磁感应游离磨粒线锯切割中磁性磨粒的动力学行为研究

1、磁感应游离磨粒线锯切割中磁性磨粒的动力学行为研究 传统游离磨粒线锯切割过程中 , 磨粒常难以进入到长而狭窄的切削区域内 , 造成线锯切割性能下降 ,比方外表质量差、切缝损耗大等 ,特别是面对大尺寸工件 切割时, 这种问题更加突出。为了把更多的磨粒带入切削区域 ,改善线锯切割性能 提出了一种磁感应游离磨粒线锯切割方法。该方法在传统游离磨粒线锯切割技术根底上复合了磁场的作用 , 通过在锯丝 外添加辅助匀强磁场 , 锯丝会被磁化形成高梯度磁场 ,磁性磨粒在磁场力的作用 下吸附在锯丝外表 ,增加了进入切削区域的磨粒 ,从而提高线锯切割性能。 为了进 一步掌握磁感应游离磨粒线锯切割机理 ,本文结合理论分

2、析和实验验证 , 主要对 待进入切削区域磁性磨粒的动力学特性、锯丝外表吸附的磁性磨粒层形成机理、 磁感应切削区域内磁性磨粒的力学行为和磁感应游离磨粒线锯切割实验等方面 进行了研究。(1) 首先建立了磁性磨粒在待进入切削区域的动力学模型 , 然后应用有限元 软件 COMSOL Multiphysics 仿真研究了磁场方向对磁性磨粒动力学特性的影响 , 最后在仿真研究的根底上搭建了磁性磨粒吸附观测实验平台 , 应用高速摄影仪对 锯丝周围磁性磨粒的运动行为进行实验研究。结果说明 : 在传统游离磨粒线锯切 割中, 磁性磨粒随流体在锯丝附近做绕流运动 , 且极少量磁性磨粒由于流体的粘 性滞留于锯丝外表

3、,但不会有磁性磨粒的大量吸附 ; 而在磁感应游离磨粒线锯切 割中, 镀镍碳化硅磁性磨粒由于受到磁场吸引力的作用吸附在锯丝外表 , 且随着 磁场方向的变化 ,磁性磨粒仅吸附在平行于磁场方向的锯丝两侧 , 即顺磁区 , 而在 垂直于磁场方向的锯丝两侧 ,即逆磁区 , 磁性磨粒受到斥力不会被吸附。(2) 基于磁性磨粒在锯丝周围形成的高梯度磁场中的受力分析 , 建立了锯丝 外表吸附磁性磨粒层的理论模型 ,理论分析说明 : 磁性磨粒层吸附的切向范围主 要由临界角分界线确定 , 该位置也就是磁性磨粒从吸引转变为排斥的界限 ,磁性 磨粒层吸附的径向范围的临界位置由磁场力、流体曳力和其它力平衡确定 ; 然后

4、应用数值分析软件MATLA仿真计算了不同工艺参数下锯丝外表吸附磁性磨粒层 的情况, 并结合所设计的磁系和高速摄影仪进行了锯丝外表吸附磁性磨粒层的观 测实验。结果说明 : 在磁感应游离磨粒线锯切割中 , 锯丝被磁化且在其周围形成磁 力分区, 磁性磨粒只在顺磁区吸附 , 大量磁性磨粒吸附在锯丝外表形成磁性磨粒 层, 其轮廓近似一扇环 ,且磁性磨粒层主要在锯丝朝着流体运动方向的一侧形成 ; 对锯丝外表吸附的磁性磨粒层厚度进行了测量 , 并与理论计算结果进行比照分析 结果说明 : 锯丝外表吸附的磁性磨粒层厚度随着磁场强度和磁性磨粒粒径的增大 而增大, 随着切削液流体粘度和供浆流量的增大而减小 , 实验

5、结果与理论计算结 果一致, 进一步验证了理论模型的正确性。(3) 基于脆性材料去除机理和磁感应切削区域内磁性磨粒的运动接触状态 , 将磁性磨粒分为有效加工磁性磨粒和瞬间有效加工磁性磨粒 , 建立了磁感应切削 区域内单颗磁性磨粒的平均作用力与各工艺参数的数学关系 , 结合数值分析软件 MATLAB别仿真计算工艺参数对单颗磁性磨粒的平均受力及瞬间加工磁性磨粒 数的影响规律。结果说明 : 瞬间有效加工磁性磨粒数与单颗磁性磨粒的平均受力 成反比关系 , 相对于传统的游离磨粒线锯切割 , 磁感应游离磨粒切割过程中的瞬 间有效加工磁性磨粒数明显增多 , 切削区域内单个磁性磨粒平均受力较小 ; 在磁 感应游

6、离磨粒线锯切割中 ,随着磁场强度的增大 , 瞬间有效加工磁性磨粒数增加 , 单个磁性磨粒所受的平均正压力和剪切力减小。随着切削液粘度、供浆流量和磁性磨粒粒径的增大 , 瞬间有效加工磁性磨粒数减少,单个磁性磨粒所受的平均正压力和剪切力增大。4结合WXD17型往复金刚石线旋转点切割机和匀强磁场发生装置 , 搭建了磁感应游离磨粒线锯额切割 实验平台 , 采用单因素实验分析方法 , 考察了不同工艺参数对磁感应游离磨粒线 锯切割性能影响的实验研究。结果说明:磁场的引入可以有效提高线锯切割性能 ,且当磁场方向平行于工 件进给方向时 , 工件切缝宽度和崩边宽度最小 ; 适用于磁感应游离磨粒线锯切割 技术中的外部匀强磁场强度并不是越大越好,其范围为9.6 X 1041.2 X 105 A/m;在磁感应游离磨粒线锯切割中，可以通过在切削液中参加水和减少供浆流量 的方法来减少聚乙二醇和磁性磨粒的使用量 , 同时能保证一定的线锯切割性能 , 从而降低对环境的污染和线锯