物流管道内表面磁力研

摘　要　　分析了物流管道内表面磁力研磨的工艺特点，研究了各种励磁方法和研磨运动轨迹，提出了同时产生回转磁场和往复磁场的励磁方法，此法将同时实现磁性磨粒相对工件的周向回转运动和轴向往复运动，并对316L 管道进行了材料去除实验。 　　关键词　　物流管道　磁力研磨　回转磁场　往复磁场 　　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. 　　随着科学技术的发展，生物化学产业、医疗器械行业及食品行业对输送流体的管道的要求是高清洁度，其中内表面粗糙度Ra要求在 0.2μm以下。国外已开展管道内表面磁力研磨这方面的研究工作，主要集中在三个方面：磁性磨粒、加工装置、材料去除机理。国内注意到产业的需求，也开展了这方面的研究工作。 1　内表面磁力研磨简介 　　磁力研磨，就是将磁性磨粒放入磁场中，磨粒在磁场力的作用下沿磁力线排列形成磁力刷，这种磁力刷具有良好的抛磨性能，同时具有很好的可塑性，当微切削力大于磁场的作用力时，磨料会产生滚动或滑动，所以磨料不会对工件产生严重的划伤。 　　内表面研磨加工的几种磁极布置见图1。 图1　内表面研磨磁极布置示意图 2　工艺分析 　　通常使用的管道是316L不锈钢管材，轧制管道内原始表面粗糙度Ra1.0μm左右，Ry6.5μm左右，管长为6m或12m。 　　加工特点： 　　(1) 尺寸精度要求不高，表面粗糙度和光泽度要求高； 　　(2) 原始表面有轧制痕，管径尺寸波动大，圆度误差大； 　　(3) 长径比高达300：1，且弯曲度大，可达2mm/m以上。 3　研磨运动的实现 　　对于短工件内表面加工，有采用工件固定、磁极作回转运动，也有采用磁极固定、工件作回转运动。对于长管道加工，工件作高速回转不适宜，通常作回转运动的磁极采用永久磁铁，但永久磁铁在加工区产生的磁感应强度 B 仅为 0.3～0.4T。实际加工所需的强磁场一般由电磁线圈励磁产生，而电磁线圈的重量、体积相对永久磁铁要大得多。文献［1］提出了回转磁场，解决回转运动，磁性磨粒作回转转支，这样工件和磁极都不需要作高速回转运动。 　　研磨需要的运动轨迹应当是周期性的、均匀的、无主导方向的。为了使磨粒获得上述运动轨迹，需要增加轴向往复运动。对于内表面研磨，磁力研磨不同于一般的机械研磨。磁极对磁性磨粒的驱动是借助于磁性磨粒相对磁极的空间滞后量。因轴向相对运动是往复式的，磁性磨粒相对于工件的位移远小于磁极相对于工件的移动量。要获得良好的研磨轨迹夹角，整个机构需做大位移。往复频率与回转频率相近的往复运动，必然给整个装置的设计制造带来许多问题。文献［1］采用工件大位移，低频往复运动，很明显，研磨轨迹夹角很小。 　　应用直线电机的原理，使磁极轴向错位分布，可同时实现磨粒的周向回转运动和轴向往复运动。励磁原理见图2，磁极A、B、C在一截面上，磁极D、E、F在另一截面上，轴向距离约为0.1πD(D为工件的外径)。AD、BE、CF采用三相脉冲电源励磁。 图2　励磁原理图 　　磁性磨粒位置见图3。磨粒 1 运动轨迹是FA→A→AE→E→EC→C→CD→D→DB→B→BF→F→FA，磨粒 2 运动轨迹是CD→D→DB→B→BF→F→FA→A→AE→E→EC→C→CD。 图3　磁性磨粒位置图 　　用上述励磁方法，仅需采用类似无心磨床轴向进给机构，提供工件低速回转运动和轴向进给运动。磨粒回转一周需两个励磁脉冲周期，同时磨粒往复三次。 4　材料去除率实验 　　实验装置示意图如图4所示。装置安放在CA6140 机床导轨上，与大滑板相连，主轴转速为1140r/min,进给量为0.61mm/r，工件为 316L 不锈钢轧制管道，长40mm，外径32mm，内径30mm，加工间隙1mm，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3ml，研磨液5ml。实验结果见图5和图6。 图4　实验装置示意图 图5　表面粗糙度与时间关系图 图6　材料去除率和时间关系图 　　实验仅提供磨粒相对工件的回转运动，无往复运动。在工件内表面形成周向环纹。进一步实验将采用回转往复励磁方式，将有两个磁力刷同时进行研磨，材料去除率将增加近一倍，且将更有效地利用材料去除降低粗糙度。

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