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模具型腔表面磁流变抛光机理研究
Research on the mold cavity surface magnetic rheological polishing mechanism
祝林
ZHU Lin
(四川职业技术学院机械工程系,遂宁629000)
摘要:随着经済发展和社会进步,人们对工业严品的需求与日俱增,对模具制造工艺的要求也越来越
高。成型零件的加工是模具制造过程中最为关键的环节,工业产品的质量直接取決于成型零件
的表面质量。近些年来,与传统抛光工艺相比,模具成型零件的型腔表面高质量抛光工艺更胜
筹,它具有广阔的市场前景,日益满足社会发展的需要。基于此,本文首先从磁流变抛光原
理入手,结合磁流变抛光与磁场辅助精密加工,为有效地提高模具成型零件的精整加工提出了
模具型腔表面磁流变抛光方法,具有十分重要的社会价值和现实意义。
关键词:磁流变抛光;模具型崆表面;机理
中图分类号:TG584
文献标识码:A
文章编号:1009-0134(2012)10下)-0078-03
Doi:10.3969/J.ISsn.1009-0134.2012.10(下).24
0引言
的磁场,使该区域的磁流变液的表观粘度在流变
磁流变液在模具型腔表面磁流变抛光时起着效应下极速增加,从而在抛光轮表面形成半固体
十分重要的作用,将一定量的抛光磨料注入到磁
状态的抛光工具并在抛光轮的带动下,利用流体
流变液中就会形成磁流变抛光液。在外部磁场的动压效用完成该区域的地光任务
前提下,磁流变液独有的流变性是完成整个抛光
过程的有力保障。工件材料去除机理能够为加工
workpiece
nozzle
suction
全过程提供强有力的理论支持,同时对加工方法
wheel
的研究也具有重要作用。
1磁流变抛光原理
electromagnet
磁流变液指的是将只有微米大小的磁性颗粒
融于绝缘载液内,从而形成一种具有流变性的悬
MR fluid conditioner
浮液体,其流变性同外加磁场有直接关系。磁流
图1磁流变抛光原理示意图
变液的流变性在没有外加磁场的情况下,基本同
磁流变拋光具有的优点如下
普通的牛顿流体一样,而在强磁场的作用下会发
生明显变化,其表观的粘度系数最少会提高两个
1)抛光后的物体具有较高质量的光学表面
2)具有较强可控性,可以获得较为复杂的面形。
数量级,从而使其由液体状态变得同固体状态相
类似,但是将外加磁场去除后,它又恢复为原来
3)具有较高的去除效率。
4)不会产生刀具损坏、堵塞等现象。
的液体状。磁流变液状态在磁场的作用下会在液
5)磁流变抛光利用其独有的剪切去除原理,
体和固体间反复,并且具有较强的可控、可逆性不)
不光具有较高去除效率,同时还能够完成纳米级精
及反应迅速等特点。同电流变液相比,磁流变液
度的抛光,并且保证亚表面损伤基本为零。所以,
的剪切屈服应力要比其高出一个数量级,同时在
动力学和温度稳定性这两方面也优于电流变液,
磁流变拋光技术不失为一种好的光学加工法。
所以磁流变液拥有更为广阔的应用范围叫。
2模具型腔表面磁流变抛光机理
如图1可知,在需要抛光的区域内注入含有2.1模具型腔表面磁流变抛光的材料去除机理
定浓度微细磨料的磁流变液后,外加一定强度
根据磁流变效应将一定浓度的细微磨粒加入
收日期:2012-08-22
基金项目:汽车覆盖件冲压模具型面参数化仿真设计方法与关键技术研究(11ZA207)
作者简介:祝林(1968-),男,四川射洪人,副教授,硕士,研究方向为模具设计与制造和模具CAD/ CAE/CAN。
78】第34卷第10期2012-10(下)
判出自化
到磁流变液中。在外加磁场的作用下,磁流变液将该抛光法的材料去除机理作更为详尽的说明,
中的磁性颗粒会在极微时间内被极化并沿磁场方我们假设主要利用磨料颗粒的微切削作用对工件
向以链状结构进行运动,此时磁流变液的剪切屈表面的材料进行去除。依据这一假设理论可知,
服应力明显增强并形成与固体相接近的 Bingham工件表面的材料去除是在磨料颗粒的微切削作用
物质。在外加磁场作用下,磁流变液中呈链状结下完成的。如图4所示是单个磨料颗粒对工件表
构的磁性颗粒会像普通砂轮的粘结剂那样将磨料面凸起部分进行切削的示意图,我们可以依据该
颗粒紧紧夹住。这些磨料颗粒在一定大小的力的模型图对单个磨料颗粒对工件表面所产生的最大
作用下同工件表面间产生柔性研磨层,该研磨层
作用力进行计算?:
具有较高剪切强度,利用研磨层同工件间的相对
h"tana
运动,达到使工件表面变得光滑的目的。在进行
F
加工时,磁性颗粒所形成的链状结构在受到瞬时
由上式可知
力的破坏后能够在极短时间内形成新的链状结构,
利用这种作用能够令磨不断进行更新。
2
要想实现自由磨粒的研磨,必须满足下面三
a tan a
个基本条件:1)在工件表面区域内要具有充足并
其中:F为磨料颗粒受到的磁悬浮力;
且有效的磨料颗粒;2)工件表面同磨料颗粒间必
r为磁流变液具有的剪切应力;
须形成有效的相对运动;3)工件表面同磨料颗粒
为磨料颗粒外形的半项角;
间产生均匀并具有可控性的加工力。在整个抛光
0.为工件表面所具有的屈服应力;
过程中,前两个基本条件很容易实现,第三个基
a为磨料颗粒对工件表面凸起部位的微
本条件必须利用抛光工具头的作用才能实现。不切削深度。
过总体来说,这三个基本条件还是比较容易实现
的,因此能够较为容易的对模具型腔表面进行抛
光并取得良好效果。
在进行加工时,磁流变液中的磁性颗粒在外
加磁力作用下形成链状结构,被磁性颗粒紧紧夹
住的非磁性磨料在一定大小的磁力作用下同工件
表面形成一个柔性研磨层。这些研磨层中的非磁
性磨料同工件表面间因相对运动而形成摩擦力,
如果柔性研磨层所具有的剪切应力高于这种摩擦
力的话,非磁性磨料就会对工件表面的凸起部分
图2单个磨粒对工件表面进行加工的示意图
进行划擦、摩擦和微切削等作用。如果研磨层所
由上述公式可知,在磨料颗粒对工件表面的
具有的剪切应力比非磁性磨料同工件表面所形成凸起部分进行切削时,工件的表面去除效率也就
的摩擦力小的话,就会导致磁性颗粒的链状结构是公式中提到的切削深度同磨料颗粒尺寸的大小
损坏,不过随即就会形成新的链状结构,这种链是正比关系,同磁流变液所具有的剪切应力的
状结构的反复形成会对工件表面金属产生一种塑分之一次方也是正比关系,而磁流变液中含有的
变叠加效用,当这种塑变程度超出工件所能承受磁性颗粒尺寸的大小和浓度对其剪切应力有直接
的最大塑变值时,工件表面的一些微小切屑就会影响。所以我们可以通过对磁流变液的剪切应力
因疲劳断裂变成磨屑而脱落,从而达到对工件表及磨料颗粒的尺寸大小进行调整,从而实现对加
面进行抛光的目的。
工效率和工件表面质量的有效控制。
2.2模具型腔表面磁流变抛光的材料去除模型
依据场致偶极矩理论可知,磁流变液中含