基于表面粗糙度可视化定量评估的磁针研磨工艺优化方法

技术领域

本发明涉及材料及结构性能测试技术领域，具体涉及基于表面粗糙度可视化定量评估的磁针研磨工艺优化方法。

背景技术

零件的磨损、腐蚀和疲劳破坏都是从零件的表面开始的，表面粗糙度与机械零件的使用性能有着密切关系。表面粗糙度对于机械产品的可靠性和使用寿命有重要影响，因此，为了满足一些关键且重要的零件在使用期限内的可靠性和使用寿命的要求，必须对零件的表面粗糙度加以改善，改善构件表面粗糙度的方法包括车削、铣削、研磨、抛光等。处理表面粗糙度的基本原理是通过去除构件表面微小的凸起层，以获得较低的表面粗糙度。目前表面优化思想已在多种机械零件的结构设计中得到广泛应用，如动力机械(航空发动机涡轮盘，飞机的机体)，运载工具(火车高铁的轮轨，轮船的船体)，石油化工管道和高压容器等。因此，如何控制零件表面粗糙度，提高机械工作的可靠性和使用寿命，是机械制造业中必须加以研究和解决的重要课题。

表面粗糙度研究的前提是找出零件粗糙度产生的原因，并分析出影响零件表面粗糙度的因素。表面粗糙度主要是由加工过程中刀具和零件表面间的摩擦、切削分离时表面金属层的塑性变形及工艺系统的高频振动等原因形成的。表面粗糙度的形成原因可大致分为四类：几何因素、物理因素、振动和工艺因素；影响表面粗糙度的几何因素，主要指刀具相对工件作进给运动时，在工件表面留下的切削层残留面积，是影响表面粗糙度的基本因素；

切削加工过程中的塑性变形、摩擦、积屑瘤、鳞刺以及工艺系统中的高频振动都称之为物理因素；机械加工中的振动有自由振动、受迫振动、自激振动三种；工艺因素包括刀具参数、工件材料和切削参数。

磁针研磨工艺属于磁力研磨的一种，是利用变换磁场力驱动细小磁针激烈运动，从而实现对工件表面进行光整加工的加工工艺，其原理通俗来讲，就是利用不断变换的磁场来驱动磁性磨料和工件表面发生相对移动，对工件表面进行滑擦和碰撞，从而达到对工件表面进行研磨加工的目的。

发明内容

本发明技术解决问题：本发明针对现有不足，为满足在保证工件结构完整性的前提下对工件表面粗糙度进行处理，以达到表面粗糙度的相关要求，提供了基于表面粗糙度可视化定量评估的磁针研磨工艺优化方法。

本发明提供了基于表面粗糙度可视化定量评估的磁针研磨工艺优化方法，实现步骤如下：

(1)设计磁针研磨工艺矩阵，更改的工艺参数包括磁针长度、磁针直径、磁极转速、研磨液中颗粒的体积密度等；

(2)根据待抛光对象的结构特征，设计研磨用特征模拟件，如局部平面模拟件、局部倒角模拟件、含孔模拟件、不规则型面模拟件等；

(3)针对各类特征模拟件，利用工艺矩阵中多种工艺参数组合，分别开展磁针研磨；

(4)针对各类特征模拟件，利用超景深光学成像技术，开展表面形貌可视化观测，获取表面粗糙度等定量参数；

(5)针对各类特征模拟件，构建工艺参数与表面粗糙度之间的定量映射关系；

(6)针对具体的待抛光对象，基于构建的定量映射关系和表面粗糙度要求，确定能覆盖各类结构特征的工艺参数。

步骤(1)中，本方法可用于不同材料的金属零件的磁针研磨最优处理工艺参数探究，改变的工艺参数包括但不限于磁针长度、磁针直径、磁极转速、研磨液中颗粒的体积密度等；

步骤(2)中，本方法可用于不同结构的金属零件磁针研磨最优处理工艺参数探究，只需改变研磨用特征模拟件设计；

进一步的，步骤(4)中，利用超景深三维显微镜对表面进行观测，需要注意对三维显微镜的操作规范。

与现有技术相比，本发明具有工作死角小，可以完全研磨精密小型工件、异形工件、效率高、成本低等特点，具体表现在以下几个方面：

(1)本发明适用性广。动力机械(航空发动机涡轮盘，飞机的机体)，运载工具(火车高铁的轮轨，轮船的船体)，石油化工管道和高压容器等需要进行表面粗糙度处理的领域，都可用该方法进行最优工艺参数探究。

(2)能够实现对精密、异形工件的研磨。与传统的磨削工艺相比，本发明可以完全研磨精密小型工件、异形工件表面，同时也能完成去除毛刺、抛光、抛亮、清洗，工件的不规则部位均可精细抛磨。

(3)本发明效率高。可以同时处理多个工件，工件相互不碰撞，不变形，不影响精度；

(4)本发明无任何污染。本发明各个环节的处理方法有多种选择，因此，可选择对环境无损伤的材料进行最优工艺参数探究。

附图说明

图1为本方法的试验流程图；

图2为本示例模拟件不同局部结构特征的示意图；

图3为本示例表征工艺参数与表面粗糙度之间定量关系的曲面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

本发明提供可视化表面粗糙度量化的磁针研磨工艺优化方法，具体流程如图1所示。

(1)更改相关工艺参数，设计磁针研磨工艺矩阵；

本示例通过改变磁针的长度、直径以及磁极转速，设计了12种工艺探究试验方案，如图2所示。

(2)根据待抛光对象的结构特征，设计研磨用特征模拟件，如局部平面模拟件、局部倒角模拟件、含孔模拟件、不规则型面模拟件等；

本示例采用的抛光对象为压气机高压Ⅲ级叶片，局部结构特征如图2所示。

(3)针对各类特征模拟件，利用工艺矩阵中多种工艺参数组合，分别开展磁针研磨；

(4)针对各类特征模拟件，利用超景深光学成像技术，开展表面形貌可视化观测，获取表面粗糙度等定量参数；

本示例表征工艺参数与表面粗糙度之间定量关系的曲面图如图3所示；

(5)针对各类特征模拟件，构建工艺参数与表面粗糙度之间的定量映射关系；

(6)针对具体的待抛光对象，基于构建的定量映射关系和表面粗糙度要求，确定能覆盖各类结构特征的工艺参数。

本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。

尽管上述对本发明的说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。