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烧结Nd-Fe-B永磁材料磨削加工及仿真技术研究

汪心立  
【摘要】: 烧结Nd-Fe-B永磁材料是稀土铁系永磁材料的一种,是继铸造永磁材料和铁氧体永磁材料之后的第三代稀土永磁材料。烧结Nd-Fe-B永磁材料烧结完成后需进行成型加工,但这种材料具有高脆性、低塑性、高硬度和热稳定性差等特点,属于典型的难加工材料。磨削加工是硬脆材料加工的有效途径之一,也是零件获得高尺寸精度和低表面粗糙度的主要方法,在磨削中引入超声振动,可以降低磨削力、减少磨削热的产生,而且砂轮不易发生堵塞,使工件磨除量增加。本文对烧结Nd-Fe-B永磁材料进行了普通磨削和超声振动辅助磨削的实验研究,建立了两种磨削类型的仿真运算和预测模型。具体内容如下: 对烧结Nd-Fe-B永磁材料的恒压力径向振动辅助端面磨削进行了实验研究。分析了磨削过程中力和速度的变化,其中磨削力为振动磨削产生的磨削力与恒压力磨削时控制力的合力,磨削速度为超声振动速度与砂轮圆周速度的合成,建立了烧结Nd-Fe-B永磁材料恒压力径向振动辅助端面磨削时磨削力的理论模型。研究了磨削过程中磨削参数和径向振动对材料去除率的影响,材料去除率随法向磨削力的增大而增大,随磨削速度的提高而增大,施加径向振动后,材料去除率明显增加,磨削液的使用也使得加工效率明显提高。 建立了烧结Nd-Fe-B永磁材料的恒压力径向振动辅助端面磨削的温度场模型,数值运算与实验测量值有较好的一致性。恒压力径向振动磨削时,磨削表面温度高于同条件下的普通恒压力磨削时的磨削温度,主要是由于在径向振动磨削过程中,法向磨削力增大,工件名义进给量增大和磨削深度增加等因素造成的。利用磨削过程中法向磨削力和切向磨削力间的变化关系进行磨削烧伤点的预测,给定条件下两者间比值一定,当发生磨削烧伤时,比值产生变化,根据此时的磨削用量,经实验测量或理论计算得到此处的磨削温度,并以此点的磨削温度或磨削功率作为判断磨削烧伤是否发生的依据。 在实验研究的基础上,分析了磨削用量和径向振动对加工表面粗糙度的影响,表面粗糙度随着砂轮速度的降低、工件速度的升高和磨削深度的增加而变大,在同等条件下,径向振动磨削表面粗糙度大于普通磨削表面粗糙度。利用实验数据和MATLAB神经网络工具箱中的BP人工神经网络,建立了一定磨削条件下加工烧结Nd-Fe-B永磁材料的表面粗糙度预测模型。 采用Visual Basic和MATLAB等语言混合编程建立了烧结Nd-Fe-B永磁材料普通磨削和振动磨削加工计算机仿真系统。该仿真系统能够实现对磨削参数的优化和加工效果的预测,主要包括磨削力和材料去除率的运算、磨削温度场的仿真运算和磨削表面质量预测,同时还完成了部分普通磨削和振动磨削的实体加工仿真。研究结果表明,参数优化和效果预测均在一定的误差允许范围之内。


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