基于磁弹磨粒的刀具磁力钝化研究

作     者：秦浩 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵雪峰

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：磁弹磨粒 刀具钝化 双磁盘 细观代表性体积单元模型 

摘      要：刀具钝化不仅能够获得光滑的刃口轮廓、消除刃口微观缺陷,还能提高刀具的使用寿命和切削性能。刀具磁力钝化是一种先进的刀具钝化方法。磁弹磨粒是将磁介质相、磨粒相和弹性聚合物基体按照比例以一定组织方式形成的一种新型复合磨粒,具有磁性、低弹性模量以及优良的研磨性能,能够提高加工效率和加工质量。因此,本文将磁弹磨粒引入到双磁盘磁力钝化中,研究基于磁弹磨粒的刀具磁力钝化具有极其重要的科学意义和实际价值。本文基于双磁盘磁力钝化方法,研究了硅胶型和环氧树脂型磁弹磨粒对刀具钝化的影响。首先,基于磁场基本理论,采用MAXWELL软件建立了双磁盘磁力钝化磁场模型,研究了磁盘间距、磁盘厚度和磁盘直径对刀具刃口所受磁感应强度、钝化压力的影响规律以及磁盘厚度和磁盘间距对磁性磨粒所受磁场力的影响规律,并搭建了双磁盘磁力钝化实验平台。其次,提出了较软的硅胶型磁弹磨粒和较硬的环氧树脂型磁弹磨粒的制备方法,采用扫描电镜检测和能谱分析等对磁弹磨粒的微观形貌、混合均匀度、硬度、密度、孔隙度和比表面积等物理特性进行检测,并通过拉伸试验获得弹性模量和拉伸强度等力学性能。然后,基于颗粒填充复合材料理论和细观力学理论,采用ABAQUS软件建立磁弹磨粒的细观代表性体积单元模型(RVE),研究铁及碳化硅填充颗粒的粒径占比、粒径比值、颗粒形状及颗粒排布方式对磁弹磨粒应力、应变的影响规律,为进一步优化磁弹磨粒制备工艺提供依据。最后,将磁弹磨粒应用到双磁盘磁力钝化实验中,研究钝化时间、磨粒粒度、刀具转速、磁盘转速和磁盘间距等钝化参数对刀具前、后刀面钝化量和形状因子的影响规律,并将两种磁弹磨粒磁力钝化法与普通磁性磨粒磁力钝化法及传统立式旋转钝化方法进行对比分析,进一步验证了磁弹磨粒具备较高的钝化效率和钝化质量。本文成果为探索磁弹磨粒的应用,探索刀具钝化新技术和途径,促进我国磁力高效加工和磁力光整加工技术的进步具有重要的理论价值和实际意义。