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新型Fe-Si基磁性磨料性能及其研磨磁场模拟研究

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新型Fe-Si基磁性磨料性能及其研磨磁场模拟研究

作者：王玉兰州理工大学

学位级别：硕士

目前如何在高精、高效表面光整技术上有所突破,提高特种构件产品的表面质量、服役性能与寿命已成为我国新型制造业发展过程中亟需解决的问题。磁力研磨技术(Magnetic abrasive finishing,MAF)作为新型光整加工技术,具有加工精度高、良... 详细信息

目前如何在高精、高效表面光整技术上有所突破,提高特种构件产品的表面质量、服役性能与寿命已成为我国新型制造业发展过程中亟需解决的问题。磁力研磨技术(Magnetic abrasive finishing,MAF)作为新型光整加工技术,具有加工精度高、良好仿形性(自适应性)、柔性加工、温升小、工艺简易、效率高、适应面广和成本低等独特优势,发展潜力巨大。磁性磨料作为磁力研磨“刀具”配合磁极提供的驱动力,实现工件表面缺陷高精高效去除。然而,传统磁性磨料因制备工艺与材料特性等因素影响,存在形貌不规则、研磨相分布不合理、研磨相与基体相结合差等问题,磁极设计中存在磁感应强度与磁场梯度不匹配等问题导致磨料所受研磨压力低,严重制约了磨料磁力研磨加工精度与加工稳定性,难以满足磁力研磨技术工业化应用的需求。针对目前磁性磨料存在制备工艺复杂、研磨相易脱落、使用寿命低及磁感应强度与磁场梯度不匹配等难题,本文利用ANSYS Maxwell软件设计了双圆盘磁极的排布、数量、尺寸,优化了磁感应强度与梯度磁场分布。基于冷压烧结的铁基Si C磨料,利用优化设计后双圆盘磁极实验装置对TC4钛合金杆件表面进行研磨试验,探究了其最佳工艺参数。针对烧结型铁基Si C磨料加工性能低、导磁性差及研磨寿命短等缺点,以硅为合金化元素、球形铁粉为基体,利用机械合金化与烧结工艺在球形铁粉表层形成Fe-Si金属间化合物(Fe Si、FeSi等),基于制备过程中的热力学分析,探究机械合金化、铁硅质量比及烧结温度对磨料物相的影响,并分析FeSi与Fe Si相含量及烧结温度对磨料的合金层厚度、导磁性及纳米硬度的影响,制备高磁导率与高表面硬度兼备的核壳结构Fe-Si基磁性磨料。最终与铁基Si C磨料对比探究加工性能、导磁性能与研磨寿命。本文取得的主要研究结果如下:(1)通过对磁极数量、尺寸和排布等不同参数下的磁场模拟优化,调控磁感应强度和磁场梯度,双圆盘磁极磁感应强度达0.63-1.18 T,磁感积分增量为24.515 T·mm,获得了最佳的磁感应强度与磁场分布。同时采用铁基Si C磨料探究其最佳工艺参数。并与“对磨式”磁极对比,双圆盘磁极最佳表面粗糙度(Ra 0.354μm)提高了21.51%,研磨效率提高了18.32倍,表明双圆盘磁极具有良好加工精度与极高的加工效率。(2)以高磁导率和高表面硬度为磨料设计原则,通过热力学分析合金层FeSi与Fe Si相形成过程,设计制备Fe-Si基磁性磨料。探究铁硅质量比及烧结温度对磨料物相的影响,通过XRD定量分析,当铁硅质量比为6:1,烧结温度950℃烧结4 h时FeSi与Fe Si相含量分别为74%、26%,合金层厚度约为10μm。磨料的饱和磁化强度为193.583 emu/g,相较于原始铁粉仅下降4.63%。同时合金层两相纳米硬度分别为9.620、4.298 GPa,远高于基体平均纳米硬度3.082GPa。Fe-Si基磨料具有高硬度与良好导磁性,可满足磁性磨料加工性能的需要。(3)通过对比两类磨料研磨性能与效果,Fe-Si基磁性磨料加工4道次钛杆表面Ra从0.965μm降至最低值0.285μm,表面Ra提升率为67.46%,与铁基Si C磨料对比,钛杆表面Ra提高了19.94%。Fe-Si基磁性磨料的饱和磁化强度为193.584 emu/g,比铁基Si C磨料(168.225 emu/g)高出15.07%,表明Fe-Si基磁性磨料具有更好的导磁性能。同时Fe-Si基磁性磨料有约120 min的研磨寿命,较铁基Si C磨料提升近1倍,具有优异的研磨寿命。

关键词：磁力研磨磁性磨料磁场模拟金属间化合物表面粗糙度

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磁性磨料和磨粒相粒径对磁力研磨效率的影响

电镀与涂饰 2019年第4期38卷 157-160页

作者：姜林志张桂香秦璞梁久平滕潇孙广志山东理工大学机械工程学院山东淄博255049

按照逐级研磨思路,采用目数和磨粒相直径不同的磁性磨料(MAP)对304不锈钢进行磁力研磨光整加工(MAF),工艺条件为:磁极转速1 000 r/min,加工间隙2 mm,磁感应强度1.2 T,磨料填充量2 g。依次采用磨料目数与磨粒相粒径为50~80目/W40、80~120... 详细信息

按照逐级研磨思路,采用目数和磨粒相直径不同的磁性磨料(MAP)对304不锈钢进行磁力研磨光整加工(MAF),工艺条件为:磁极转速1 000 r/min,加工间隙2 mm,磁感应强度1.2 T,磨料填充量2 g。依次采用磨料目数与磨粒相粒径为50~80目/W40、80~120目/W40、120~200目/W7、200~300目/W7的磁性磨料研磨工件2、2、3和5 min(总研磨时间为12 min),工件表面粗糙度由初始的0.646μm降至0.021μm,材料去除量为42.3 mg。而采用200~300目、磨粒相粒径为W7的单一磁性磨料研磨工件时,要降至相同的表面粗糙度耗时30 min。因此,合理选用不同规格的磁性磨料对工件进行逐级研磨能大幅提升研磨效率,使工件表面质量在短时间内就得到明显改善。

关键词：磁力光整加工磁性磨料磨粒相粒径表面粗糙度材料去除量

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磁性磨料制备技术的研究进展

硬质合金 2010年第2期27卷 118-123页

作者：高小龙郑勇孙帆王秋红南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏南京210016

磁性磨料是制约磁力研磨技术发展的关键因素。本文介绍了磁性磨料的组成及其性能要求,总结了满足不同应用要求的磁性磨料种类及特点,综述了磁性磨料的各种制备技术及其研究进展。最后,结合磁性磨料的种类、工艺、性能及其应用现状,提出... 详细信息

磁性磨料是制约磁力研磨技术发展的关键因素。本文介绍了磁性磨料的组成及其性能要求,总结了满足不同应用要求的磁性磨料种类及特点,综述了磁性磨料的各种制备技术及其研究进展。最后,结合磁性磨料的种类、工艺、性能及其应用现状,提出了今后研究应重点关注的方向。

关键词：磁性磨料磁力研磨制备技术

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磁性磨料的开发研制及其加工特性的试验研究

磁性磨料的开发研制及其加工特性的试验研究

作者：陈红玲太原理工大学

学位级别：硕士

本论文以磁性研磨加工原理为切入点，以精密磨削理论和摩擦学理论为依据，分析研究了磁性研磨加工中磁性磨料磨粒的磨削机理，提出了磁性研磨加工中对磁性磨料加工性能的要求。就磁性磨料的组成成分、结构形状、规格大小以及研磨压力的... 详细信息

本论文以磁性研磨加工原理为切入点，以精密磨削理论和摩擦学理论为依据，分析研究了磁性研磨加工中磁性磨料磨粒的磨削机理，提出了磁性研磨加工中对磁性磨料加工性能的要求。就磁性磨料的组成成分、结构形状、规格大小以及研磨压力的形成进行了分析研究，并研制开发出粘结法、烧结法、热压烧结法等三种系列的磁性磨料。在此基础上，利用磁性研磨装置，就已开发的三种磁性磨料，针对多种材质的被加工工件进行了磁性研磨的工艺实验。重点对磁性磨料的加工特性进行了实验研究，分析了磁性磨料中不同的组成成分和各组成成分间的不同配比、磁性磨料磨粒的粒度大小、磁性磨料的最佳研磨时间、磁性磨料中不同的添加剂等对磁性磨料的耐用度及对磁性磨料加工特性的影响状况，从而获得了影响各种系列磁性磨料加工效果的实验数据和曲线，进而确立了各种磁性磨料的性能参数。此外，本课题还核算了磁性磨料的生产成本，并对其经济性进行了分析、对比。最后，提出了磁性磨料今后的研究方向。期望本课题的开发研究和实验分析结果能为更好地开发研制磁性磨料奠定一些基础，如果能为磁性研磨加工新技术的更快发展和推广应用做出一些微薄成绩将十分欣慰。

关键词：光整加工磁性研磨磁性磨料复合材料表面粗糙度研磨压力加工时间耐用度

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磁性磨料的微波合成

磁性磨料的微波合成

作者：金国哲大连工业大学

学位级别：硕士

本文针对磁性磨料的制备技术以及磁力研磨技术进行了简单的介绍，并且对国内外的研究情况进行了论述。微波加热是通过微波渗透到材料内部并使其产生整体升温的一种加热方法，它具有其他传统加热方式无法比拟的优势，如升温迅速、温度场... 详细信息

本文针对磁性磨料的制备技术以及磁力研磨技术进行了简单的介绍，并且对国内外的研究情况进行了论述。微波加热是通过微波渗透到材料内部并使其产生整体升温的一种加热方法，它具有其他传统加热方式无法比拟的优势，如升温迅速、温度场分布均匀等。磁力研磨是一种利用磁性磨料在磁场力作用下对工件各类表面进行精加工研磨的新工艺，在高表面质量的零件加工中得到日益广泛的应用。磁性磨料是磁性研磨加工的磨具，本文在分析磁性磨料组成的基础上，详细阐述并分析了几种磁性磨料的制备技术。本文利用实验室自制的微波加热实验设备，尝试使用新的工艺方法制备磁性磨料。将铁与不同粒径大小的碳化硅，配比为2:1、3:1、4:1、5:1的混料进行3个小时以上的球磨机均匀混合后压制成块，再将这些坯体加热到温度分别为1000℃、1100℃、1200℃、1300℃，最后压碎并分选。为了得到更好的制备参数，笔者选用了大连理工大学研制的磁力研磨装置。在转速为500rpm，磁感应强度0.4-1.6T、工件轴向震动频率f=0-30Hz、工件轴向振幅A=0-2mm研磨参数条件下，对316L不锈钢工件内圆表面磁性研磨加工进行了实验研究，分析了不同的制备参数对被加工内圆表面粗糙度的影响，并且对微波法与粘结法制备出的磁性磨料研磨效果加以对比分析。通过实验分析表明：粒径的大小、混料的配比、微波加热温度是影响被加工件研磨效果的主要影响因素。当选择磨粒粒径为1.5m的细碳化硅、铁粉与碳化硅的配比为4:1、烧结温度达到1200℃时，研磨后的316L不锈钢的粗糙度达到最佳，为0.18m。

关键词：微波磁性磨料磁力研磨工艺参数

铁基白刚玉磁性磨料的制备工艺与磨削性能研究

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兵器材料科学与工程 2015年第6期38卷 35-40页

作者：牛凤丽陈燕张旭李昌辽宁科技大学先进磨削技术研究所辽宁鞍山114051 阿尔斯通水电设备(中国)有限公司天津300301

采用烧结法制备铁基白刚玉磁性磨料,并对3Cr2Mo模具钢材料进行磁力研磨加工实验。铁基相和研磨相的粒径比会严重影响加工效果,根据摩擦理论推导出磁性磨料的最佳粒径比A为1.33-3.32。通过理论分析与实验相结合的方法评价磁性磨料的磨削... 详细信息

采用烧结法制备铁基白刚玉磁性磨料,并对3Cr2Mo模具钢材料进行磁力研磨加工实验。铁基相和研磨相的粒径比会严重影响加工效果,根据摩擦理论推导出磁性磨料的最佳粒径比A为1.33-3.32。通过理论分析与实验相结合的方法评价磁性磨料的磨削性能,验证了当铁基白刚玉磁性磨料的研磨相粒径d一定时,磨削深度ap随铁基相与研磨相粒径比的增大而增大,加工效率提高但加工质量降低。当铁基白刚玉磁性磨料铁基相与研磨相的粒径比为3时,其磨削性能最佳。

关键词：磁力研磨磁性磨料粒径比磨削深度

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粘结Fe+SiC磁性磨料的研究

机械工程材料 2001年第5期25卷 26-28页

作者：潘晶刘新材徐志锋姜俊华庄建平南昌航空工业学院材料科学与工程系江西南昌330034

研究了粘结Fe +SiC磁性磨料的成分、粒度以及研磨时间对几种钢件研磨表面粗糙度的影响 ,并通过扫描电镜分析研磨表面形貌 ,探讨了研磨机理。试验结果表明 :该磁性磨料具有良好的研磨效果 ,而研磨机理是SiC粒子对钢件表面的低应力磨料磨削。

关键词：磁力研磨磁性磨料表面粗糙度表面形貌研磨机理

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Fe-Al_2O_3磁性磨料制备新工艺

机械工程材料 2009年第9期33卷 51-53,89页

作者：黄玉红赵增典钟善王圣伟山东理工大学化学工程学院淄博255049 山东新华医疗器械股份有限公司淄博255086

分别以还原铁粉和雾化铁粉作为磁性粉,刚玉粉为磨粒,高温无机粘结剂为胶粘剂,并对铁粉进行表面改性后,采用烧结法制备了四种不同的Fe-Al2O3磁性磨料;采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了磁性磨料的物相组成和外观形貌,测试了磁性磨... 详细信息

分别以还原铁粉和雾化铁粉作为磁性粉,刚玉粉为磨粒,高温无机粘结剂为胶粘剂,并对铁粉进行表面改性后,采用烧结法制备了四种不同的Fe-Al2O3磁性磨料;采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了磁性磨料的物相组成和外观形貌,测试了磁性磨料的研磨性能,研究了铁粉种类以及表面改性处理对磁性磨料性能的影响。结果表明:制备的磁性磨料主要由-αFe、Al2O3、Fe2O3、AlFeO3(、Al,Fe)7BO3(SiO4)3O3等相组成,其形状多为不规则的棱状颗粒;制备的磁性磨料均具有良好的研磨效果和较长的耐用度,研磨工件的表面粗糙度可达到0.15μm,使用时间达到24 min;采用还原铁粉比用雾化铁粉、用表面改性的铁粉比用未改性的铁粉所制备磁性磨料的研磨性能要好。

关键词：磁性磨料磁力研磨表面改性烧结法

双级雾化快凝磁性磨料制备工艺系统的研制（英文）

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机床与液压 2018年第6期46卷 170-176页

作者：张桂冠赵玉刚高跃武张桂香山东理工大学先进制造研究院山东淄博255049

为了获得混粉雾化快凝中的工艺参数,制备性能优良的球形磁性磨料,提高制备工艺系统的稳定性。通过对雾化快凝工艺的分析,设计了双级雾化器、设计了气力送混粉装置与控制系统、设计了雾化水冷室的结构与冷却供水系统。通过FLUENT流体分... 详细信息

为了获得混粉雾化快凝中的工艺参数,制备性能优良的球形磁性磨料,提高制备工艺系统的稳定性。通过对雾化快凝工艺的分析,设计了双级雾化器、设计了气力送混粉装置与控制系统、设计了雾化水冷室的结构与冷却供水系统。通过FLUENT流体分析软件,对双级雾化器在不同压力配比下的数值分析,模拟出在上级雾化压力为1.2MPa、下级雾化压力为2.5MPa时得到均匀的速度流场,保证雾化过程的持续性。在现有设计的基础上,通过实验验证了上述设备与工艺参数准确性,制备出了陶瓷硬质磨料颗粒牢固地镶嵌在铁基体表层的球形磁性磨料。

关键词：雾化法快凝法气固两相流磁性磨料 FLUENT 控制系统