【精品】轉子磨具加工實驗研究

1、轉子磨具加工實驗研究不銹鋼具有高強度、耐腐蝕性、可焊接件等許多優(yōu)點，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械紹構部件也大殺應用 不飭鋼管。胡著科學技術的不新發(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.在實際的生產中，一 些特大型管狀類零件（如細長不銹鋼管或炮管等）都姿經(jīng)過高溫固溶處理。因為高溫固 港處理可以提高不銹鎧的高泯拉伸強度、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' 層組織致密血堅初，弓呈體結 合非常牢固的魚化皮，這展氧化皮十分堅硬耐瞻，去除困難。采用適當?shù)姆椒皶r有效 的去除這類工件表面的氧化皮，一直是國內外學者硏究的焦點。目前，國內外快速去除不銹鋼管內表而堅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壁時陰極安裝困難且易出現(xiàn)短路，而且在實際過住中往往難以 實現(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 用旋轉磁場發(fā)生器產生的旋轉碗場與不銹鋼管內腔中的轉子磨具產半電磁作用，通過電 啟作用轉子磨具隨看外部旋轉施場同步旋轉并做軸向進給運動，使祐子陳具與前止的工 件產生非機械馳動方式的相對運動。

3、在轉子濟具磨削加工的過程中，轉子濟貝的轉速、 軸向進綣速度、磨條的磨料沖類、磨條硬度、磨粒粒度等都會影響到工件內洋氣化皮的 去除率以及工件內表面粗糙度值。為了驗證設計的轉f磨貝貝有較強的磨削性能，找到 較合適的軸向進給速度和轉速，以及確定適合磨削不銹鋼內甲氧化皮的磨條等，對轉 子磨具窩削彳、銹鋼管內璧進行了實驗研究，為以后磁力磨削系統(tǒng)的改進和加工丄藝參數(shù) 的優(yōu)化提供f必要的實驗數(shù)據(jù)和技術依據(jù)v5.2實驗裝首與主要設備(1)減力磨削加工實驗系統(tǒng)圖51為磁力磨削加工系統(tǒng)圖.由圖51可知.旋轉磁場發(fā)生器2通過兩個v型塊 被固定件基瘙的導軌匕通過調疔牽引輪6可以實現(xiàn)磁場發(fā)1器的軸向直線運動。不誘 鋼管

4、3穿過磁場發(fā)生器的內孔,利用笹兩端的v型塊使其固定在基座5上。把轉子廳 具4裝入工件內孔,當變頻器i開始工作時,轉子磨具4在磁場發(fā)生器2產生的施轉磁 場帶動卜一，住不覘鋼管內孔中囪速旋轉井做軸線進給運動，從而實現(xiàn)磨削加匚圖5-1殆力龍創(chuàng)加工實臉系統(tǒng)1變茨器2碇轉磁場發(fā)生器3不訪鑰管4.轉于歷具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驗采用時代集團公司開發(fā)的i r200手持式粗糙度儀對不銹鎧管內壁粗糙度值進行檢測，其實物圖見圖52。e 5 2粗槌度儀1.傳感容2-s.fs 3.啟動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表面粗糙度時.將傳超器放雀t件詩測表面c這時粗槌度儀內部 的弘動機構帶動傳曙器沿被測表面做等速滑動，傳感器通過內曽的銳科觸針感受

6、彼瀝表 面的稲槌必 此時工件表面的機糙度引.起觸針產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生與彼測表面和槌度成比例的模擬信號， 該信號紆過放大及電卩轉換之后進入辿據(jù)采集系統(tǒng)dsp芯片將采集的數(shù)據(jù)進行敵字濾 波和參數(shù)計弘 測侵結果在液晶顯示器上讀出,也可在打印機上輸出,還可以與pc機 進行連接.2）主嬰技術參數(shù)測js范圍:160pm針尖半徑：2pm觸針測力：4mn最大驅動行程：17.5mm馳動速度：測量時，當取樣長度為0.25mm時.速度為0.135mnvs當取樣長度為0.8mm時.速度為0.5mm/s當取樣長度為2.5mm時，速度為lmm/s返回時.速度為

7、1mm/s示值誤差：不大于±w%示值變動不人于±6%（3）變頻調速器肚實驗選用西門個新 代標準變頻器micromaster440.它采用髙件能的矢邛 控制技術.提供低速高扭矩輸出和良好的動態(tài)性脆,同時ji備超強的過載能力.應用場 合廣泛.靈您度極高.直實物圖見圖53本丈通過變迪器的虞本操作而板進行調頻， 從而改變轉子磨貝的轉速.圖53麥頻器1啟動徒2.顯示器3退出健j調頻優(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，叫構成閉壞矢殳控制.閉壞轉矩控制；髙過載能力，內賈制動單元。2）保護功能過載電流為200%額定負戲電流時，持續(xù)時間為3s；過載電流為150%額定負我電流時,持續(xù)時間為60s；過電壓和欠電壓保護：變頻器和旋轉磁場發(fā)生器過熱保護：接地故障保護，烷路保護。5.3轉子磨具磨削加工實驗本實驗要加丄的匸件為奧氏體不銹鋼管（och8ni8，其韌性大，熱強度高，磨削 過程中磨屑不易被切離，切削陰力大，擠壓、摩擦劇烈；導熱系數(shù)小

9、.聒削時的高溫不 易導出，工件表面易產生燒傷、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，因此在利用轉子磨貝加工不銹訥 管內壁時，就要合理的選擇轉子磨具的轉速、軸向進給速度、霹條的喑料種類、熔條歿 度、磨粒粒度、結合劑等°因為不銹鋼管內壁有一層堅硬的與基體結合非常牢靠的氧化 皮，為了有效地去除這層氧化皮井降低其表面粗糙度值.結合相關資料以及先前的實驗 經(jīng)驗,本文選用磨條陂度為n級，磨粒粒度為100#,結合劑為陶瓷的爲條進彳亍實驗。5.3.1轉子磨具轉速和軸向進給速度的確定轉外部旅轉磁場電磁作用的帯動下，跟隨旋轉磁場同步旋轉其轉速越

10、高， 磨條對匸件內壁的磨削越快，磨削*也就越大，可是產生的賭削熱也會越多，工件表血 很容易燒傷：當轉速較低時，磨削塑相應的減少，磨削效率降低，而且還會引起實驗裝 普的振動。為了獲得較為合適的轉速，本實驗利用變頻器來調節(jié)轉了磨貝的轉速。當頻率為卜5hz時，轉子辭具在工件內孔中擺動，實驗裝置振動嚴重：當頻率為 6-lohz時.轉子張貝在匸件內孔中低速旋轉，實驗裝置扳動減緩；當頻率為1118hz 時，轉子磨具在工件內孔中轉速上升，實驗裝葺有較輕的振動；當頻率為1920hz時， 轉子磨具在工件內孔中轉遞較快，且運動平穩(wěn)；當頻率大于20h乃時，轉丁閩具在丁.件 內孔中快速旋轉，磁場發(fā)生器和工件發(fā)熱量較大

11、。因此選取轉子匿具的旋轉頻率為 20hz.即轉子磨貝的最佳轉速為600r/min<木實驗所用不銹鋼管長度為lloomm,因此要求轉子磨具耍有一個合適的軸向進給速度，通過多次實驗選取轉子磨具的軸向進給速度為05nveim5.3.2四種不同雀條的干磨加工實驗(i)工件內壁的初始表fil粗糙度值用粗糙度儀測量工件內壁的初始表面粗糙度值，以便和加工后的結宋進行對比研 究。本實膽隨機采集了不銹鋼管內堂中的8個點，并對這8個點進行了表面粗糙度測驗, 其結果見表5“。表51初始表仙粗槌度值tab.5-1 inilial surface roughness采樣點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表而祖糙度精度較差。由以上數(shù)堀求得不銹鋼管內夠初始 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條進行f腭削實驗，規(guī)格那 選用陶瓷結合劑，破度為n級.粒度為100札轉子18具轉速宦為600r/min,軸向進給 速度為0.5m/min,磨削時間為4min。分別對四種譽條進行干磨實驗，然后隨機采集了t件內年中的8個點，并利用和糙 度儀對這8個點進行*了表面粗糙度測驗，其結

13、果見表52。四種，磨條瞬削后匸件內壁的 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 采樣點、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100#1.67微晶剛玉陶瓷n級l(xw1.65梏剛玉n級100#1.42白剛玉陶瓷n級100#1.68由表53可以看岀，轉速為600 r/min時，四種磨條干磨削4min后，工件內壁平均 粗糙度值相差很小，都在l6pm左右而工件內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等級。最后得到不同怫條加匸后管道內表面加工效果見圖55。圖5-4為工件的未加工管道內表面圖圖54未加工管道內表向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圖fig.55 the grinding effect of dioctcnt oil stone由圖5-4和圖5-5可以看出，在轉ji轉速為600r/rnirb軸向進給速度溝0.5m/min, 磨削時間為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審上堅砌的氧化皮，并且英表面質量明顯提高；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，從工件內孔中取出轉子磨具后發(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行送一 步的磨削實驗。5.3.3白剛玉曆條濕磨加工實驗上述所做的實驗都是在干療的條件下進行的。而磨削不銹鋼管內壁時，加入適當?shù)?切削液能夠絳低工件表面粗糙度值，改善工件表面質城：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 玉密條進行濕廨實鵜，規(guī)格選用陶養(yǎng)結合劑，硬度為n級，粒度為100#；轉子曆具轉 速定為600r/min,軸向進給速度為0.5m/min»磨削時間為4min®用白

17、剛玉弱條迸行渝憊實驗斤;，隨機采集了工件內壁中的8個點，并利川相糙度儀 對這8個點進行了粗糙度測驗，其結果見表54。a 5-4沒用詬表曲刎與度爼fig.5-4 surface roughness under wel grindingi采樣點12345678唐機厲表面粗梶度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)過計算 得岀渝寒4mm后，工件內卑農而押糙度平均值為0.62屮m而工件內表面的初始表面稲 樋度平均值為3.35pm,町見不銹鋼菅內農面粗糙度值降低了兩級以上。5.

18、3.5本竜小結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不銹鋼管進行了干磨實騎。四種磨條在相同的實驗條件下，都能很好的去除管道內単匕堅熾的氧化皮，并h使筲道內表血粗糙度值降低了一個等級°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，因此在以后的實驗中，可首先選 用白剛玉磨條來加丄細氏的不銹鋼管內壁。然后選用白剛玉濟條進行濕糜實驗，得出加 入適當?shù)那邢饕汉?，不誘鋼管內表面的粗糙度值降低了兩級以上。本文利用有限元軟件対碣力磨削系統(tǒng)進行了電磁場和溫度場仿真分析。在此呈礎 上設計了一沖既具有較大導磁性又具有很強辭削能力的

19、轉子煥具。該轉子磨具在外部旋 轉磁場的帶動下，在工件內腔旋轉并做鈾向進給運動，為由于本身特殊性不易做髙速旋 轉運動的細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)的實體模型，仿真模擬出了系統(tǒng)的磁場分布圖和在額定轉速下的迫磁轉矩 曲線。在電磁轉矩滿足切削阻力矩的基礎上，驗證了所建立系統(tǒng)模型的正細性，為轉子 磨具各零件的設計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，用仃限九軟件建立了磁力磨削系統(tǒng)的 非稔態(tài)導熱實體楔型，并對其溫度場進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)的正常工作時間為32005。因為溫度場的仿jx分析是在1500r/min下 進行的，因此為了實現(xiàn)連續(xù)磨削，應該適當降低磁力膳削系統(tǒng)的工作轉速。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，設計了一 種轉子磨具。該轉子磨具帙芯來用0.5min厚的碇鋼片脅fk而成，這大大減小了加工