摘 要 分析了物流管道內(nèi)表面磁力研磨的工藝特點(diǎn)，研究了各種勵磁方法和研磨運(yùn)動軌跡，提出了同時產(chǎn)生回轉(zhuǎn)磁場和往復(fù)磁場的勵磁方法，此法將同時實(shí)現(xiàn)磁性磨粒相對工件的周向回轉(zhuǎn)運(yùn)動和軸向往復(fù)運(yùn)動，并對316L 管道進(jìn)行了材料去除實(shí)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞 物流管道 磁力研磨 回轉(zhuǎn)磁場 往復(fù)磁場
Abstract The technique characteristic of the internal finishing of tube using magnetic abrasive finishing was analyzed.Several kinds of exciting magnetic field and finishing motion trace was researched,the exciter which realized rotating magnetic field and reciprocating magnetic field at the same time was designed,the material removal test was carried out.
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物化學(xué)產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療器械行業(yè)及食品行業(yè)對輸送流體的管道的要求是高清潔度，其中內(nèi)表面粗糙度Ra要求在 0.2μm以下。國外已開展管道內(nèi)表面磁力研磨這方面的研究工作，主要集中在三個方面：磁性磨粒、加工裝置、材料去除機(jī)理。國內(nèi)注意到產(chǎn)業(yè)的需求，也開展了這方面的研究工作。
1 內(nèi)表面磁力研磨簡介
磁力研磨，就是將磁性磨粒放入磁場中，磨粒在磁場力的作用下沿磁力線排列形成磁力刷，這種磁力刷具有良好的拋磨性能，同時具有很好的可塑性，當(dāng)微切削力大于磁場的作用力時，磨料會產(chǎn)生滾動或滑動，所以磨料不會對工件產(chǎn)生嚴(yán)重的劃傷。
內(nèi)表面研磨加工的幾種磁極布置見圖1。
圖1 內(nèi)表面研磨磁極布置示意圖
2 工藝分析
通常使用的管道是316L不銹鋼管材，軋制管道內(nèi)原始表面粗糙度Ra1.0μm左右，Ry6.5μm左右，管長為6m或12m。
加工特點(diǎn)：
(1) 尺寸精度要求不高，表面粗糙度和光澤度要求高；
(2) 原始表面有軋制痕，管徑尺寸波動大，圓度誤差大；
(3) 長徑比高達(dá)300：1，且彎曲度大，可達(dá)2mm/m以上。
3 研磨運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)
對于短工件內(nèi)表面加工，有采用工件固定、磁極作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，也有采用磁極固定、工件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動。對于長管道加工，工件作高速回轉(zhuǎn)不適宜，通常作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的磁極采用永久磁鐵，但永久磁鐵在加工區(qū)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 僅為 0.3～0.4T。實(shí)際加工所需的強(qiáng)磁場一般由電磁線圈勵磁產(chǎn)生，而電磁線圈的重量、體積相對永久磁鐵要大得多。文獻(xiàn)［1］提出了回轉(zhuǎn)磁場，解決回轉(zhuǎn)運(yùn)動，磁性磨粒作回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)支，這樣工件和磁極都不需要作高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動。
研磨需要的運(yùn)動軌跡應(yīng)當(dāng)是周期性的、均勻的、無主導(dǎo)方向的。為了使磨粒獲得上述運(yùn)動軌跡，需要增加軸向往復(fù)運(yùn)動。對于內(nèi)表面研磨，磁力研磨不同于一般的機(jī)械研磨。磁極對磁性磨粒的驅(qū)動是借助于磁性磨粒相對磁極的空間滯后量。因軸向相對運(yùn)動是往復(fù)式的，磁性磨粒相對于工件的位移遠(yuǎn)小于磁極相對于工件的移動量。要獲得良好的研磨軌跡夾角，整個機(jī)構(gòu)需做大位移。往復(fù)頻率與回轉(zhuǎn)頻率相近的往復(fù)運(yùn)動，必然給整個裝置的設(shè)計(jì)制造帶來許多問題。文獻(xiàn)［1］采用工件大位移，低頻往復(fù)運(yùn)動，很明顯，研磨軌跡夾角很小。
應(yīng)用直線電機(jī)的原理，使磁極軸向錯位分布，可同時實(shí)現(xiàn)磨粒的周向回轉(zhuǎn)運(yùn)動和軸向往復(fù)運(yùn)動。勵磁原理見圖2，磁極A、B、C在一截面上，磁極D、E、F在另一截面上，軸向距離約為0.1πD(D為工件的外徑)。AD、BE、CF采用三相脈沖電源勵磁。
圖2 勵磁原理圖
磁性磨粒位置見圖3。磨粒 1 運(yùn)動軌跡是FA→A→AE→E→EC→C→CD→D→DB→B→BF→F→FA，磨粒 2 運(yùn)動軌跡是CD→D→DB→B→BF→F→FA→A→AE→E→EC→C→CD。
圖3 磁性磨粒位置圖
用上述勵磁方法，僅需采用類似無心磨床軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，提供工件低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動和軸向進(jìn)給運(yùn)動。磨粒回轉(zhuǎn)一周需兩個勵磁脈沖周期，同時磨粒往復(fù)三次。
4 材料去除率實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4所示。裝置安放在CA6140 機(jī)床導(dǎo)軌上，與大滑板相連，主軸轉(zhuǎn)速為1140r/min,進(jìn)給量為0.61mm/r，工件為 316L 不銹鋼軋制管道，長40mm，外徑 32mm，內(nèi)徑30mm，加工間隙1mm，勵磁電流 6A，加工區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度0.6T(空氣介質(zhì))，磁性磨料用量為3ml，研磨液5ml。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5和圖6。
圖4 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
圖5 表面粗糙度與時間關(guān)系圖
圖6 材料去除率和時間關(guān)系圖
實(shí)驗(yàn)僅提供磨粒相對工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，無往復(fù)運(yùn)動。在工件內(nèi)表面形成周向環(huán)紋。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)將采用回轉(zhuǎn)往復(fù)勵磁方式，將有兩個磁力刷同時進(jìn)行研磨，材料去除率將增加近一倍，且將更有效地利用材料去除降低粗糙度。 |
