磁流变胶基柔性磨料的流变性能测试与抛光实验研究

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随着零件结构的微型化和表面形状的复杂化,在有限的空间里面对自由形状曲面进行表面光整加工成为一项挑战,现阶段对于复杂曲面的精加工大都数通过手工抛光实现。磁力研磨抛光(Magnetic abrasive finishing,MAF)和磁流变抛光(Magnetorheological finishing,MRF)作为一种新型的表面抛光技术,能够实现对复杂形面进行抛光,获得几乎无损的表面质量。但是传统的MAF和MRF分别存在磨料容易飞离出加工区域和沉降稳定性差的缺点。因此本文针对传统的MAF和MRF等缺点,基于磁流变胶(Magnetorheological Gels,MRGs)提出了一种磁流变胶基柔性磨料(MRGs柔性磨料)的制备方式,并对其流变性能和抛光性能进行测试与研究。本文的主要研究内容包括:(1)选用甲基环硅氧烷和甲基苯基环硅氧烷作为主体材料,添加封端剂、白炭黑等辅助物质制备出有机硅高分子聚合物磁流变胶基体,在此基础上加入羰基铁粉(Carbonyl iron powder,CIP)和Si C磨粒分别制备了MRGs和MRGs柔性磨料,并分析了其抛光机理。(2)通过改变CIP和Si C磨粒含量制备出不同组分的MRGs和MRGs柔性磨料,使用MCR-301对其流变特性和磁流变效应测试。通过在固定应变5%、磁通密度0-1T条件下的时间与磁场扫描,对不同组分的MRGs和MRGs柔性磨料进行测试。结果表明,MRGs-30%、MRGs-40%、MRGs-50%的磁流变效应分别为44.4%、50.3%、67.3%。MRGs-30%-0.4g、MRGs-30%-0.5g、MRGs-30%-0.6g的磁流变效应分别为24.86%、18.05%、13.22%。MRGs-40%-0.4g、MRGs-40%-0.5g、MRGs-40%-0.6g的磁流变效应分别为42.28%、34.09%、22.17%。MRGs-50%-0.4g、MRGs-50%-0.5g、MRGs-50%-0.6g在上述条件下磁流变效应分别为64.24%、52.43%、46.95%。(3)通过ANSYS Maxwell对磁场进行仿真,选定Φ20?25磁极作为源磁场,并根据工件的形状与尺寸和现有实验条件,设计了一套用于平板工件抛光的夹具。研究了磁极布置形式、磁极转速S、抛光时间t、进给量F等工艺参数对MRGs柔性磨料抛光性能的影响。实验结果表明,磁极的布置方式对MRGs柔性磨料的抛光性能影响最大,采用单磁极时MRGs柔性磨料对平板工件基本不会产生抛光效果。在双磁极的情况下,增加磁极转速S、延长抛光时间t能够获得更好的表面质量,一味地增加进给量F并不能获得更好的表面质量。
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