h形磁性复合流体抛光工具设计及工艺试验

姜晨; 刘剑; 魏久祥; 兰剑飞

doi:10.37188/OPE.20223012.1452

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

h形磁性复合流体抛光工具设计及工艺试验

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2026-09-11

- h形磁性复合流体抛光工具设计及工艺试验
- Design and process test of h-shaped magnetic composite fluid polishing tool
- 光学精密工程 2022年30卷第12期页码：1452-1461
- 作者机构：
  
  上海理工大学机械工程学院，上海 200093
- 作者简介：
  
  姜　晨（1978-），男，安徽池州人，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为精密加工及检测技术。E-mail： jc_bati@163.com
  刘　剑（1996-），男，江西上饶人，硕士研究生，主要研究方向为精密加工技术。E-mail： 1789781486@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51475310)
- DOI：10.37188/OPE.20223012.1452
  中图分类号： TH162+.1
- 收稿：2021-11-17，
  
  修回：2022-01-10，
  
  纸质出版：2022-06-25
- 稿件说明：
移动端阅览
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.

关键词

Keywords

references

杨微，周威，杨力，等 . 深孔加工技术研究进展［J］. 硬质合金， 2016 ， 33 （ 2 ）： 141 - 146 . doi: 10.3969/j.issn.1003-7292.2016.04.010 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-7292.2016.04.010

YANG W ， ZHOU W ， YANG L ， et al . Development of deep hole processing ［J］. Cemented Carbide ， 2016 ， 33 （ 2 ）： 141 - 146 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1003-7292.2016.04.010 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-7292.2016.04.010

彭琴，刘海华 . 小直径深孔加工技术在航空机载行业中的应用［J］. 航空精密制造技术， 2012 ， 48 （ 3 ）： 55 - 58 . doi: 10.3969/j.issn.1003-5451.2012.03.016 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-5451.2012.03.016

PENG Q ， LIU H H . Application of small diameter deep hole machining technology in aircraft airborne equipment ［J］. Aviation Precision Manufacturing Technology ， 2012 ， 48 （ 3 ）： 55 - 58 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1003-5451.2012.03.016 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-5451.2012.03.016

熊艳伦，汤佳骏，刘炜 . 深孔加工技术研究综述［J］. 现代农业装备， 2016 （ 3 ）： 24 - 28， 34 . doi: 10.3969/j.issn.1673-2154.2016.03.008 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-2154.2016.03.008

XIONG Y L ， TANG J J ， LIU W . Summary of the research on deep hole processing technology ［J］. Modern Agricultural Equipment ， 2016 （ 3 ）： 24 - 28， 34 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1673-2154.2016.03.008 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-2154.2016.03.008

张晓东，韩策 . 航空复杂壳体零件深孔加工技术研究［J］. 航空制造技术， 2017 ， 60 （ 15 ）： 50 - 57 . doi: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.15.050 http://dx.doi.org/10.16080/j.issn1671-833x.2017.15.050

ZHANG X D ， HAN C . Research review of deep hole machining technology for complex shell part ［J］. Aeronautical Manufacturing Technology ， 2017 ， 60 （ 15 ）： 50 - 57 . （in Chinese） . doi: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.15.050 http://dx.doi.org/10.16080/j.issn1671-833x.2017.15.050

何铮，胡凤兰 . 利用磁化切削提高深孔零件的加工质量［J］. 湖南工程学院学报（自然科学版）， 2010 ， 20 （ 3 ）： 27 - 29 . doi: 10.3969/j.issn.1003-0794.2010.09.055 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-0794.2010.09.055

HE Z ， HU F L . Improvement of machining quality of deep-hole parts by magnetic cutting ［J］. Journal of Hunan Institute of Engineering （Natural Science Edition）， 2010 ， 20 （ 3 ）： 27 - 29 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1003-0794.2010.09.055 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-0794.2010.09.055

赵武，霍博义，黄丹 . BTA深孔精密扩孔系统流体扰动的非线性横振［J］. 机械工程学报， 2020 ， 56 （ 17 ）： 155 - 164 . doi: 10.3901/JME.2020.17.155 http://dx.doi.org/10.3901/JME.2020.17.155

ZHAO W ， HUO B Y ， HUANG D . Nonlinear transverse vibration of fluid disturbance in BTA deep hole precision reaming system ［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering ， 2020 ， 56 （ 17 ）： 155 - 164 . （in Chinese） . doi: 10.3901/JME.2020.17.155 http://dx.doi.org/10.3901/JME.2020.17.155

YANG S C ， LIU W W ， JI W ， et al . A novel method of experimental evaluation on BTA tool geometries ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2017 ， 91 （ 9/10/11/12 ）： 4253 - 4261 . doi: 10.1007/s00170-017-0074-y http://dx.doi.org/10.1007/s00170-017-0074-y

SHIMADA K ， WU Y B ， WONG Y C . Effect of magnetic cluster and magnetic field on polishing using magnetic compound fluid （MCF）［J］. Journal of Magnetism and Magnetic Materials ， 2003 ， 262 （ 2 ）： 242 - 247 . doi: 10.1016/s0304-8853(02)01497-x http://dx.doi.org/10.1016/s0304-8853(02)01497-x

GUO H R ， WU Y B ， LU D ， et al . Effects of pressure and shear stress on material removal rate in ultra-fine polishing of optical glass with magnetic compound fluid slurry ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2014 ， 214 （ 11 ）： 2759 - 2769 . doi: 10.1016/j.jmatprotec.2014.06.014 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.06.014

WANG Y L ， WU Y B ， NOMURA M . Nano-precision polishing of oxygen-free copper using MCF （magnetic compound fluid） slurry ［J］. Advanced Materials Research ， 2016 ， 1136 ： 455 - 460 . doi: 10.4028/www.scientific.net/amr.1136.455 http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.1136.455

王续跃，吴勇波，姜健，等 . 磁性复合抛光体配制及其抛光性能试验研究［J］. 大连理工大学学报， 2006 ， 46 （ 6 ）： 832 - 836 . doi: 10.3321/j.issn:1000-8608.2006.06.011 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-8608.2006.06.011

WANG X Y ， WU Y B ， JIANG J ， et al . MPT development and polishing characteristics test ［J］. Journal of Dalian University of Technology ， 2006 ， 46 （ 6 ）： 832 - 836 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1000-8608.2006.06.011 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-8608.2006.06.011

GUO H R ， WU Y B . Ultrafine polishing of optical polymer with zirconia-coated carbonyl-iron-particle-based magnetic compound fluid slurry ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2016 ， 85 （ 1/2/3/4 ）： 253 - 261 . doi: 10.1007/s00170-015-7929-x http://dx.doi.org/10.1007/s00170-015-7929-x

陈逢军，尹韶辉，余剑武，等 . 磁流变光整加工技术研究进展［J］. 中国机械工程， 2011 ， 22 （ 19 ）： 2382 - 2392 . doi: 10.4028/www.scientific.net/kem.359-360.384 http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.359-360.384

CHEN F J ， YIN S H ， YU J W ， et al . New progresses on magnetorheological finishing（MRF） technology ［J］. China Mechanical Engineering ， 2011 ， 22 （ 19 ）： 2382 - 2392 . （in Chinese） . doi: 10.4028/www.scientific.net/kem.359-360.384 http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.359-360.384

白杨，张峰，邓伟杰，等 . 磁流变抛光液的配制及其抛光稳定性［J］. 光学学报， 2014 ， 34 （ 4 ）： 185 - 192 . doi: 10.3788/aos201434.0416001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201434.0416001

BAI Y ， ZHANG F ， DENG W J ， et al . Preparation of magnetorheological polishing fluid and its polishing stability ［J］. Acta Optica Sinica ， 2014 ， 34 （ 4 ）： 185 - 192 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201434.0416001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201434.0416001

李文妹，姜晨，许继鹏，等 . 光学玻璃磁性复合流体抛光液研究［J］. 激光与光电子学进展， 2016 ， 53 （ 6 ）： 062202 . doi: 10.3788/lop53.062202 http://dx.doi.org/10.3788/lop53.062202

LI W M ， JIANG C ， XU J P ， et al . Research for magnetic compound fluid slurry of optical glass ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2016 ， 53 （ 6 ）： 062202 . （in Chinese） . doi: 10.3788/lop53.062202 http://dx.doi.org/10.3788/lop53.062202

杨福兴 . 大口径平面光学元件超精密加工技术的研究［J］. 光学技术， 2004 ， 30 （ 1 ）： 27 - 29 . doi: 10.3321/j.issn:1002-1582.2004.01.002 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1002-1582.2004.01.002

YANG F X . Study on the technology of the ultra precision machining for the large-aperture optical Flats ［J］. Optical Technique ， 2004 ， 30 （ 1 ）： 27 - 29 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1002-1582.2004.01.002 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1002-1582.2004.01.002

刘红婕，王凤蕊，耿峰，等 . 荧光成像技术无损探测光学元件亚表面缺陷［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 1 ）： 50 - 59 . doi: 10.3788/ope.20202801.0050 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0050

LIU H J ， WANG F R ， GENG F ， et al . Nondestructive detection of optics subsurface defects by fluorescence image technique ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 1 ）： 50 - 59 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20202801.0050 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0050

浏览量

935

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于Mamba架构的遥感图像超分辨率重建方法综述

中国仪器企业如何突破规模瓶颈

基于灵敏度矩阵的高阶非球面自动干涉检测

基于通道注意力增强网络的高效消色差超透镜逆向设计

光子晶体激光器掩埋纳米孔结构自动量取