【精品】轉(zhuǎn)子磨具加工實(shí)驗(yàn)研究

1、轉(zhuǎn)子磨具加工實(shí)驗(yàn)研究不銹鋼具有高強(qiáng)度、耐腐蝕性、可焊接件等許多優(yōu)點(diǎn)，并冃不銹鋼可加匸性較好， 表面光潔度高，所以航空、汽車、儀器儀表、建筑等企業(yè)的零部件大雖應(yīng)用不銹鋼，另 外石油、化匸、醫(yī)療、食品、輕工等工業(yè)部門的輸送管道以及機(jī)械紹構(gòu)部件也大殺應(yīng)用 不飭鋼管。胡著科學(xué)技術(shù)的不新發(fā)展，不銹鋼材料也逐漸向功能性和特殊性方向發(fā)展， 出現(xiàn)超級(jí)不銹鋼和為了滿足各種特殊性能要求的功能件不銹鋼.在實(shí)際的生產(chǎn)中，一 些特大型管狀類零件（如細(xì)長不銹鋼管或炮管等）都姿經(jīng)過高溫固溶處理。因?yàn)楦邷毓?港處理可以提高不銹鎧的高泯拉伸強(qiáng)度、可焊接性、抗腐蝕性、易加工性等性能。但是 不飭鋼符經(jīng)過了高溫固溶處理后，致使材料表

2、面形成j' 層組織致密血堅(jiān)初，弓呈體結(jié) 合非常牢固的魚化皮，這展氧化皮十分堅(jiān)硬耐瞻，去除困難。采用適當(dāng)?shù)姆椒皶r(shí)有效 的去除這類工件表面的氧化皮，一直是國內(nèi)外學(xué)者硏究的焦點(diǎn)。目前，國內(nèi)外快速去除不銹鋼管內(nèi)表而堅(jiān)碩氧化皮的方法有電撰加工法、酸洗法等 但是電解加丁不銹鋼管內(nèi)壁時(shí)陰極安裝困難且易出現(xiàn)短路，而且在實(shí)際過住中往往難以 實(shí)現(xiàn)控制；酸洗加工過的不銹鋼表面呈高低不平的黑色片狀，且廢液污染環(huán)境。本文利 用旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)碗場與不銹鋼管內(nèi)腔中的轉(zhuǎn)子磨具產(chǎn)半電磁作用，通過電 啟作用轉(zhuǎn)子磨具隨看外部旋轉(zhuǎn)施場同步旋轉(zhuǎn)并做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使祐子陳具與前止的工 件產(chǎn)生非機(jī)械馳動(dòng)方式的相對運(yùn)動(dòng)。

3、在轉(zhuǎn)子濟(jì)具磨削加工的過程中，轉(zhuǎn)子濟(jì)貝的轉(zhuǎn)速、 軸向進(jìn)綣速度、磨條的磨料沖類、磨條硬度、磨粒粒度等都會(huì)影響到工件內(nèi)洋氣化皮的 去除率以及工件內(nèi)表面粗糙度值。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)f磨貝貝有較強(qiáng)的磨削性能，找到 較合適的軸向進(jìn)給速度和轉(zhuǎn)速，以及確定適合磨削不銹鋼內(nèi)甲氧化皮的磨條等，對轉(zhuǎn) 子磨具窩削彳、銹鋼管內(nèi)璧進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，為以后磁力磨削系統(tǒng)的改進(jìn)和加工丄藝參數(shù) 的優(yōu)化提供f必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)依據(jù)v5.2實(shí)驗(yàn)裝首與主要設(shè)備(1)減力磨削加工實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖51為磁力磨削加工系統(tǒng)圖.由圖51可知.旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器2通過兩個(gè)v型塊 被固定件基瘙的導(dǎo)軌匕通過調(diào)疔牽引輪6可以實(shí)現(xiàn)磁場發(fā)1器的軸向直線運(yùn)動(dòng)。不誘 鋼管

4、3穿過磁場發(fā)生器的內(nèi)孔,利用笹兩端的v型塊使其固定在基座5上。把轉(zhuǎn)子廳 具4裝入工件內(nèi)孔,當(dāng)變頻器i開始工作時(shí),轉(zhuǎn)子磨具4在磁場發(fā)生器2產(chǎn)生的施轉(zhuǎn)磁 場帶動(dòng)卜一，住不覘鋼管內(nèi)孔中囪速旋轉(zhuǎn)井做軸線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)磨削加匚圖5-1殆力龍創(chuàng)加工實(shí)臉系統(tǒng)1變茨器2碇轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器3不訪鑰管4.轉(zhuǎn)于歷具5.懇斤6用引滑輪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)手持式粗糙度儀本實(shí)驗(yàn)采用時(shí)代集團(tuán)公司開發(fā)的i r200手持式粗糙度儀對不銹鎧管內(nèi)壁粗糙度值進(jìn)行檢測，其實(shí)物圖見圖52。e 5 2粗槌度儀1.傳感容2-s.fs 3.啟動(dòng)411 4顯示憂5.電練試憶退出憂hg.5-2 roughness tester1 .sensor 2display 3.start button 4 display bullun 5 puwet button 6.esc1）測雖原理測址不銹鋼管內(nèi)表面粗糙度時(shí).將傳超器放雀t件詩測表面c這時(shí)粗槌度儀內(nèi)部 的弘動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)傳曙器沿被測表面做等速滑動(dòng)，傳感器通過內(nèi)曽的銳科觸針感受

6、彼瀝表 面的稲槌必 此時(shí)工件表面的機(jī)糙度引.起觸針產(chǎn)生拉移孩位移使傳感器電感線圈的電 感帛發(fā)生變化，從而4：相敏整涼器的輸出端產(chǎn)生與彼測表面和槌度成比例的模擬信號(hào)， 該信號(hào)紆過放大及電卩轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入辿據(jù)采集系統(tǒng)dsp芯片將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行敵字濾 波和參數(shù)計(jì)弘 測侵結(jié)果在液晶顯示器上讀出,也可在打印機(jī)上輸出,還可以與pc機(jī) 進(jìn)行連接.2）主嬰技術(shù)參數(shù)測js范圍:160pm針尖半徑：2pm觸針測力：4mn最大驅(qū)動(dòng)行程：17.5mm馳動(dòng)速度：測量時(shí)，當(dāng)取樣長度為0.25mm時(shí).速度為0.135mnvs當(dāng)取樣長度為0.8mm時(shí).速度為0.5mm/s當(dāng)取樣長度為2.5mm時(shí)，速度為lmm/s返回時(shí).速度為

7、1mm/s示值誤差：不大于±w%示值變動(dòng)不人于±6%（3）變頻調(diào)速器肚實(shí)驗(yàn)選用西門個(gè)新 代標(biāo)準(zhǔn)變頻器micromaster440.它采用髙件能的矢邛 控制技術(shù).提供低速高扭矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)性脆,同時(shí)ji備超強(qiáng)的過載能力.應(yīng)用場 合廣泛.靈您度極高.直實(shí)物圖見圖53本丈通過變迪器的虞本操作而板進(jìn)行調(diào)頻， 從而改變轉(zhuǎn)子磨貝的轉(zhuǎn)速.圖53麥頻器1啟動(dòng)徒2.顯示器3退出健j調(diào)頻優(yōu)5用場發(fā)生容按牧h屯遐線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）主耍特征輸入電壓范圍：380v-480v±!0%二相交流：輸出功率范圍：02kw45kw,欠呈控制方式，叫構(gòu)成閉壞矢殳控制.閉壞轉(zhuǎn)矩控制；髙過載能力，內(nèi)賈制動(dòng)單元。2）保護(hù)功能過載電流為200%額定負(fù)戲電流時(shí)，持續(xù)時(shí)間為3s；過載電流為150%額定負(fù)我電流時(shí),持續(xù)時(shí)間為60s；過電壓和欠電壓保護(hù)：變頻器和旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器過熱保護(hù)：接地故障保護(hù)，烷路保護(hù)。5.3轉(zhuǎn)子磨具磨削加工實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)要加丄的匸件為奧氏體不銹鋼管（och8ni8，其韌性大，熱強(qiáng)度高，磨削 過程中磨屑不易被切離，切削陰力大，擠壓、摩擦劇烈；導(dǎo)熱系數(shù)小

9、.聒削時(shí)的高溫不 易導(dǎo)出，工件表面易產(chǎn)生燒傷、退火等現(xiàn)象；線膨脹系數(shù)大，在磨削熱的作用下易產(chǎn)生 變形，其尺勺難以控制.由于不銹鋼管具有以上特性，因此在利用轉(zhuǎn)子磨貝加工不銹訥 管內(nèi)壁時(shí)，就要合理的選擇轉(zhuǎn)子磨具的轉(zhuǎn)速、軸向進(jìn)給速度、霹條的喑料種類、熔條歿 度、磨粒粒度、結(jié)合劑等°因?yàn)椴讳P鋼管內(nèi)壁有一層堅(jiān)硬的與基體結(jié)合非常牢靠的氧化 皮，為了有效地去除這層氧化皮井降低其表面粗糙度值.結(jié)合相關(guān)資料以及先前的實(shí)驗(yàn) 經(jīng)驗(yàn),本文選用磨條陂度為n級(jí)，磨粒粒度為100#,結(jié)合劑為陶瓷的爲(wèi)條進(jìn)彳亍實(shí)驗(yàn)。5.3.1轉(zhuǎn)子磨具轉(zhuǎn)速和軸向進(jìn)給速度的確定轉(zhuǎn)外部旅轉(zhuǎn)磁場電磁作用的帯動(dòng)下，跟隨旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)其轉(zhuǎn)速越

10、高， 磨條對匸件內(nèi)壁的磨削越快，磨削*也就越大，可是產(chǎn)生的賭削熱也會(huì)越多，工件表血 很容易燒傷：當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，磨削塑相應(yīng)的減少，磨削效率降低，而且還會(huì)引起實(shí)驗(yàn)裝 普的振動(dòng)。為了獲得較為合適的轉(zhuǎn)速，本實(shí)驗(yàn)利用變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)了磨貝的轉(zhuǎn)速。當(dāng)頻率為卜5hz時(shí)，轉(zhuǎn)子辭具在工件內(nèi)孔中擺動(dòng)，實(shí)驗(yàn)裝置振動(dòng)嚴(yán)重：當(dāng)頻率為 6-lohz時(shí).轉(zhuǎn)子張貝在匸件內(nèi)孔中低速旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)裝置扳動(dòng)減緩；當(dāng)頻率為1118hz 時(shí)，轉(zhuǎn)子磨具在工件內(nèi)孔中轉(zhuǎn)速上升，實(shí)驗(yàn)裝葺有較輕的振動(dòng)；當(dāng)頻率為1920hz時(shí)， 轉(zhuǎn)子磨具在工件內(nèi)孔中轉(zhuǎn)遞較快，且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；當(dāng)頻率大于20h乃時(shí)，轉(zhuǎn)丁閩具在丁.件 內(nèi)孔中快速旋轉(zhuǎn)，磁場發(fā)生器和工件發(fā)熱量較大

11、。因此選取轉(zhuǎn)子匿具的旋轉(zhuǎn)頻率為 20hz.即轉(zhuǎn)子磨貝的最佳轉(zhuǎn)速為600r/min<木實(shí)驗(yàn)所用不銹鋼管長度為lloomm,因此要求轉(zhuǎn)子磨具耍有一個(gè)合適的軸向進(jìn)給速度，通過多次實(shí)驗(yàn)選取轉(zhuǎn)子磨具的軸向進(jìn)給速度為05nveim5.3.2四種不同雀條的干磨加工實(shí)驗(yàn)(i)工件內(nèi)壁的初始表fil粗糙度值用粗糙度儀測量工件內(nèi)壁的初始表面粗糙度值，以便和加工后的結(jié)宋進(jìn)行對比研 究。本實(shí)膽隨機(jī)采集了不銹鋼管內(nèi)堂中的8個(gè)點(diǎn)，并對這8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了表面粗糙度測驗(yàn), 其結(jié)果見表5“。表51初始表仙粗槌度值tab.5-1 inilial surface roughness采樣點(diǎn)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別為4,64pm 1.99pm,相差2.65pm,可見耒加工的工件內(nèi)表而祖糙度精度較差。由以上數(shù)堀求得不銹鋼管內(nèi)夠初始 表面和槌度平均苗為3.35pm。(2)不同磨條加工后的表面粗糙度值本文選用綠碳化硅、微晶剛玉、誥剛玉和白剛玉四種10條進(jìn)行f腭削實(shí)驗(yàn)，規(guī)格那 選用陶瓷結(jié)合劑，破度為n級(jí).粒度為100札轉(zhuǎn)子18具轉(zhuǎn)速宦為600r/min,軸向進(jìn)給 速度為0.5m/min,磨削時(shí)間為4min。分別對四種譽(yù)條進(jìn)行干磨實(shí)驗(yàn)，然后隨機(jī)采集了t件內(nèi)年中的8個(gè)點(diǎn)，并利用和糙 度儀對這8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行*了表面粗糙度測驗(yàn)，其結(jié)

13、果見表52。四種，磨條瞬削后匸件內(nèi)壁的 平均表面粗糙度值見衷53。a 5-2於附后表而泗縊度位fig.5-2 processed surface roughncss務(wù) 采樣點(diǎn)、庭削后表而粗福度«/pm綠磺化硅微晶剛玉白剛玉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唐料結(jié)合劑16條硬度磨粒粒度舐削后平均祖糙度伯綠礁化球n級(jí)100#1.67微晶剛玉陶瓷n級(jí)l(xw1.65梏剛玉n級(jí)100#1.42白剛玉陶瓷n級(jí)100#1.68由表53可以看岀，轉(zhuǎn)速為600 r/min時(shí)，四種磨條干磨削4min后，工件內(nèi)壁平均 粗糙度值相差很小，都在l6pm左右而工件內(nèi)壁初始粗糙度平均值為3.35pm,這使 工件表面粗糙度值降低了一個(gè)等級(jí)。最后得到不同怫條加匸后管道內(nèi)表面加工效果見圖55。圖5-4為工件的未加工管道內(nèi)表面圖圖54未加工管道內(nèi)表向fig-5-4 unprocessed inner surface of pipe(a)(b)（c）（d）（a.i綠儀化吐,

15、g條加工效果圖（b）微品明e廉條加工妓異.圖（c）信剛玉房條加工效來圖（d）白剛玉於條加工效果圖圖55不同於條的加王歡關(guān)圖fig.55 the grinding effect of dioctcnt oil stone由圖5-4和圖5-5可以看出，在轉(zhuǎn)ji轉(zhuǎn)速為600r/rnirb軸向進(jìn)給速度溝0.5m/min, 磨削時(shí)間為4min.沒有加切削液的條件下,綠碳化硅、微晶剛玉、皓剛玉和白剛玉四 種夔條都能有效的去除管道內(nèi)審上堅(jiān)砌的氧化皮，并且英表面質(zhì)量明顯提高；其中鏈剛 去和白剛玉磨條的加工效果較好。但是，在磨削加工4min后，從工件內(nèi)孔中取出轉(zhuǎn)子磨具后發(fā)現(xiàn)，綠碳化硅、微晶 剛玉以及皓剛玉磨條都

16、有不同秤度的折斷現(xiàn)象，并且磨條的消耗量較大&只有白剛玉磨 條保存完好，并且僭條的消耗殛不大。因此綜合考慮上述因索選取白剛玉塔條進(jìn)行送一 步的磨削實(shí)驗(yàn)。5.3.3白剛玉曆條濕磨加工實(shí)驗(yàn)上述所做的實(shí)驗(yàn)都是在干療的條件下進(jìn)行的。而磨削不銹鋼管內(nèi)壁時(shí)，加入適當(dāng)?shù)?切削液能夠絳低工件表面粗糙度值，改善工件表面質(zhì)城：可以帶走大址的磨削熱，降低 工件溫度，而且還可以帶走人顯的切層，使磨條的切削刃口保持鋒利等。f面選用白剛 玉密條進(jìn)行濕廨實(shí)鵜，規(guī)格選用陶養(yǎng)結(jié)合劑，硬度為n級(jí)，粒度為100#；轉(zhuǎn)子曆具轉(zhuǎn) 速定為600r/min,軸向進(jìn)給速度為0.5m/min»磨削時(shí)間為4min®用白

17、剛玉弱條迸行渝憊實(shí)驗(yàn)斤;，隨機(jī)采集了工件內(nèi)壁中的8個(gè)點(diǎn)，并利川相糙度儀 對這8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了粗糙度測驗(yàn)，其結(jié)果見表54。a 5-4沒用詬表曲刎與度爼fig.5-4 surface roughness under wel grindingi采樣點(diǎn)12345678唐機(jī)厲表面粗梶度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，不銹鋼管表面的粗糙度值明顯下降。經(jīng)過計(jì)算 得岀渝寒4mm后，工件內(nèi)卑農(nóng)而押糙度平均值為0.62屮m而工件內(nèi)表面的初始表面稲 樋度平均值為3.35pm,町見不銹鋼菅內(nèi)農(nóng)面粗糙度值降低了兩級(jí)以上。5.

18、3.5本竜小結(jié)本章苜先選用綠碳化硅、微晶剛玉、鉆剛玉和片剛玉四種磨條分別對108mmx4mm的0crl8ni8不銹鋼管進(jìn)行了干磨實(shí)騎。四種磨條在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，都能很好的去除管道內(nèi)単匕堅(jiān)熾的氧化皮，并h使筲道內(nèi)表血粗糙度值降低了一個(gè)等級(jí)°在虧削4min 后，只有白剛玉曆條沒有折斷現(xiàn)皺，并h磨削星較小，因此在以后的實(shí)驗(yàn)中，可首先選 用白剛玉磨條來加丄細(xì)氏的不銹鋼管內(nèi)壁。然后選用白剛玉濟(jì)條進(jìn)行濕糜實(shí)驗(yàn)，得出加 入適當(dāng)?shù)那邢饕汉?，不誘鋼管內(nèi)表面的粗糙度值降低了兩級(jí)以上。本文利用有限元軟件対碣力磨削系統(tǒng)進(jìn)行了電磁場和溫度場仿真分析。在此呈礎(chǔ) 上設(shè)計(jì)了一沖既具有較大導(dǎo)磁性又具有很強(qiáng)辭削能力的

19、轉(zhuǎn)子煥具。該轉(zhuǎn)子磨具在外部旋 轉(zhuǎn)磁場的帶動(dòng)下，在工件內(nèi)腔旋轉(zhuǎn)并做鈾向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，為由于本身特殊性不易做髙速旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的細(xì)長類零件提供了種行z有效的加工方法。主要工作歸納如下：首先，選擇了一款在電磁場分析中應(yīng)用最廣泛的軟件一ansoft有限元軟件.建立了 磁力磨削系統(tǒng)的實(shí)體模型，仿真模擬出了系統(tǒng)的磁場分布圖和在額定轉(zhuǎn)速下的迫磁轉(zhuǎn)矩 曲線。在電磁轉(zhuǎn)矩滿足切削阻力矩的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了所建立系統(tǒng)模型的正細(xì)性，為轉(zhuǎn)子 磨具各零件的設(shè)計(jì)提供了必要的理論依據(jù)。然后，以ansys熱分析的基本理論為基礎(chǔ)，用仃限九軟件建立了磁力磨削系統(tǒng)的 非稔態(tài)導(dǎo)熱實(shí)體楔型，并對其溫度場進(jìn)行了有限元模擬仿真.得到了磁力磨削系統(tǒng)以及 銅線繞纟h、磁場發(fā)生器鐵芯與永磁挾的溫度場分布圖。從銅線繞組的溫升曲線中可以得 出，磁力磨削系統(tǒng)的正常工作時(shí)間為32005。因?yàn)闇囟葓龅姆耲x分析是在1500r/min下 進(jìn)行的，因此為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)磨削，應(yīng)該適當(dāng)降低磁力膳削系統(tǒng)的工作轉(zhuǎn)速。其次.以有限元軟件對磁力磨削系統(tǒng)的電磁場和溫滾場仿真分析為堆礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一 種轉(zhuǎn)子磨具。該轉(zhuǎn)子磨具帙芯來用0.5min厚的碇鋼片脅fk而成，這大大減小了加工