管内壁珩磨式磁流变抛光方法及机理研究

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钛合金管因具有综合力学性能优异、耐腐蚀、比强度高的优点逐渐成为工业领域中重要的结构部件。为了提高钛合金管的使用性能,需要对钛合金管内壁进行抛光处理。但是钛合金属于难加工材料,传统的机械加工、磨粒流、电化学抛光、磁研磨等工艺在加工钛合金管时都存在一定局限性,因此本文提出磁流变抛光钛合金管内壁来提高管件内壁的表面质量。磁流变抛光技术基于磁流变抛光液的流变特性对工件表面进行加工,在磁场中磁流变抛光液会固化形成与工件表面相吻合的“柔性抛光模”,通过控制抛光模的运动轨迹可以实现确定性抛光策略。目前磁流变抛光技术主要应用于抛光光学元件等非金属材料,很少涉及用磁流变抛光技术加工金属材料。磁流变抛光钛合金管不但能够消除管件内壁的表面缺陷,保证管件能够顺畅输送流体介质,还能填补磁流变抛光技术在抛光钛合金管方面的空白。为了实现磁流变抛光钛合金管内壁,本文的主要研究工作如下:(1)参考国内外磁流变抛光装置的设计经验,提出一种用于抛光钛合金管内壁的珩磨式磁流变抛光技术。根据工作要求选取装置中的标准件,并遵循零件设计准则设计相应的非标准件。结合磁流变抛光装置的运动要求,设计了相应的驱动程序,最终研制了珩磨式磁流变抛光试验台。(2)基于抛光过程中对磁场强度的要求,提出了两种电磁永磁结合式的励磁装置。运用ANSYS Maxwell软件对励磁装置进行了静磁场仿真分析,研究了抛光头的材料属性、钛合金管内壁与抛光头之间的间隙距离对抛光区域磁场强度的影响规律,并通过仿真数据对比分析两种励磁装置的磁场特性。(3)通过模拟磁场下磁流变抛光液的内部组成结构,分析作用在工件表面的抛光力,并建立作用在工件表面的压力模型和剪切力模型。基于建立的抛光力学模型以及工件表面的微观结构,建立了工件表面的粗糙度模型。(4)设计了单因素实验方案,依次分析了磁场强度、管件转速、加工时间、磨粒种类、抛光磨粒体积分数、磁性颗粒体积分数、工件初始表面粗糙度对抛光效果的影响规律。对比试验数据,验证了建立的工件表面粗糙度模型的准确性。
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