烧结NdFeB材料工件加振的超声旋转加工的研究

烧结烧结NdFeBNdFeB材料工件加振的超声旋转加工的研究材料工件加振的超声旋转加工的研究 第21卷第2期xx年04月机械设计与研究Machine Designand ResearchV01 21No 2Apr xx1006 2343 xx 02 0061 03烧结NdFeB材料工件加振的超声旋转加工的研究李丽 一 张建华 任升峰 徐明刚 1 山东大学机械工程学院 济南250061 E mailcllylill09 163 2 山东理工大学轻工学院 淄博255000 摘要针时烧结NdFeB永磁材料的特点 提出了一种适合于它的加工方 法 并对其加工机理进行了分析 设计了一套复合振动加工装置 进行了一系列的加工试验 结果表明该种加工方法能提高材料的去 除率和加工质量 提高工具的使用寿命 关键词NdFeB永磁体材料 超声旋转 工件加振TH16A AStudy onRotary Ultrasonic M achiningAided byW orkpieceVibration forSintere dNdFeB LILi一 ZHANG Jian hua REN Sheng feng XU Ming gang 1 School ofMechanical Engineering Shandong University Jinan250061 China 2 S choolof LightIndustry ShandongUn iversityof Technology Zibo255000 Chin a AbstractThis paperprovides asuitable machining method forsintered NdFeBpermanent mag aording toits characteristicsand analysesits m a chinin gme chanism A setof binedvibration m a chinin gapparatu sWaS design edand withwhich experiments werecarried out Results indicateth at this methodcan improvem aterial removal rate ma chin in g qualityand extendthe lifeof theto o1 Key wordsNeFeBp ermanent ma gn eticmaterial ultrason icrotary additive vibration ofworkpiece烧结NdFeB永磁材料是迄今为止发现的稀土化合物中磁 性能最强的新型永磁材料 它具有磁能积高 性价比好 体积小 质量轻等特点 所以被广泛应用于现代通讯 仪器仪表 计算机 电器工程 汽车 国防 航空航天等领域 自从问世以来 它的开发与应用就成为磁性材料研究的热点 目前烧结NdFeB永磁材料的生产过程如下原材料一预处理一配料一熔 炼一破碎一细磨一混料一压型一烧结一热处理一机加工一电镀一充 磁 生产工艺决定了在制模和烧结过程中无法保证NdFeB永磁体工件 所要求的形状和尺寸精度 烧结成型后必须进行精密成型加工 尤 其是随着它的日益广泛应用 对其尺寸和形状 精度要求越来越高 但烧结NdFeB永磁体材料属典型的难加工材料 硬度高 脆性大 目前可适用于硬脆材料加工的手段主要有光刻加工 电火花加工 激光加工 超声加工 超声旋转加工及各种复合加工 在这些加工方法中 旋转超声加工把金刚石工具的优良切削性能与 工具的超声频振动结合在一起 能取得较好的加工效果 许多研究 者对其进行了研究L2 3J 本文在工具做超声旋转加工的基础上对工件施以低频振幅振动 并 设计了机械式低频变幅发生器 1工件加振的旋转超声加工旋转超声加工 Rotary U1trasonicMa chining 是在工具作超声高频振动的同时附加了旋转运动 工具一 般为金刚石空xx 08 31基金项目国家自然科学基金资助项目 50275087 心钻 工件以恒定的压力向工具进给运动 冷却水从钻 芯由泵抽入 流过加工区 冲走碎屑并冷却工具这种加工方法将超 声振动工具的锤击运动和工具旋转运动的磨削作用结合在一起 材 料的去除机理是传统超声加工和金刚石磨削材料去除机理的复合 4 J 包括 在超声振动冲击下对工件的压痕和碎裂 由于工具的旋转 磨粒对工件表面划擦或抛磨导致工件材料的去除 磨蚀 切削工 具的旋转运动可以模型化为磨削过程 此种加工方法集合了三种去除机理 与传统超声波和磨削加工相比 能获得较高的材料去除率 并提高了加工速度 改善加工精度和 表面加工质量 超声旋转加工原理示意图见图1 为进一步提高工件的加工速度 减少工具的磨损 提高工具的使用 寿命 本文在工具作超声旋转的同时 给工件施加以低频振动 频 率在10 50Hz之间 冷却水从金刚石钻芯由泵抽入 流过加工区 冲走碎屑并起到冷却 工具的作用 工具作高频振动 工件作低频振动 同时以一定的速度而不是 转 流入振动旋转 f 图1超声旋转加工示意图出62机械设计与研究 第2l卷一定的压力作进给运动 图2给出了工作液对切屑的作用效果 由于工件与工具都作振动 当 工具与工件相接触时 工具对工件的锤击和抛磨作用 形成了裂缝 和小的切屑 当振动速度超过工件的喂入速度时 工件与工具在此 振动周期内开始分离 同时工作液流人切削区并带动切屑转动 当 工件到达最低点后 又开始向工具靠近 并把工作液连同切屑一起 抛出 切屑就这样不断被排除出去 从以上的分析可知 由于工件的振动作用 加速了工作液的循环 加速了对切屑的冲刷作用 从而提高了加工效率 旋转超声振动加工是一个间歇的加工过程 在此过程中工件与工具 重复着接触 分离 因此它们之间的相对速度要高于工件不作振动 的情况 磨粒以很大的速度和加速度不断冲击和划擦加工表面 把 工作区的材料粉碎成很小的微粒并从工件上去除 增强了工件的破 碎效果 2实验装置与条件该装置中金刚石工具钻在超声发生器的带动下做频 率为20kHz的高频振动 工件在机械式低频发生器的作用下做变频变 幅振动 频率范围为10 50Hz 振幅范围为50 520 an 低频发生器外形如图3所示 由内外偏心轴 滚针轴承 角接触轴承 键和工件夹具组成 键通过改变内外偏心轴之间的组合来改变振幅 使振幅可在50 520 tan之间变化 承A 图3机械式超声发生器实验条件为 1 金刚石工具的直径为6mm 粒度为240 2 材料为烧结NdFeB永磁体材料 工件在经过熔炼一破碎一细磨一 混料一压型一烧结工艺后进行加工 3 工作液为冷却水 3实验结果在工作台上安装测力计来测定金刚石钻削力的大小 试验 中测定了工件在不同振幅 不同频率下对钻削力和加工效果的影响 包括钻削力 表面粗糙度和材料去除率 结果如下3 1工件振幅对钻削力的影响结果表明钻削力随工件振幅 的增加而呈线性的减小 在工件振幅增加到400tan时 钻削力几乎 减小了一半 由于工具和工件都作振动 因此它们的相对速度和加速度相对要高 磨粒以较高的速度和加速度冲击和磨损工件 增强了工 Z V 祀撂0100 xx00400工件振幅 um 图4件的破碎效果 而且由于工件的振动作用 工作液流人到工作区的量大大增加 能 及时把工作碎屑冲刷掉 从而减小了钻削力的大小 3 2工件振动频率对表面粗糙度的影响言 倒舅霹 图5从以上的 结果可看出工件的表面粗糙度变化不是太大 跟工件的振动频率关 系不大 3 3工件频率对材料去除率的影响材料去除率 Mater ialRemova lRate 为在一定加工时间内材料的去除量 本文选用加工深度作为 材料去除率的一个参数值 为了确保试验结果的准确性 每项试验 分别重复三次 结果表明随工件振动频率的增加材料的去除率会增加 工件材料更 容易发生脆性断裂 鲁暑趟醮h星工件壤奉 iz 图6第2期李丽等烧结ndfeb材料工件加 振的超声旋转加工的研究6结论 1 组合振动加工法能减小钻削力 延长工具的使用寿命 工具可以 持续使用一段时间而不需要修整 2 由于工具和工件的相对速度要高于工件不作振动的情况 磨粒以 很大的速度和加速度不断冲击和划擦加工表面 把工作区的材料粉 碎成很小的微粒并从工件上去除 增强了工件的破碎效果 从而提高了材料的去除率 3 一般材料的去除率和表面粗糙度是一对矛盾 而在此情况下 尽 管材料的去除率增加了 但粗糙度变化不大 参考文献 1 刘荚烈 饶晓霞 高性能烧结NdFeB永磁材料 J 磁性 材料及器件 2000 31 5 26 31 2 轧钢 秦华伟 等 旋转超声波加工的试验研究 J 航空 制造技术 2000 6 6 59 3 张辽远 慕丽 金刚石工具头超声波复合加工的实验 研究 J 机械设计与制造 20o3 1 107 l09 4 G Ya H WQin Analysis of the rotaryultrasonic n1a chiningmechanism J Journal ofmaterials processingtechnologyxx 129 182 185 5 z JPEI PM FERREIRA Rotary ultrasonicmachiningforface milling ofceramics J Int J Mach Tools Manufact 1995 35 7 1033 1046 6 PeiAJFerreiraPM An experimeentalinvestigati onofrotaryu l trason icface milling J International Journal of MachineTool sand Manufacture 1999 39 8 1327 1344 作者筒介李丽 1975一 女 讲师 博士 从事先 进制造技术及特种加工的研究 发表论文4篇 o oo oo o o oo oo 00 oo oo oo o0 00 00 00 0o o0 00 o0 oo 0o o o oo Oo oo oo o o o o o o o o 0o 0o 0o 00 0o o o o o o o o o 00 0o 0o 0o oo oo oo 0o o 上接第53页 4结论 1 曲母线带轮虽有较好的减偏效果 但加工困难 制造成本高 另外 曲母线带轮在传动过程中不同速比时带轮槽角是变化的 使 金属带与带轮的接触面积不断减小 直接影响动力传递的可靠性 2 调节速比只能使传动钢带在某一特定工作点时的轴向跑偏为零 实际上 汽车的工况是多变的 因此绝大多数情况下 传动钢带轴向跑偏并 不能减小或消除 3 所设计的电液控制系统夹紧力控制 速比控制及位置控制都能够 满足实际要求 该系统位置控制不仅能够消除传动钢带的轴向跑偏 且改善了金属 带式无级变速器的动态性能 减少传动钢带的磨损 延长钢带的使 用寿命 并可实现金属带式无级变速器的优化设计 参考文献 1 EmeryHendriks Aspectsof aMetalPush V BekforAutomo tire CarApplicati on A SAE Paper C 1988 8817344 1311 4 1321 2 Nites cuG Goomerische Verhaltuissein Stufenlos Verstellbaren KeilscheibenumSchli n gur getriben J A ntriebste chnik 1984 23 7 46 49 3 HIROKI ASAYAMA Me chanismof MetalPushing Belt J JSAE Renew9532209 1995171 174 4 SUN DC Per formanceAnalysisofaVariableSpeed RationMetal v Belt Drive J Transacti onoftheAS 1988 110472 481 5 王红岩 金属带式无级变速器 装置带轮工作面形状与带轴向偏离的分析 J 吉林工业大学学报 1997 27 4 16 21 6 张伯英 周云山 张友坤 等 金属带式无级变速器电一液控制系统的研究 J 汽车 工程 xx 23 5 315 318 7 王立公 王红岩 秦大同 等 金属带式无级变 速器速比控制的试验研究 J 汽车工程 xx 25 6 569 573 作者筒介威发业 1967一 男 山东交通学院剐教 授 博士生 研究方向为机电系统计算机控制 流体传动及控制 发表论文20余篇 O oo oo oo oo 0o o0 0o 0o oo 0o 0o oo o0 oo o0 oo 0o 0o oo 0o oo oO 0o 0o 0o oo oo 0o 00 0o o0 0o oo oo oo o0 oo 0o 0o oo oo oo o0 o o oo o 上接6o页 干涉一自由矩阵 据此可以计算每个零件的可 拆卸方向 从而确定拆卸序列在几何上的可行性 最后 作为遗传计算装配体拆卸序列软件系统的一部分 提出自动 生成优化的拆卸序列的初始群体 从而有效地提高遗传计算最优装 配体拆卸序列的效率 通过一系列的实例验证 可以看到提出的这套方法行之有效 参考文献 1 王波 王宁生 产品拆卸序列模型的建立和优化设计 J 华东船舶工业学院学报 xx 17 3 87 90 2 Kim H J Lee D H Xirouchakis P Zust R Di ss锄bly scheduling withmulti ple producttyI es J Annals ofthe CIRP xx 52 1 403 406 t 3 Sham Shag Fo ng nith eta1 Automatic stableassembly8e