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1、 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 内表面沟槽抛光装置的设计与仿真内表面沟槽抛光装置的设计与仿真 学 院 机电工程学院机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 （机械电子方向机械电子方向) 年级班别 2005 级（5）班005 级（5）班 学 号 学生姓名 指导教师 2009 年 6 月 12 日 I 摘摘 要要 磁流变液是一种功能型液体材料，它是由非胶体的磁性微粒分散于基载液中形成的、随外加磁场变化可以控制其流变行为的稳定悬浮液。针对内孔沟槽抛光的技术难题，研究提出了以混入磨料的磁流变液作为即效砂轮结合剂形成研抛工具的磁流变流动抛光方法。 磁流变流动抛光方法
2、是将磨料微粒混入磁流变液体之中， 利用活塞的往复运动，使在密封系统中磁流变液做相对于工件的运动，磁流变液到达内孔沟槽表面时在磁场作用下再次发生流变形成团簇状结构研抛工具，完成对内孔沟槽的抛光。 在对磁流变液的组织成分、特性以及流变机理理论分析的基础上，研制用于抛光的磁流变抛光液。 根据磁流变效应研抛工具形成原理及磁性研磨的特点，设计了磁流变流动抛光的原理性抛光装置， 实现了磁流变效应研抛工具对内孔沟槽的抛光加工。抛光装置由活塞装置、装夹工具、磁场施加装置、运动平台、过滤回收装置、液压系统及其他辅助装置组成，运动平台具有数控控制功能，可控制磁场施加装置的运动；活塞用来产生使液体产生压力，使其流动
3、；装夹工具采用顶针装夹，使工件与液缸形成一密封的系统；磁场施加装置由支架、空心轴、永磁铁及传动装置组成，用来在内孔沟槽附近空间施加一稳定磁场，并使磁场可相对工件做旋转运动。 关键词：关键词：磁流变，磁性研磨，内孔沟槽，抛光装置 II Abstract As a type of smart material, magnetorheological fluids (MRF) are suspensions of micron-sized magnetizable particles dispersed in a carrier medium with small concen- trations
4、of stabilizers, and exhibit the peculiar rheological properties that are induced by the externally controllable magnetic field. Based on the MR effect of abrasive slurry, an innovative superfine Magnetorheological abrasive flow finishing (MRAFF) is presented to resolve problems related to the polish
5、ing of the groove of the tube. Magnetorheological abrasive flow finishing is put the abrasive particles mixed with MRF, and in closed systems do magnetorheological fluid movement relative to the workpiece, due the reciprocating piston movement of piston. when MRF to reach the surface within the hole
6、 trench, in the effect of magnetic field , it is formed for clu- ster structure like polishing tools, and complete the polishing of the internal hole. This work analyzed firstly the component, characteristics and rheological mecha- nism of MRF and developed a MRF for polishing. Then the experimental
7、 set was designed based on the principle of the dynamical tiny grinding wheel to machine the workpiece and the principle of Magnetic Abrasive Finishing (MAF), which can polish the groove of the tube. The experimental set was make up of the piston device, clamp- ing tool, the magnetic field inflictio
8、n devices, sports platform, Recovery filter, hydra- ulic systems and other assistive devices. The sports platform can control the move- ment of the magnetic field infliction devices with CNC control. Pistons used to gene- rate pressure liquid to flow. The clamping tool use of the thimble, so that th
9、e work- piece and Liquid cylinder form as a Sealed-system. The magnetic field infliction de- vices make up of the stent device, hollow shaft, permanent magnet and the transmis- sion. Inflict a stable magnetic field in the vicinity of hole, and the magnetic field can be done relative rotation motion
10、with the workpiece. Key words：Magnetorheological, MAF, hole groove, Polishing devices III 目目 录录 1 绪 论 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 国内外的研究现状 3 1.2.1 常用抛光工艺 . 3 1.2.2 膛线常用加工及抛光 11 1.3 研究的主要内容 13 2 磁流变液的研制 14 2.1 磁流变液组织成分分析 14 2.2 磁流变效应及本课题的磁流变液的特性和配方 15 3 磁流变流动抛光实验装置设计 17 3.1 基于磁流变流动抛光的内孔沟槽抛光实验装置的加工原理 17 3.1.1
11、基于磁流变和磁力研磨的磁流变流动抛光（MRAFF） 17 3.1.2 实验装置的加工原理 22 3.2 功能模块的设计 23 3.2.1 液缸和曲柄滑块机构的设计 24 3.2.2 磁场施加装置的设计 27 3.2.3 装夹工具的设计 33 3.2.4 运动平台的设计 34 3.2.5 搅拌装置的选择 35 3.2.6 液压系统的零件选择 36 3.2.7 磁流变液的过滤装置 36 3.2.8 其他装置 37 结 论 40 参 考 文 献 41 致 谢 44 1 1 绪绪 论论 1.1 课题研究背景课题研究背景 在现代工业中，针对超长细管道内壁、细长管状零件内孔沟槽以及小口径大肚子容器内壁等，
12、普通的研磨技术难以加工；而且对于硅基材料、压电材料、合成材料所制造而成的此类零件, 具有硬度高、脆性大、高熔点、电绝缘的特性。对这类特殊复杂几何形状的工件采用传统的研磨技术，只能依靠手工研磨，劳动强度高、效率低，迫切需要研究新的加工方法与加工设备。下面对现代工业中具有相当加工难度的产品进行举例。图 1.1 为枪管膛线剖面图、图 1.2 为炮管内部结构图。 图 1.1 枪管膛线剖面图（a 是标准膛线，b 是曼里契膛线，c 是梅福膛线） 图 1.2 炮管内部结构图 2 枪膛内壁加工而成的螺旋形沟槽，称为膛线，又称来复线（Rifling） 。其中凸起部份是阳膛线，凹下部份是阴膛线。刻有膛线这段枪管膛
13、称为线膛，是枪管的主要部份。线膛是弹头在枪膛内运动并加速的主要空间，使其具有足够的绕自身轴线旋转的角速度，保持空间飞行的稳定性。它是枪管的重要组成部分。枪管在任何火器中都是密闭后部、承受压力的容器。管口喷出的和管内流动的气体都是非常暴烈的， （承压）平均每平方英寸在 50000 磅或以上，所以要求枪管必须能够可靠地承受这种压力。 枪管的要求不只是坚硬, 抗压和高温. 另一个必备的特性是轫性, 也就是说枪管还要具有一定的弹性. 否则太硬会造成金属太脆的结果. 有一些早期生产的 M1903A1, 其枪管即有这样的问题, 如果持续射击, 有造成炸毁枪管的结果. 巴西的枪厂Taurus, 在1998年
14、开始, 推出了一系列以钛(Titanium)为材质的左轮枪, 号称又轻又耐久, 几乎不可能生锈, 但是它的枪管部份, 还是须要用钢材, 因为钛金属虽然坚硬, 却仍然无法满足作枪管所须的各项条件. 较好的钢材还会加入少量的其他金属, 以给予钢材某些特定的性质, 改善其工作性能. 很多枪管的钢材加入铬和钡, 可以改善钢在高温情况下的性质及硬度, 还可以抗腐蚀. 近代有许多枪厂使用不锈钢来制造枪管, 不锈钢含有 10%以上的铬, 其耐用及防腐蚀能力都非常强. 不锈钢并不是不会生锈, 只是相对而言, 比一般的钢材, 对抗腐蚀性的能力要强了许多。材料性能增加了，但其加工难度也增加了。 膛线的缠度决定了弹
15、头脱离枪口时转速的大小，并直接影响弹头在空气中的飞行稳定性。缠度的大小是依据该枪的战术要求设计的。从保证弹头的飞行稳定性，保证射击精度的要求出发，缠度应小一些。而从提高弹头对有生目标的杀伤威力的要求出发，缠度应大一些。因为缠度大时，弹头的自转速度就低，飞行稳定性就弱，当它击中有生目标而进入机体后，立即失去稳定性，产生偏转或翻滚，扩大创伤范围；同时，缠度增大使弹头在膛线内导转时膛线受力减小，有利于提高初速和延长枪管的使用寿命。膛线过窄，易被磨损，影响枪管寿命。膛线过宽，弹头嵌入膛线困难，不利于降低最大膛压，又会影响枪管的寿命。 由此可知，内孔沟槽在军工产品中的应用意义重大，可以使枪的射程更远、精
16、确性与平稳性更高。枪械的性能与枪管内壁膛线的质量息息相关，针对枪管的细长结构以及当今抛光技术的局限性，如何获得高质量的枪管膛线，已3 经成为军工产业界急待解决的一大难题。本文针对细长管状零件内孔沟槽的抛光，提出磁流变流动抛光的加工装置。 1.2 国内外国内外的研究现状的研究现状 1.2.1 常用抛光工艺 抛光就是对零件及制品表面进行光饰加工，其主要目的是去除前道工序的加工痕迹，改变零件表面粗糙度，使产品获得光亮、光滑的表面。由于加工对象的材质各有不同、形状多种多样，对表面粗糙度的要求也各不相同，因而，对抛光技术的要求复杂多变。实际上，针对不同的加工对象，具有不同的抛光方法和抛光原理。目前，国内广泛使用的抛光方法。目前，国内广泛使用的抛光方法有机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛光等，近些年出现的新型
