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烧结Nd-Fe-B永磁材料加工新技术及机理研究

任升峰  
【摘要】:烧结Nd-Fe-B是第三代稀土系永磁材料,是当今磁性能最好的永磁材料。由于在制模和烧结过程中无法保证工件所要求的形状和尺寸精度,烧结后必须进行成型加工,磨削和电火花线切割加工是目前常用的加工方法。烧结Nd-Fe-B永磁材料硬度高、脆性大,属于难加工材料,这两种方法很难获得让人满意的加工效率和质量。本文在深入研究其力学性能和断裂行为的基础上,提出了超声振动—脉冲放电—磨削三元复合加工方法,并进行了一系列的试验研究,探寻超声振动和脉冲放电对磨削的影响规律以及各加工参数对加工效率和加工表面质量的影响规律。 试验研究了烧结Nd-Fe-B永磁材料的抗弯强度和断裂韧性。抗弯试验和动态拉伸试验表明磁体在断裂之前几乎完全处于弹性形变状态,不存在塑性耗散,其断口均为脆性沿晶断口,类似于脆性陶瓷材料的断裂行为;用压痕断裂力学对烧结Nd-Fe-B在Palmqvist压痕载荷模式下的固有缺陷临界尺寸进行了计算,并用损伤理论解释了为什么计算结果要比合金的晶粒尺寸高出一个数量级,该理论认为,当缺陷密集分布区的当量裂纹尺寸达到临界值时,烧结Nd-Fe-B磁体以总体损伤模式形成瞬间断裂。 对烧结Nd-Fe-B永磁材料的电火花成型加工进行了试验研究,根据压痕断裂力学理论建立了脆性材料电火花加工中的微破碎材料去除模型。研究表明,烧结Nd-Fe-B材料的蚀除是熔化气化抛出和热应力微破碎共同作用的结果,采用大峰值电流、长脉冲宽度加工时,热应力微破碎为主要的材料去除方式,加工效率高,但表面粗糙度大;采用小脉冲能量加工时,材料主要以熔化、气化抛出方式去除,加工表面质量高。电火花加工对烧结Nd-Fe-B永磁材料具有表面改性作用,熔融材料快速冷却时形成的非晶态合金,具有硬度高、耐腐蚀、软磁性能好等特点。 单磨粒磨削试验结果表明,烧结Nd-Fe-B永磁材料以磨粒冲击作用导致的脆性微破碎方式去除,冲击裂纹的进一步扩展致使磨痕边界出现脆崩区,而不是出现在磨削塑性材料时产生的隆起;研制出工件超声振动的装夹系统,并研究了径


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