磁力磨削不锈钢管内壁转子磨具的设计与实验研究

论文摘要

不锈钢管广泛用于石油、化工、医疗、食品、轻工、机械仪表等工业的输送管道以及机械结构部件。为了提高不锈钢管的高温拉伸强度、可焊接性、抗腐蚀性、易加工性等性能,一些大型的管状类零件都要经过高温固溶处理。由于不锈钢管经过了高温固溶处理,致使材料表面形成了一层较厚的与基体结合的非常牢固的氧化皮,而且这类零件由于本身的特殊性不易做高速旋转。因此采用适当的方法及时有效的去除这类工件表面的氧化皮,并降低其表面粗糙度值,对顺利进行下道工序以及防止管道表面的腐蚀,延长工件的使用寿命都有重大意义。目前,国内外快速去除不锈钢管内表面坚硬氧化皮的方法有电解加工法、酸洗法等。但是电解加工不锈钢管内壁时阴极安装困难且易出现短路,而且在实际过程中往往难以实现控制；酸洗加工过的不锈钢表面呈高低不平的黑色片状,且废液污染环境。本文在有限元仿真分析的基础上,设计了一套既具有较大导磁性又具有很强磨削能力的转子磨具。该转子磨具在外部旋转磁场的带动下,在工件内腔旋转并做轴向进给运动,从而有效的除去工件内壁上坚硬的氧化皮,并减小其表面粗糙度值,且污染小,结构简单,易于操作,有良好的应用前景。本文主要从磁力磨削系统的电磁场和温度场有限元分析、转子磨具设计、以及转子磨具加工效果的实验验证几个方面进行了研究,下面分别概述如下：1.以电机学知识为基础,利用Ansoft有限元软件,建立了磁力磨削系统的实体模型,仿真模拟出系统的磁场分布图和在额定转速下的电磁转矩曲线。在电磁转矩满足切削阻力矩的基础上,验证了所建立系统模型的正确性,为转子磨具各零件的设计提供了必要的理论依据。2.利用ANSYS有限元软件建立了磁力磨削系统的实体模型,并对其温度场进行了有限元模拟仿真,找到了旋转磁场发生器的正常工作时间以及其发热的主要原因。为保证磁力磨削系统各部件不被烧坏,其工作时间的延长,加工效率的提高提供了参考依据。3.以有限元软件对磁力磨削系统的电磁场和温度场仿真分析为基础,设计了一种转子磨具。该转子磨具铁芯采用0.5mm厚的硅钢片叠压而成,可大大减小加工过程中产生的磁滞损耗和涡流损耗,进而降低磁力磨削系统内的温度；转子磨具在压缩弹簧弹力的作用下,不仅实现磨条的自动进给,而且起到了很好的“柔性化”加工效果；磨条座与磨条采用机械式固定,克服了传统粘结固定的缺点,使得磨条的安装与拆卸更加方便,并且磨条座可多次使用而没有变形。4.通过转子磨具的加工实验,验证了设计的转子磨具具有较强的磨削性能,可有效的除去工件内壁上坚硬的氧化皮,并降低其表面粗糙度值。确定了合适的轴向进给速度和转速以及适合磨削不锈钢内壁氧化皮的磨条等。为以后磁力磨削系统的改进和加工工艺参数的优化提供了必要的实验数据和技术依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 磁力磨削加工技术概述
• 1.2.1 磁力磨削加工原理
• 1.2.2 磁力磨削加工特点
• 1.3 文献综述
• 1.4 选题的目的和意义
• 1.5 本课题主要的研究工作
• 第二章 磁力磨削系统的电磁场分析
• 2.1 旋转磁场发生器的工作原理、结构及绕组型式
• 2.1.1 旋转磁场发生器的工作原理
• 2.1.2 旋转磁场发生器的结构
• 2.1.3 旋转磁场发生器的绕组型式
• 2.2 永磁铁和转子磨具铁芯尺寸的确定
• 2.2.1 永磁铁尺寸的确定
• 2.2.2 转子磨具铁芯尺寸的确定
• 2.3 磁力磨削系统电磁场有限元分析
• 2.3.1 创建磁力磨削系统实体模型
• 2.3.2 设定并分配材料属性
• 2.3.3 激励源的添加与边界条件的加载
• 2.3.4 运动选项的设定
• 2.3.5 模型网格划分
• 2.3.6 求解参数的设定
• 2.3.7 模型仿真结果与分析
• 2.4 转子磨具的切削能力分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 磁力磨削系统温度场分析
• 3.1 磁力磨削系统热分析基础
• 3.1.1 ANSYS热分析基本原理
• 3.1.2 热传递的方式
• 3.1.3 温度场分析时材料属性介绍
• 3.1.4 温度场的边界条件
• 3.2 磁力磨削系统内部热源分布
• 3.2.1 铁芯损耗
• 3.2.2 绕组铜损耗
• 3.2.3 表面风损耗
• 3.2.4 摩擦损耗
• 3.3 磁力磨削系统的非稳态导热过程
• 3.4 磁力磨削系统温度场的有限元分析
• 3.4.1 磁力磨削系统模型的建立
• 3.4.2 热性能参数的计算
• 3.4.3 定义单元类型并分配材料属性
• 3.4.4 系统模型网格划分
• 3.4.5 施加边界条件和热载荷
• 3.4.6 求解参数设定
• 3.4.7 有限元求解结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 转子磨具设计
• 4.1 磨条的选择
• 4.2 转子磨具的设计
• 4.2.1 主轴的设计
• 4.2.2 压缩弹簧的设计
• 4.2.3 弹簧底座的设计
• 4.2.4 磨条座的设计
• 4.2.5 磁铁挡块与磁铁压板的设计
• 4.2.6 转子磨具的最终装配图
• 4.3 本章小结
• 第五章 转子磨具加工实验研究
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验装置与主要设备
• 5.3 转子磨具磨削加工实验
• 5.3.1 转子磨具转速和轴向进给速度的确定
• 5.3.2 四种不同磨条的干磨加工实验
• 5.3.3 白刚玉磨条湿磨加工实验
• 5.3.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文