管道内表面磁力研磨的回转磁场设计.pdf

http:/ 1 卷第2 期2 0 0 5 年2 月机械工程学报v 0 1 4 1N o 2C H I N E S EJ O U R N A LO FM E C H A N I C A LE N G I N E E R【N GF e b 2oo5不锈钢物流管道内表面磁力研磨的回转磁场设计术王艳胡德金(上海交通大学机械与动力工程学院上海2 0 0 0 3 0)摘要：分析了不锈钢物流管道内表面磁力研磨运动轨迹和速度的要求，研究了各种励磁方法及其研磨运动轨迹，提出了同时产生回转磁场和往复磁场的励磁方法，设计了能实现复杂研磨轨迹的一种新型回转磁场装置，该回转磁场通过磁极轴向分布产生波浪形研磨条纹，同时完成磁性磨料对工件的周向回转和轴向往复运动，最后用3 1 6 L管道进行了回转磁场的材料去除试验。关键词：物流管道磁力研磨回转磁场往复磁场中图分类号：T G 6 6 9O 前言随着科学技术的发展，对半导体产业、原子能产业、航空航天产业、生物化学行业、医疗器械行业以及食品机械行业的输送流体的管道都提出了更高的要求。如在半导体产业中，输送高纯度气体的容器及管道，原子能产业中输送超纯水的高清洁度管道，均要求内壁表面粗糙度R。小于O 2“m，在生化行业、医疗器械行业、食品机械行业的输送流体的管道要求高清洁度的管道，其中内表面粗糙度R。要求小于0 2 岫。这些要求都是轧制管道及非装饰性焊接管道难以满足的，必须增加加工工序，对内表面实施加工。1内表面磁力研磨简介磁力研磨的示意图如图l 所示。把磁性磨粒放入磁场中，磁性磨粒在磁场中将沿着磁力线的方向图1 磁力研磨示意图 国家教委博士点专项科研基金资助项目(9 7 0 2 3 8 3 4)。2 0 0 4 0 2 2 6 收到初稿，2 0 0 4 0 9 1 3 收到修改稿有序地排列成磁力刷。把工件放入磁场中间，并使工件相对N 极和S 极保持一定距离，当工件相对磁极作相对运动时，磁性磨粒将对工件表面进行研磨。在研磨过程中，磁性磨粒的受力状态见图1。磨粒A 是在加工区中靠近工件表面的一颗磁性磨粒。在磁场作用下，磁性磨粒受到沿磁力线方向的作用力为R，沿磁等位线方向的作用力为R。同时，磁性磨粒与工件表面接触，产生沿工件表面法向的切削抗力为R，磨粒与工件表面的相对运动产生的切向抗力为只。F v 可以防止磨粒向加工区域外流动，这样就保证了研磨加工的正常进行 1】。磁场作用力可表示为【2 1E=脚掣(1)似E=掰掣(2)哕式中y 磁性磨粒的体积H A 点的磁场强度磁性磨粒的磁化率掣，掣在_ j c 和y 方向上的磁场梯度o 砂，五y 由磁力线和磁等位线决定的坐标由式(1)和(2)可看出，磁场作用力B 和毋正比于磁粒的体积、磁粒的磁化率、磁场的强度及磁场梯度。2 研磨运动的要求研磨运动包括轨迹和速度两个方面。研磨运动的轨迹是决定被研磨工件表面粗糙度的重要因素之一。仅实现单调研磨轨迹的磁力研磨在工件内表面会产生周向圈纹，其次不能充分利用选择性材料去除，更加经济地获取所需表面质量，再次，磁力研 万方数据http:/ 0 0 5 年2 月王艳等：不锈钢物流管道内表面磁力研磨的回转磁场设计一c c 么一么，步距角为3 0。，同样，每相接通电源两次后，磁力刷回转一圈，两个磁力刷轨迹是一致的。因每双相之间存在单相节拍，产生的轨迹如图9 所示，轨迹的波高与“三相双三拍”相同，但更接近波浪形，轨迹夹角未变。回转磁场及磁力刷运动的频率与“三相双三拍”相同。图9 磁力刷轨迹示意图以上讨论都是针对三相励磁，在管径尺寸比较大时，为减少磁极间高磁阻路径的长度，或为改善运动稳定性可使用更多相数。4 试验结果用永久磁钢励磁在加工区所获得的磁感应强度仅为0 3T 左右，所以采用电磁线圈【6】在加工区产生高磁感应强度，相邻两磁极夹角为6 0 0。磁极和线圈铁心采用电工钢片叠压而成。磁通方向磁极、心铁截面面积分别为8c m 2、1 2 5c m 2，线圈采用1m m 的铜漆包线绕制，采用直流电源供电。试验对于非磁性材料的磁力研磨，两磁极问是一大磁阻间隙，要获得与磁性材料相当的场强是很难的。实际设计中，对计算做了许多假设：不考虑强磁泄露，即处处磁通相等。空气磁隙的截面积为磁极末端的两倍，且为均匀磁场。采用图1 0 所示的励磁电路，最大输出电压为2 5 0V，最大电流输出为3A。2 2 0 A c37o 一，图1 0 励磁电路原理图装置照片如图1 1 所示。试验在C A 6 1 4 0 车床上进行，管道穿过回转磁场励磁机构。工件为3 1 6 L 不锈钢轧制管道，外径为3 2 m m，内径为3 0 m m，加工间隙l l I I l，励磁电流6A，加工区磁感应强度0 6T，空气介质，磁性磨料用量为3m L，研磨液5m L，表面粗糙度以及材料去除量随时间的变化分别见图1 2、图1 3 所示。用K E Y E N c Ev H 一8 0 0 0 高分辨率数字H D 显微镜观察加工前后表面微观形貌分别见图1 4、1 5 所示。工件内表面轮廓曲线由哈尔滨量具刃具厂制造的2 2 0 5 型表面粗糙度测量仪测得。曼越掣囊陌攥图1 1回转磁场磁力研磨试验装置实物照片g越撂囊瞎懈一g1一殛稍萁霉加工时间t m i n图1 2 表面粗糙度与加工时间关系图加工时间f m i n图1 3 材料去除量与加工时间关系图_。M L 且r 肌一y 正“L 5 俨(b)图1 4 磁力研磨前表面微观形貌及表面轮廓曲线8m m 万方数据http:/ 0 6机械工程学报第4 1 卷第2 期g、】醚爨(囊暴一一2厂 厂 7 0 5、1 o 厂w、1!取样长度z m m(b)图1 5 磁力研磨5m i n 后表面微观形貌及表面轮廓曲线5结论由于管道内表面研磨的特殊性，管道及励磁机构都不宜作高速旋转运动，而电磁励磁产生的回转磁场提供了非机械方式产生相对运动的途径。介绍了回转磁场的设计原理即磁阻式步进电动机的基本作用原理，设计了能实现复杂研磨轨迹的一种新型回转磁场，该回转磁场通过磁极轴向分布产生波浪形研磨条纹，同时完成磁性磨料对工件的周向回转和轴向往复运动。最后用3 1 6 L 管道进行了回转磁场磁力研磨试验。参考文献1 余承业特种加工新技术北京：国防工业出版社，1 9 9 52S h i 删aT，1 酞a z a W aKH a t a n oE S t u d yo fn l a g I l e t i ca b m s i v ef i n i s h i l l g A n n a l so ft l l eC I R P，1 9 9 0，3 1(1)：3 2 5 3 2 83 李学全物流管道内表面磁力研磨机理及技术研究：博士学位论文1 上海：上海交通大学，2 0 0 l4S h h n 1 1 r aT，H a t 锄oE，附【a z a w aK T h ed e v e l o p m e n to fm a g I l e t i ca b r a s i v c 丘n i s h i n g 锄di t se q u i p m e n tb y 叩p l y i n gar o 协t i n gm a g l l e t i cf i e l d I n：T r a n s a c t i o nJ a I l p a n e s eS o c i e t)rM e c h a n i cE n g i n e 两n g，1 9 8 6，霉(4 7 6)：14 6 2 14 6 85 海微电机研究所微特电机上海：上海科学技术出版社，1 9 8 36 林其王，赵佑民磁路设计原理北京：机械工业出版社，】9 8 3D E S I G No FR o T A T I N GM 认G N E T I C+F I E L DA B o U TI N T E R N A LF I N I S N GO FS T A I N L E S SS T E E LT U B E耽，曙场，z 月“D 巧胁(D o，Q 厂A 如c 庇口，l f c 口，口，z d P o w P，点劬g P 一，曙，5 口，t g 矗以f 觑D 细略【历如P 瑙f 纱，S A 口，劬历2 D D D 3 D)A b s t r a c t：T h en e e d so fm o t i o n 仃a c ea n ds p e e do fs t a i n l e s ss t e e lt u b ei n t 锄a lf i n i s h i n ga r ea n a l y s e d S e v e r a lk i n d so fe x c i t i n g 加a g n e t i cf i e l da l l df i n i s h i n gm o t i o n 仃a c ea r er c s e a r c h e d，t h ee x c i t e rw h i c hr e a l i z c dr o t a t i n gm a g n e t i c 矗e l da n dr e c i p r o c a t i I l gm a 踞e t i cf i e l da tt h es a m et i m ei sp r 叩o s e d An e wt)r p eo fr o t a t i n gm a g n e t i cf i e l de q u i p m e n t 士i c hc a nc o m p l e t ec o m-p l e xm o t i o n 仃a c ei sd e s i g n e d T h er o t a t i n gm a g n e t i cf i e l dp r o-d u c e sw a、7 痂1 i s h i l 培s 仃i p eb yd i s 廿i b u t i n gn l em a g：n e t i cp o l e sa l o n ga x i a ld i r e c t i o n I ta l s om a k e sm a g n e t i ca b m s i v ep a n i c l e sm o V ea l o n gc i r c l l l n f 舐觚a ld i r e c t i o na 1 1 da x i a ld i r e c t i o no ft 1 1 et u b ea tt h es a m et i m e T h e316 Lt u b em a t e r i a lr e m o v a lt e s ti sc 州e do u tb)【t h er o 协t i n gm 姆l e t i cf i e l ds e t u p K e yw o r d s：T u b i n gM a g n e t i ca b r a s i v ef m i s h 魄R 0 诅t i n gm a g n e t i cf i e l dR e c i p m c a t i n gH l a g n e t i cf i e l d作者简介：王艳，女，1 9 6 9 年出生，副教授。主要研究方向为磁力研磨加工、激光加工和电火花加工等特种加工技术的研究。E m a j l：c o l I n t 9 0 9 s j m e d u c n 万方数据http:/ Yan，Hu Dejin作者单位：上海交通大学机械与动力工程学院,上海,200030刊名：机械工程学报英文刊名：CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING年，卷(期)：2005，41(2)被引用次数：0次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.余承业 特种加工新技术 19952.ShinmuraT.Takazawa K.Hatano E Study of magnetic abrasive finishing 1990(01)3.李学全 物流管道内表面磁力研磨机理及技术研究学位论文 20014.Shinmura T.Hatano E.Takazawa K The development of magnetic abrasive finishing and its equipment byapplying a rotating magnetic field 1986(476)5.海微电机研究所 微特电机 19836.林其王.赵佑民 磁路设计原理 1983 相似文献(4条)相似文献(4条)1.会议论文 王艳.胡德金 不锈钢物流管道内表面磁力研磨的回转磁场设计 2003 分析了不锈钢物流管道内表面磁力研磨运动轨迹和速度的要求,研究了各种励磁方法及其研磨运动轨迹,提出了同时产生回转磁场和往复磁场的励磁方法,设计了能实现复杂研磨轨迹的一种新型回转磁场装置,该加转磁场通过磁极轴向分布产生波浪形研磨条纹,同时完成磁性磨料对工件的周向回转和轴向往复运动,最后用316L管道进行了回转磁场的材料去除实验.2.期刊论文 王艳.胡德金.李学全 物流管道内表面磁力研磨的数值仿真-上海交通大学学报2004,38(9)由于物流管道内表面磁力研磨的特殊性,管道及励磁机构都不宜作高速旋转运动.提出了用电磁励磁产生回转磁场实现非机械方式产生相对运动的方法,并对励磁机构以简化模型为基础进行了数值仿真,使研磨压力、磁驱动力和简化模型的相关参数建立了数值上的关联,同时对数值计算的结果进行了具体的分析.研究结果表明:磁驱动力随间隙及相对位移增大都是先上升后下降,在大间隙区域内该力随相对位移变化趋缓;研磨压力随相对位移单边下降,在小间隙区域对研磨压力缺乏表达能力.3.期刊论文 李学全.李峻.胡德金 物流管道内表面磁力研磨加工-电加工与模具2000(2)4.学位论文 李学全 物流管道内表面磁力研磨机理及技术研究 2001 高品质的物流管道要求内表面粗糙度Ra小于0.2m,而轧制管道的内表面粗糙度不能满足这一要求,需对内表面进行加工.因物流管道内表面加工的工艺特殊性薄壁、细长、管径波动大,常规加工工艺无法胜任.内表面磁力研磨对于直径在20mm以上的物流管道是一个很有前景的工艺解决方案,但内表面磁力研磨在机理和技术方面有许多研究工作有待进行.作者着重对磁力研磨的研究方法与进展水平作了深入系统的分析,研究了影响管道内表面磁力研磨的相关因素,探索了磁力研磨在干湿工况下不同的去除机理,提出了实现复杂研磨轨迹的回转磁场的设计思想,研制了数种磁性磨粒,并用于内表面磁力研磨试验,获得了Ra小于0.05m的表面粗糙度.本文链接：http:/ 数码配件市场闪存卡/U 盘/移动存储办公设备/文具/耗材电玩/配件/游戏/攻略厨房电器/冰箱/微波炉生活电器/空调/洗衣机影音电器/电视/CD/DVD美容护肤美容护肤/个人护理个人护理美容护肤/美体/精油彩妆/香水/美发/工具个人护理/保健/按摩器材居家居家/母婴母婴/食品食品居家日用/收纳/礼品厨房/餐饮用具日化/清洁/护理床上用品/靠垫/毛巾/布艺家装饰品/窗帘/地毯家具/家具定制/宜家代购装潢/灯具/五金/安防/卫浴奶粉/辅食/营养品保健食品/减肥系列产品http:/ http:/ 女鞋家纺床品时尚女装时尚女包秋装热卖冬装展览数码相机时尚家饰母婴用品女鞋家纺床品时尚女装时尚女包秋装热卖冬装展览数码相机时尚家饰母婴用品http:/ http:/ 牌手机时尚女装牌手机时尚女装/流行男装流行男装T 恤 连衣裙 半身裙 雪纺衫 蕾丝衫 裤子 牛仔裤 小吊带 西装 短外套 Polo 衫 职业装 安都 艾格 唐狮 以纯 森马美容护肤美容护肤/彩妆香水彩妆香水BB 霜 洁面 乳液 面霜 面膜眼霜 眼影 粉底 睫毛 香水假发 美容 药妆 丰胸 瘦身欧莱雅 玫琳凯 芳草集 倩碧男女鞋包男女鞋包/服装配饰服装配饰女鞋 凉鞋 帆布 低帮 高帮女包 男包 钱包 背包 肩包帽子 围巾 皮带 腰带 领带浪美 卡唐 麦包包 搜酷女包日用床品日用床品/居家装潢居家装潢蚊帐 凉席 夏被 毛毯 靠垫门帘 地垫 四件套 枕头 床沙发 鞋柜 衣柜 茶几 床垫家饰 床品 家具 清洁 宜家数码产品数码产品/生活电器生活电器MP4 MP5 iPod PSP U 盘数码相机 摄像机 笔记本电脑国产手机 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