磁弹磨粒配比的力学模型及试验分析.pdf
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1、基金项目:国家自然科学基金()收稿日期:年 月磁弹磨粒配比的力学模型及试验分析袁银,赵雪峰,游科,殷小龙贵州大学机械工程学院摘要:磁弹磨粒作为双磁盘磁场中对刀具钝化的主要研磨颗粒,其物理特性对磁弹磨粒的磨削效果有着非常重要的作用。为研究磁弹磨粒制备时磁粒相与磨粒相颗粒之间的最佳配比,基于磁粒相与磨粒相颗粒之间的受力状态,根据力平衡原理,建立了磨粒相与磁粒相颗粒之间的力学模型。以硅胶为基体,氧化铝颗粒为磨粒相,铁粉为磁粒相制备出了磁粒相与磨粒相比例为 ,的磁弹磨粒颗粒,并观测不同颗粒的微观形貌及元素分布。根据双磁盘磁力钝化设备对刀具的钝化原理,建立了钝化试验方案。试验发现,磨粒相与磁粒相颗粒比例
2、为 时,制备的磁弹磨粒对提高刀具刃口表面粗糙度、去除刀具前后刀面的钝化值较好。关键词:磁弹磨粒;配比;力学模型;刀具钝化中图分类号:;文献标志码:,:,:;?引言磁弹磨粒是一种具有粘弹性、自锐性功能、导磁性的聚合物,该聚合物的构成主要包括磨粒相、磁粒相与粘弹性基体三部分 。本文在制备磁弹磨粒时,选择以硅胶为粘弹性基体、颗粒为磨粒相颗粒以及铁粉为磁粒相颗粒并按照一定比例进行混合来制备 。但是目前并没有明确的理论模型验证磨粒相与磁粒相混合的比例,只是根据现有文献中较为普遍的比例进行混合,而磁粒相与磨粒相混合的比例越合适,所制备出的磨粒磨削效果就越好。目前,国内外文献中对磨粒的制备方法研究较多,制备
3、出的磨粒种类也较多,这也为磁弹磨粒的制备提供了参考方法。例如,等 以硅胶为基体,以 改性碳化硅颗粒为增强磨料以及增韧剂、偶联剂等添加剂,制成整体弹性磨料,并研究了不同含量 (质量分数为 、)和不同粒度(分别为 、和 目筛网)弹性磨料的力学性能。等 以氧化铝和氧化硅与羰基铁颗粒(铁磁材料)的混合物为磨料,通过烧结法制备了烧结磁性磨料,通过扫描电子显微镜()、能量色散光谱()和 射线衍射技术研究了烧结磁性磨料的形貌和结构。等 根据气体雾化和快速凝固过程的特点,在适当控制加工参数和原料成分比例的情况下,成功制备了新型铁基 球形复合磁性磨料,并通过扫描电子显微镜()和 射线衍射()对其形貌、显微组织、
4、相组成进行了表征。等 采用化学共沉 年第 卷 淀法在 颗粒表面包覆一层氧化铁膜,制备了一种新型 氧化铝 三氧化二铁核壳型磨料,并采用飞行时间二次离子质谱()、射线光电子能谱()、射线衍射()和激光粒度分析仪对 氧化铝 三氧化二铁复合颗粒进行表征。等 采用氨水在 下对 左右的铁粉进行氮化,制备出了核壳结构的氮化铁磁性磨料,且考察了氮化时间、氨水压力和冷却方式对产物的影响,分别采用 射线衍射仪()、扫描电子显微镜()、磁力计和纳米压痕仪对产物的组成、形貌、磁性能和力学性能进行了表征。等 提出了一种硅油基磁流变液的制备方法,并对制备的磁流变液进行了性能测试,利用扫描电镜观察未包覆磁粉与包覆磁粉之间的
5、变化,制备了磁粉体积分数分别为 、和 的 个样品。等 以丁苯橡胶为基体,研制了一种新式磁性磨具,该磁性磨具具有良好的流动性、自变形性和耐磨性基本特性。等 将磁性颗粒分散在硅橡胶中,制备了不同颗粒含量的磁流变胶,并对其磁性、粘弹性和微观结构进行了研究。等 以硅橡胶为基础将碳化硅与纯铁粉混合,研制出弹性磁性磨粒。本文基于磁弹磨粒中磨粒相与磁粒相颗粒之间的受力状态,建立了磨粒相与磁粒相颗粒的力学模型,通过力学模型分析了磨粒相与磁粒相比例为 ,时的受力大小。以硅胶为基体,氧化铝颗粒为磨粒相,铁粉为磁粒相制备出了磁粒相与磨粒相比例为 ,的磁弹磨粒颗粒,观测不同颗粒的微观形貌及元素分布。根据双磁盘磁力钝化
6、设备的钝化原理,建立相应的试验方案并进行分析。?磁粒相与磨粒相颗粒的力学模型?受力分析假设磁弹磨粒在制备过程中磨粒相与磁粒相颗粒按照一定比例均匀混合,磨粒相颗粒与磁粒相颗粒的形状均看作完美的球形颗粒,混合时的力学模型见图 。混合后,磨粒相颗粒与磁粒相颗粒的面积的计算式为 ,()根据 ,方向上力的平衡原则,可以得出 ()()式中,为磨粒相颗粒与刀具表面的摩擦力;为磨粒相颗粒对刀具表面的正压力;为磨粒相颗粒与磁粒相颗粒之间的摩擦力;为磨粒相颗粒对磁粒相颗粒的正压力;为磁弹磨粒在双磁盘磁场中受到的磁场力。图 磨粒相与磁粒相颗粒的力学模型相关公式为 ,槡 (),()式中,为磨粒相颗粒与磁粒相颗粒之间的
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