【精品】转子磨具加工实验研究

1、转子磨具加工实验研究不锈钢具有高强度、耐腐蚀性、可焊接件等许多优点，并冃不锈钢可加匸性较好， 表面光洁度高，所以航空、汽车、仪器仪表、建筑等企业的零部件大虽应用不锈钢，另 外石油、化匸、医疗、食品、轻工等工业部门的输送管道以及机械紹构部件也大杀应用 不饬钢管。胡着科学技术的不新发展，不锈钢材料也逐渐向功能性和特殊性方向发展， 出现超级不锈钢和为了满足各种特殊性能要求的功能件不锈钢.在实际的生产中，一 些特大型管状类零件（如细长不锈钢管或炮管等）都姿经过高温固溶处理。因为高温固 港处理可以提高不锈铠的高泯拉伸强度、可焊接性、抗腐蚀性、易加工性等性能。但是 不饬钢符经过了高温固溶处理后，致使材料表

2、面形成j' 层组织致密血坚初，弓呈体结 合非常牢固的魚化皮，这展氧化皮十分坚硬耐瞻，去除困难。采用适当的方法及时有效 的去除这类工件表面的氧化皮，一直是国内外学者硏究的焦点。目前，国内外快速去除不锈钢管内表而坚硕氧化皮的方法有电撰加工法、酸洗法等 但是电解加丁不锈钢管内壁时阴极安装困难且易出现短路，而且在实际过住中往往难以 实现控制；酸洗加工过的不锈钢表面呈高低不平的黑色片状，且废液污染环境。本文利 用旋转磁场发生器产生的旋转碗场与不锈钢管内腔中的转子磨具产半电磁作用，通过电 啟作用转子磨具随看外部旋转施场同步旋转并做轴向进给运动，使祐子陳具与前止的工 件产生非机械驰动方式的相对运动。

3、在转子濟具磨削加工的过程中，转子濟貝的转速、 轴向进绻速度、磨条的磨料冲类、磨条硬度、磨粒粒度等都会影响到工件内洋氣化皮的 去除率以及工件内表面粗糙度值。为了验证设计的转f磨貝貝有较强的磨削性能，找到 较合适的轴向进给速度和转速，以及确定适合磨削不锈钢内甲氧化皮的磨条等，对转 子磨具窝削彳、锈钢管内璧进行了实验研究，为以后磁力磨削系统的改进和加工丄艺参数 的优化提供f必要的实验数据和技术依据v5.2实验装首与主要设备(1)减力磨削加工实验系统图51为磁力磨削加工系统图.由图51可知.旋转磁场发生器2通过两个v型块 被固定件基瘙的导轨匕通过调疔牵引轮6可以实现磁场发1器的轴向直线运动。不诱 钢管

4、3穿过磁场发生器的内孔,利用笹两端的v型块使其固定在基座5上。把转子廳 具4装入工件内孔,当变频器i开始工作时,转子磨具4在磁场发生器2产生的施转磁 场带动卜一，住不觇钢管内孔中囱速旋转井做轴线进给运动，从而实现磨削加匚图5-1殆力龙创加工实脸系统1变茨器2碇转磁场发生器3不访钥管4.转于歷具5.恳斤6用引滑轮i;ip.5-i magnetic grinding experiment sysicin1. frequency convener 2. rotating mag net* ticld generatorstainless steel pipe 4.rotor abradcr s.ba

5、sc 6 r| ract»on heel(2)手持式粗糙度仪本实验采用时代集团公司开发的i r200手持式粗糙度仪对不锈铠管内壁粗糙度值进行检测，其实物图见图52。e 5 2粗槌度仪1.传感容2-s.fs 3.启动411 4显示忧5.电練试忆退出忧hg.5-2 roughness tester1 .sensor 2display 3.start button 4 display bullun 5 puwet button 6.esc1）测虽原理测址不锈钢管内表面粗糙度时.将传超器放雀t件诗测表面c这时粗槌度仪内部 的弘动机构带动传曙器沿被测表面做等速滑动，传感器通过内曽的锐科触针感受

6、彼瀝表 面的稲槌必 此时工件表面的机糙度引.起触针产生拉移孩位移使传感器电感线圈的电 感帛发生变化，从而4：相敏整涼器的输出端产生与彼测表面和槌度成比例的模拟信号， 该信号紆过放大及电卩转换之后进入辿据采集系统dsp芯片将采集的数据进行敌字滤 波和参数计弘 测侵結果在液晶显示器上读出,也可在打印机上输出,还可以与pc机 进行连接.2）主婴技术参数测js范围:160pm针尖半径：2pm触针测力：4mn最大驱动行程：17.5mm驰动速度：测量时，当取样长度为0.25mm时.速度为0.135mnvs当取样长度为0.8mm时.速度为0.5mm/s当取样长度为2.5mm时，速度为lmm/s返回时.速度为

7、1mm/s示值误差：不大于±w%示值变动不人于±6%（3）变频调速器肚实验选用西门个新 代标准变频器micromaster440.它采用髙件能的矢邛 控制技术.提供低速高扭矩输出和良好的动态性脆,同时ji备超强的过载能力.应用场 合广泛.灵您度极高.直实物图见图53本丈通过变迪器的虞本操作而板进行调频， 从而改变转子磨貝的转速.图53麦频器1启动徒2.显示器3退出健j调頻优5用场发生容按牧h屯遐线i ie.5-3 frequency c<mvcrlcri. stan bution 2. display 3.esc 4.fm butten 5-winngof magne

8、iic field generator 6 power wiring1）主耍特征输入电压范围：380v-480v±!0%二相交流：输出功率范围：02kw45kw,欠呈控制方式，叫构成闭坏矢殳控制.闭坏转矩控制；髙过载能力，内賈制动单元。2）保护功能过载电流为200%额定负戏电流时，持续时间为3s；过载电流为150%额定负我电流时,持续时间为60s；过电压和欠电压保护：变频器和旋转磁场发生器过热保护：接地故障保护，烷路保护。5.3转子磨具磨削加工实验本实验要加丄的匸件为奥氏体不锈钢管（och8ni8，其韧性大，热强度高，磨削 过程中磨屑不易被切离，切削阴力大，挤压、摩擦剧烈；导热系数小

9、.聒削时的高温不 易导出，工件表面易产生烧伤、退火等现象；线膨胀系数大，在磨削热的作用下易产生 变形，其尺勺难以控制.由于不锈钢管具有以上特性，因此在利用转子磨貝加工不锈讷 管内壁时，就要合理的选择转子磨具的转速、轴向进给速度、霹条的喑料种类、熔条歿 度、磨粒粒度、结合剂等°因为不锈钢管内壁有一层坚硬的与基体结合非常牢靠的氧化 皮，为了有效地去除这层氧化皮井降低其表面粗糙度值.结合相关资料以及先前的实验 经验,本文选用磨条陂度为n级，磨粒粒度为100#,结合剂为陶瓷的爲条进彳亍实验。5.3.1转子磨具转速和轴向进给速度的确定转外部旅转磁场电磁作用的帯动下，跟随旋转磁场同步旋转其转速越

10、高， 磨条对匸件内壁的磨削越快，磨削*也就越大，可是产生的賭削热也会越多，工件表血 很容易烧伤：当转速较低时，磨削塑相应的减少，磨削效率降低，而且还会引起实验装 普的振动。为了获得较为合适的转速，本实验利用变频器來调节转了磨貝的转速。当频率为卜5hz时，转子辭具在工件内孔中摆动，实验装置振动严重：当频率为 6-lohz时.转子張貝在匸件内孔中低速旋转，实验装置扳动减缓；当频率为1118hz 时，转子磨具在工件内孔中转速上升，实验装葺有较轻的振动；当频率为1920hz时， 转子磨具在工件内孔中转递较快，且运动平稳；当频率大于20h乃时，转丁闽具在丁.件 内孔中快速旋转，磁场发生器和工件发热量较大

11、。因此选取转子匿具的旋转频率为 20hz.即转子磨貝的最佳转速为600r/min<木实验所用不锈钢管长度为lloomm,因此要求转子磨具耍有一个合适的轴向进给速度，通过多次实验选取转子磨具的轴向进给速度为05nveim5.3.2四种不同雀条的干磨加工实验(i)工件内壁的初始表fil粗糙度值用粗糙度仪测量工件内壁的初始表面粗糙度值，以便和加工后的结宋进行对比研 究。本实膽随机采集了不锈钢管内堂中的8个点，并对这8个点进行了表面粗糙度测验, 其结果见表5“。表51初始表仙粗槌度值tab.5-1 inilial surface roughness采样点12345678初始衣血粗2.553.36

12、4.074.642.961.99334.11|由表5可以看出,最大和最小初始表面粗糙度值分别为4,64pm 1.99pm,相差2.65pm,可见耒加工的工件内表而祖糙度精度较差。由以上数堀求得不锈钢管内够初始 表面和槌度平均苗为3.35pm。(2)不同磨条加工后的表面粗糙度值本文选用绿碳化硅、微晶刚玉、诰刚玉和白刚玉四种10条进行f腭削实验，规格那 选用陶瓷结合剂，破度为n级.粒度为100札转子18具转速宦为600r/min,轴向进给 速度为0.5m/min,磨削时间为4min。分别对四种誉条进行干磨实验，然后随机采集了t件内年中的8个点，并利用和糙 度仪对这8个点进行*了表面粗糙度测验，其结

13、果见表52。四种，磨条瞬削后匸件内壁的 平均表面粗糙度值见衷53。a 5-2於附后表而泗縊度位fig.5-2 processed surface roughncss务 采样点、庭削后表而粗福度«/pm绿磺化硅微晶刚玉白刚玉1230l541.771.8322.441.6)1.3813631.$71.871.361.7941.121.681.72l6851.331.47).151.63j61.651.69131.7971.701.671.751.67181.261.641.0966表5-3蜃卅后*均表禹根袒度值fig.5-3 processed average surface rough

14、ness唐料结合剂16条硬度磨粒粒度舐削后平均祖糙度伯绿礁化球n级100#1.67微晶刚玉陶瓷n级l(xw1.65梏刚玉n级100#1.42白刚玉陶瓷n级100#1.68由表53可以看岀，转速为600 r/min时，四种磨条干磨削4min后，工件内壁平均 粗糙度值相差很小，都在l6pm左右而工件内壁初始粗糙度平均值为3.35pm,这使 工件表面粗糙度值降低了一个等级。最后得到不同怫条加匸后管道内表面加工效果见图55。图5-4为工件的未加工管道内表面图图54未加工管道内表向fig-5-4 unprocessed inner surface of pipe(a)(b)（c）（d）（a.i绿儀化吐,

15、g条加工效果图（b）微品明e廉条加工妓異.图（c）信刚玉房条加工效来图（d）白剛玉於条加工效果图图55不同於条的加王欢关图fig.55 the grinding effect of dioctcnt oil stone由图5-4和图5-5可以看出，在转ji转速为600r/rnirb轴向进给速度沟0.5m/min, 磨削时间为4min.没有加切削液的条件下,绿碳化硅、微晶刚玉、皓刚玉和白刚玉四 种夔条都能有效的去除管道内审上坚砌的氧化皮，并且英表面质量明显提高；其中链剛 去和白刚玉磨条的加工效果较好。但是，在磨削加工4min后，从工件内孔中取出转子磨具后发现，绿碳化硅、微晶 刚玉以及皓刚玉磨条都

16、有不同秤度的折断现象，并且磨条的消耗量较大&只有白刚玉磨 条保存完好，并且僭条的消耗殛不大。因此综合考虑上述因索选取白刚玉塔条进行送一 步的磨削实验。5.3.3白刚玉曆条湿磨加工实验上述所做的实验都是在干疗的条件下进行的。而磨削不锈钢管内壁时，加入适当的 切削液能够絳低工件表面粗糙度值，改善工件表面质城：可以带走大址的磨削热，降低 工件温度，而且还可以带走人显的切層，使磨条的切削刃口保持锋利等。f面选用白刚 玉密条进行湿廨实鵜，规格选用陶養结合剂，硬度为n级，粒度为100#；转子曆具转 速定为600r/min,轴向进给速度为0.5m/min»磨削时间为4min®用白

17、刚玉弱条迸行渝憊实验斤;，随机采集了工件内壁中的8个点，并利川相糙度仪 对这8个点进行了粗糙度测验，其結果见表54。a 5-4沒用诟表曲刎與度爼fig.5-4 surface roughness under wel grindingi采样点12345678唐机厉表面粗梶度ffi/pm0.840.330.550.920.570.500.680.59初始表面押槌度伯3.35由表54可以看出，加入磨削液后，不锈钢管表面的粗糙度值明显下降。经过计算 得岀渝寒4mm后，工件内卑农而押糙度平均值为0.62屮m而工件内表面的初始表面稲 樋度平均值为3.35pm,町见不锈钢菅内农面粗糙度值降低了两级以上。5.

18、3.5本竜小结本章苜先选用绿碳化硅、微晶刚玉、钻刚玉和片刚玉四种磨条分别对108mmx4mm的0crl8ni8不锈钢管进行了干磨实骑。四种磨条在相同的实验条件下，都能很好的去除管道内単匕坚熾的氧化皮，并h使筲道内表血粗糙度值降低了一个等级°在虧削4min 后，只有白刚玉曆条没有折断现皱，并h磨削星较小，因此在以后的实验中，可首先选 用白刚玉磨条来加丄细氏的不锈钢管内壁。然后选用白刚玉濟条进行湿糜实验，得出加 入适当的切削液后，不诱钢管内表面的粗糙度值降低了两级以上。本文利用有限元软件対碣力磨削系统进行了电磁场和温度场仿真分析。在此呈础 上设计了一冲既具有较大导磁性又具有很强辭削能力的

19、转子煥具。该转子磨具在外部旋 转磁场的带动下，在工件内腔旋转并做铀向进给运动，为由于本身特殊性不易做髙速旋 转运动的细长类零件提供了种行z有效的加工方法。主要工作归纳如下：首先，选择了一款在电磁场分析中应用最广泛的软件一ansoft有限元软件.建立了 磁力磨削系统的实体模型，仿真模拟出了系统的磁场分布图和在额定转速下的迫磁转矩 曲线。在电磁转矩满足切削阻力矩的基础上，验证了所建立系统模型的正细性，为转子 磨具各零件的设计提供了必要的理论依据。然后，以ansys热分析的基本理论为基础，用仃限九软件建立了磁力磨削系统的 非稔态导热实体楔型，并对其温度场进行了有限元模拟仿真.得到了磁力磨削系统以及 铜线绕纟h、磁场发生器铁芯与永磁挾的温度场分布图。从铜线绕组的温升曲线中可以得 出，磁力磨削系统的正常工作时间为32005。因为温度场的仿jx分析是在1500r/min下 进行的，因此为了实现连续磨削，应该适当降低磁力膳削系统的工作转速。其次.以有限元软件对磁力磨削系统的电磁场和温滾场仿真分析为堆础，设计了一 种转子磨具。该转子磨具帙芯來用0.5min厚的碇钢片脅fk而成，这大大减小了加工