Design and process test of h-shaped magnetic composite fluid polishing tool

Chen JIANG; Jian LIU; Jiuxiang WEI; Jianfei LAN

doi:10.37188/OPE.20223012.1452

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Design and process test of h-shaped magnetic composite fluid polishing tool

Micro/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2022-06-25

- Design and process test of h-shaped magnetic composite fluid polishing tool
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 12, Pages: 1452-1461(2022)
- 作者机构：
  
  上海理工大学机械工程学院，上海 200093
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223012.1452
  CLC： TH162+.1
- Received：17 November 2021，
  
  Revised：10 January 2022，
  
  Published：25 June 2022
- 稿件说明：
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姜晨,刘剑,魏久祥等.h形磁性复合流体抛光工具设计及工艺试验[J].光学精密工程,2022,30(12):1452-1461.

JIANG Chen,LIU Jian,WEI Jiuxiang,et al.Design and process test of h-shaped magnetic composite fluid polishing tool[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(12):1452-1461.
姜晨,刘剑,魏久祥等.h形磁性复合流体抛光工具设计及工艺试验[J].光学精密工程,2022,30(12):1452-1461. DOI： 10.37188/OPE.20223012.1452.

JIANG Chen,LIU Jian,WEI Jiuxiang,et al.Design and process test of h-shaped magnetic composite fluid polishing tool[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(12):1452-1461. DOI： 10.37188/OPE.20223012.1452.

摘要

针对深孔内壁光整加工效率与质量较低的技术问题，在传统针式磁性复合流体（Magnetic Compound Fluid，MCF）抛光工具头的基础上增加辅助磁场块，提出基于h形抛光工具头的MCF深孔抛光工具及加工方法。利用COMSOL Multiphysics建立永磁铁磁场组合模型，设计磁场均匀的h形抛光工具头结构；建立MCF深孔抛光磁场与流场模型，进行磁流耦合仿真，分析MCF流体流动特性；以黄铜H62材料为样件，展开不同抛光工艺参数实验，对抛光前后样件的表面形貌、粗糙度和材料去除率进行分析，并验证了仿真模型。实验结果表明：当采用h形抛光工具头两磁铁水平间距为8 mm，抛光转速为1 400 r/min，抛光间隙为1 mm，氧化铝磨粒粒径为0.5 μm时，表面粗糙度为173 nm，材料去除率为0.84 mg/min，获得最佳抛光效果，且采用h形抛光工具头产生的抛光效果要比针式抛光工具头产生效果更佳。基于h形抛光工具头的MCF深孔抛光方法能有效改善孔内壁表面质量，实验结果证明了方法的有效性，为后续的应用奠定基础。

Abstract

To overcome the technical problems of low finishing efficiency and quality of the inner wall of deep holes， an auxiliary magnetic field block was added to the traditional needle-type magnetic compound fluid （MCF） polishing tool head. In addition， an MCF deep hole polishing tool and processing method based on the h-shaped polishing tool head are proposed. COMSOL Multiphysics was used to establish a combined model of permanent magnet magnetic field， and the head structure of the h-shaped polishing tool was designed with a uniform magnetic field. MCF deep hole polishing magnetic field model and flow field model were established， and magnetic-fluid coupling simulation was conducted to analyze the MCF fluid flow characteristics. Considering brass H62 as the sample material， experiments with different polishing process parameters were carried out. Further， the surface morphology， roughness， and material removal rate of the sample before and after polishing were compared， and the simulation model was verified. The experimental results suggest that the best polishing effect is obtained when the horizontal distance between the two magnets of the h-shaped polishing tool head is 8 mm， polishing speed is 1400 r/min， polishing gap is 1 mm， particle size of the alumina abrasive grain is 0.5 µm， surface roughness is 173 nm， and material removal rate is 0.84 mg/min； in addition， under these conditions， the polishing effect produced by the h-shaped polishing tool head is better than that produced by the needle polishing tool head. The MCF deep hole polishing method proposed herein can effectively improve the surface quality of the inner wall of the hole. In addition， the proposed method is effective and can lay the foundation for subsequent applications.

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