物流管道内表面磁力研磨加工

魔神

    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R_a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R_a1.0μm左右，R_y6.5μm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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