液体磁性磨具滑移模型及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种液体磁性磨具滑移模型及应用，该滑移模型由磁性粒子的受力及磁性粒子由静止状态到相对工件壁面发生滑移的条件建立，滑移模型: F = f ( P - P L ) - P D = 3 k φ cos ( θ 1 - θ 2 ) fH 2 + fP 0 - 1 2 ρV 2 ( f 2 l D + C L f + C D ) ]]>当F＜0时，磁性粒子能发生滑移，且F越小越容易滑移，滑移速度越大；当F≥0时，磁性粒子不能发生滑移，滑移速度为0。本发明专利技术可以用于确定FMA孔光整加工的有效磁场强度区间在该区间内，加工的材料去除率随磁场强度的增大而增大，且加工效率较高；在该区间外，加工效率极低或不能进行加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料加工领域，具体涉及一种液体磁性磨具滑移模型及其应用。
技术介绍
液体磁性磨具(Fluid Magnetic Abrasives，简称FMA)光整加工技术，是一种新型的精密光整加工技术。FMA由一定比例的磁性微粒、非磁性磨料微粒、表面活性剂、防锈剂等组成，是一种具有较高饱和剪切屈服应力、较低初始粘度、良好稳定性和分散性的加工液。FMA在无外加磁场时，具有牛顿流体特性，呈现稳定的悬浮状态，磨削能力很低，在磁场作用下该液体的流变性能迅速发生变化，剪切屈服应力和粘度大幅提高，磁性微粒形成的链状结构像粘结剂一样将磨料粒子夹持在其间，形成一种类似半固结状态的磨具，该磨具会在与之相接触的工件表面形成一个柔性研磨层，一旦使该研磨层与工件表面发生相对运动，就可以对复杂型面工件进行精密光整加工。该加工方法可有效解决小孔、台阶孔、交叉孔等光整加工时，磨削工具无法伸入孔道的难题，实现对细长管、台阶孔、交叉孔及复杂型腔的精密光整加工。FMA在磁场作用下，内部磁性粒子被极化，形成磁偶极子，磁偶极子的相互吸引使之沿磁场方向规律排列成链状结构，并在磁场力的作用下吸附于工件壁上，形成具有较大剪切屈服应力和粘度的滑移层。当滑移层受力满足滑移条件时，会相对工件壁面发生运动，从而实现对该处表面的光整加工。滑移效应对加工的材料去除率、加工效果的一致性及加工过程能否顺利进行都有重要影响，它可能导致磁场强度较高区域的工件表面材料去除率较低，进而导致整个 内孔表面粗糙度不一致，甚至会导致加工堵塞，阻碍加工进行，缩短设备寿命。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种液体磁性磨具滑移模型及其应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：液体磁性磨具滑移模型，其特征在于，由磁性粒子的受力及磁性粒子由静止状态到相对工件壁面发生滑移的条件建立，滑移模型见公式(1)： F = f ( P - P L ) - P D = 3 k φ cos ( θ 1 - θ 2 ) fH 2 + fP 0 - 1 2 ρV 2 ( f 2 l D + C L f + C D ) - - - ( 1 ) ]]>其中：μ0为真空磁导率；μ为羰基铁粉颗粒磁导率；f为摩阻系数；P为磁性粒子所受压力；PD为磁性粒子所受拖拽力；PL为磁性粒子所受上举力；φ为羰基铁粉颗粒的在液体磁性磨具中的体积比浓度；θ1为孔壁面不同位置磁感线切线方向与X轴的夹角；θ2为孔横截面中心与孔壁面不同位置的连线与X轴的夹角；H为磁场强度；P0为工件孔入口处的压力；ρ为液体磁性磨具的密度；V为液体磁性磨具的平均流速，近似等于磨具的入口流速；l为工件内壁不同位置与入口之间的距离；D为孔径；CD为拖拽力系数，CL为上举力系数，与雷诺数有关。当F＜0时，磁性粒子能发生滑移，且F越小越容易滑移，滑移速度越大；当F≥0时，磁性粒子不能发生滑移，滑移速度为0。上述的液体磁性磨具滑移模型可用于确定FMA孔光整加工的有效磁场强度区间，在该区间内，材料去除率随磁场强度的增大而增大；在该区间外，加工效率极低或不能进行加工。本专利技术具有以下有益效果：可以用于确定FMA孔光整加工的有效磁场强度区间，在该区间内，加工的材料去除率随磁场强度的增大而增大，且加工效率较高；当磁场强度小于有效磁场强度区间下限时，材料去除率随磁场强度的增大而减小，且材料去除率小 于零磁场条件下的加工材料去除率，加工效率较低；当磁场强度超过有效磁场强度区间上限时，将不能满足滑移条件，FMA不能与工件内壁产生相对运动，不能对工件进行加工，甚至会出现堵塞，阻碍加工的进行，缩短设备的寿命。可以通过选择合适的磁场强度并按一定规律旋转工件角度的加工工艺优化方法提高加工效率并达到较好加工效果。研究成果对FMA孔光整加工理论的发展和工艺的改进具有重要意义。附图说明图1为孔中FMA分布及滑移流动结构示意图；图中：(1)为无磁场；(2)为有磁场。图2为滑移层磁性粒子受力示意图。图3为壁面磁性粒子所受磁化压力示意图；图中，Pm(θ)为工件不同位置磁性粒子垂直于壁面方向所受的磁化压力；Pm为磁性粒子在磁场中所受的磁化压力；θ1为孔壁面不同位置磁感线切线方向与X轴的夹角，θ2为孔横截面中心与孔壁面不同位置的连线与X轴的夹角，θ为Pm(θ)与Pm之间的夹角。图4为光整加工设备结构示意图。图5为试件在磁场中的摆放位置。图6为图5中A的放大图；图中，方向1-6分别对应实验结果数据中的1本文档来自技高网...

【技术保护点】
液体磁性磨具滑移模型，其特征在于，由磁性粒子的受力及磁性粒子由静止状态到相对工件壁面发生滑移的条件建立，滑移模型见公式(1)：F=f(P-PL)-PD=3kφcos(θ1-θ2)fH2+fP0-12ρV2(f2lD+CLf+CD)---(1)]]>其中：μ0为真空磁导率；μ为羰基铁粉颗粒磁导率；f为摩阻系数；P为磁性粒子所受压力；PD为磁性粒子所受拖拽力；PL为磁性粒子所受上举力；φ为羰基铁粉颗粒的在液体磁性磨具中的体积比浓度；θ1为孔壁面不同位置磁感线切线方向与X轴的夹角；θ2为孔横截面中心与孔壁面不同位置的连线与X轴的夹角；H为磁场强度；P0为工件孔入口处的压力；ρ为液体磁性磨具的密度；V为液体磁性磨具的平均流速，近似等于磨具的入口流速；l为工件内壁不同位置与入口之间的距离；D为孔径；CD为拖拽力系数，CL为上举力系数，与雷诺数有关。当F＜0时，磁性粒子能发生滑移，且F越小越容易滑移，滑移速度越大；当F≥0时，磁性粒子不能发生滑移，滑移速度为0。

【技术特征摘要】
1.液体磁性磨具滑移模型，其特征在于，由磁性粒子的受力及磁性粒子由静止状态到相对工件壁面发生滑移的条件建立，滑移模型见公式(1)： F = f ( P - P L ) - P D = 3 k φ cos ( θ 1 - θ 2 ) fH 2 + fP 0 - 1 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙桓五，段海栋，赵志强，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14