CN107433515B - 螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置与方法 - Google Patents
螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置与方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于磁性研磨技术领域，尤其是涉及一种螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置与方法，其中螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置，其特征在于包括螺旋磁场机构包括以缠绕方式设置在空间弯管外部的螺旋磁极，设置在空间弯管内部的辅助磁极，螺旋磁极包括条状皮带，设置在此条状皮带上的一组顺序排列、且均匀分布的圆柱电磁铁，设置在每个圆柱电磁铁下部的导线卡扣，连接在此导线卡扣上的导线，固定在空间弯管两个端部的防磨料溢出堵头。本发明能够大幅降低复杂空间弯管内壁磨削加工的制造成本，提高工作效率，避免干涉问题。
Description
技术领域
本发明属于磁性研磨技术领域，尤其是涉及一种螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置与方法。
背景技术
随着航空航天、汽车等机械领域的发展，为适应发动机内部复杂狭小空间，常常需要采用占空率小的自由弯曲空间弯管。但由于现代工艺水平等因素影响，空间弯管在弯曲处内表面会产生褶皱以及微裂纹扩展，若空间弯管内腔表面粗糙不平，当液体或气体流过时，极易导致湍流、振动，致使弯管机械性能下降，发动机工作不稳定，降低实用寿命。
在传统空间弯管内壁磨削加工中，通常运用机械手臂拖动旋转磁极，沿空间弯管中轴线空间曲线轨迹进行磨削加工，但是此方法加工轨迹的获取较为困难，操作繁琐，易产生干涉问题，不利于批量不同空间弯管的加工，而且机械手臂设备昂贵，空间弯管内壁磨削成本急剧升高。
发明内容
本发明的目的是提供一种能大幅降低复杂空间弯管内壁磨削加工的制造成本，提高工作效率，避免干涉问题的螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置与方法。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的一种螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置，其特征在于包括螺旋磁场机构，与此螺旋磁场机构相连接的单片机控制机构，
所述的螺旋磁场机构包括以缠绕方式设置在空间弯管外部的螺旋磁极，设置在所述空间弯管内部的辅助磁极，所述的螺旋磁极包括条状皮带，设置在此条状皮带上的一组顺序排列、且均匀分布的圆柱电磁铁，设置在每个圆柱电磁铁下部的导线卡扣，连接在此导线卡扣上的导线，固定在所述空间弯管两个端部的防磨料溢出堵头，
所述的圆柱电磁铁、导线卡扣和条状皮带通过紧固螺栓固定连接，
所述的条状皮带两端分别与设置在所述空间弯管两个端部的防磨料溢出堵头固定连接。
所述的单片机控制机构包括螺旋电磁场圆柱电磁铁电流控制箱和与此螺旋电磁场圆柱电磁铁电流控制箱相连接的单片机，所述的螺旋电磁场圆柱电磁铁电流控制箱包括箱体，设置在此箱体上的由一组端子组成的端子排，配置在每个端子处的一个通孔，设置在所述箱体上的电源按钮、启动按钮、停止按钮、电磁铁电流调整旋钮、电磁铁顺序通电时间间隔调整旋钮、急停按钮、电源指示灯、启动指示灯和停止指示灯，设置在所述箱体侧面的散热孔，
所述的端子与所述圆柱电磁铁的导线相连接，
所述的通孔用于单片机与端子排的导线连接。
所述的圆柱电磁铁磁极方向与空间弯管外壁表面法向方向重合。
所述的圆柱电磁铁直径为空间弯管直径的3/4～4/5。
所述的辅助磁极为径向圆柱形辅助磁极。
一种利用螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置的研磨方法，其特征在于包括如下步骤：
单片机控制空间弯管外壁圆柱电磁铁的磁场强度，通过调整通过电磁铁的恒定电流的大小来确定空间弯管外壁圆柱电磁铁的磁感应强度，从而得到理想的研磨压力，单片机控制空间弯管外壁螺旋分布圆柱电磁铁的通电顺序如下，将缠绕在空间弯管外的圆柱电磁铁依次编号，从1#至n#，
(1)空间弯管前端的1#、2#电磁铁通电，并且电流方向相反，即两个电磁铁的磁极方向相反，构成闭合磁力线回路；
(2)经过时间间隔T后，1#电磁铁通瞬时反向电流，使得1#电磁铁消磁，以避免1#电磁铁的剩磁对磨料的旋转轨迹的影响，瞬时反向电流之后，1#电磁铁断电，与此同时，3#电磁铁通电，通电的电流与2#电磁铁的电流方向相反，即2#、3#电磁铁磁极方向相反，以构成2#电磁铁与3#电磁铁的闭合磁力线回路；
(3)经过时间间隔T后，2#电磁铁通瞬时反向电流，使得2#电磁铁消磁，以避免2#电磁铁的剩磁对磨料的旋转轨迹的影响，瞬时反向电流之后，2#电磁铁断电，与此同时，4#电磁铁通电，通电的电流与3#电磁铁的电流方向相反，即3#、4#电磁铁磁极方向相反，以构成3#电磁铁与4#电磁铁的闭合磁力线回路；
(4)以此类推，针对空间弯管的圆柱电磁铁，某一时刻只有两个相邻的电磁铁同时通电，并且电流相反，构成闭合磁力线回路，从而形成空间弯管的正向螺旋磁场，置入在空间弯管内的辅助磁极与磨料在此螺旋电磁场的带动下，紧贴空间弯管内壁作旋转运动与空间弯管轴线正方向进给运动，达到磨削空间弯管内壁的目的，时间间隔T设置越短，磨削运动的速度越快；
(5)当圆柱电磁铁通电顺序达到空间弯管的尾部，即(n-1)#、n#电磁铁通电，为实现辅助磁极与磨料在空间弯管内部的往复运动，经过时间间隔T后，n#电磁铁通瞬时反向电流，使得n#电磁铁消磁，以避免n#电磁铁的剩磁对磨料的旋转轨迹的影响，瞬时反向电流之后，n#电磁铁断电，与此同时，(n-2)#电磁铁通电，通电的电流与(n-1)#电磁铁的电流方向相反，即(n-2)#、(n-1)#电磁铁磁极方向相反，以构成(n-2)#电磁铁与(n-1)#电磁铁的闭合磁力线回路；
(6)以此类推，针对空间弯管的圆柱电磁铁，某一时刻只有两个相邻的电磁铁同时通电，并且电流相反，构成闭合磁力线回路，从而形成空间弯管的反向螺旋磁场，置入在空间弯管内的辅助磁极与磨料在此螺旋电磁场的带动下，紧贴空间弯管内壁作旋转运动与空间弯管轴线反方向进给运动，达到磨削空间弯管内壁的目的；
(7)当圆柱电磁铁通电顺序达到空间弯管的前端，重复(1)，以达到辅助磁极与磨料在空间弯管内部的往复磨削运动。
本发明的优点：
本发明的螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置与方法能够大幅降低复杂空间弯管内壁磨削加工的制造成本，提高工作效率，避免干涉问题；其多个轴向磁极圆柱电磁铁以螺旋缠绕方式裹住自由空间弯管外壁，通过通电电流控制圆柱电磁铁的磁场强度与磁极方向，某一时刻由两相邻电磁铁构成闭合磁力线回路，顺序通断电磁铁电流，形成空间弯管内螺旋电磁场，使得带有磨料的辅助磁极在自由弯曲空间弯管内紧靠管内壁做旋转运动与轴向进给运动，从而往复研磨复杂空间弯管内壁，提高弯管内表面形貌质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明螺旋磁极展开示意图。
图3为本发明单片机控制机构的结构示意图。
图4为本发明一对通电圆柱电磁铁某一时刻的磁力线闭合回路。
图5为本发明螺旋分布在空间弯管外壁的圆柱电磁铁通电顺序原理图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1、2和3所示，本发明的一种螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置，其特征在于包括螺旋磁场机构，与此螺旋磁场机构相连接的单片机控制机构，
所述的螺旋磁场机构包括以缠绕方式设置在空间弯管6外部的螺旋磁极，设置在所述空间弯管6内部的辅助磁极，所述的螺旋磁极包括条状皮带2，设置在此条状皮带2上的一组顺序排列、且均匀分布的圆柱电磁铁1，设置在每个圆柱电磁铁1下部的导线卡扣4，连接在此导线卡扣4上的导线，固定在所述空间弯管6两个端部的防磨料溢出堵头5，
所述的圆柱电磁铁1、导线卡扣4和条状皮带2通过紧固螺栓3固定连接，
所述的条状皮带2两端分别与设置在所述空间弯管6两个端部的防磨料溢出堵头5固定连接。
所述的单片机控制机构包括螺旋电磁场圆柱电磁铁电流控制箱和与此螺旋电磁场圆柱电磁铁电流控制箱相连接的单片机，所述的螺旋电磁场圆柱电磁铁电流控制箱包括箱体15，设置在箱体15上的由一组端子组成的端子排17，配置在每个端子处的一个通孔18，设置在所述箱体15上的电源按钮10、启动按钮11、停止按钮12、电磁铁电流调整旋钮14、电磁铁顺序通电时间间隔调整旋钮16、急停按钮7、电源指示灯8、启动指示灯9和停止指示灯13，设置在所述箱体15侧面的散热孔，
所述的端子与所述圆柱电磁铁1的导线相连接，
所述的通孔18用于单片机与端子排17的导线连接。
所述的圆柱电磁铁1磁极方向与空间弯管6外壁表面法向方向重合。
所述的圆柱电磁铁1直径为空间弯管6直径的3/4～4/5。
所述的辅助磁极为径向圆柱形辅助磁极。
单片机通过电流的正反向控制圆柱电磁铁1的磁极方向，某一时刻两个相邻圆柱电磁铁1通电，并且保证这两个电磁铁的磁极形成N、S磁力线的闭合回路，如图4所示。
空间弯管6内磨料单个磁性粒子19在旋转磁场中受到磁力(Fx、Fy)、离心力(Fc)、重力(mg)、切削阻力(Ft)的共同作用完成对弯管内表面的加工。
单个磁性粒子19受到Fx、Fy的作用，其磁力的公式为：
其中：V为磨粒体积(m3)，χ为磨粒磁化率，H为磨粒所处磁场位置的磁场强度(A/m)，
分别为沿x、y方向磁场强度变化率。
磁性磨粒在磁场作用下所受到的力F为：
研磨过程中所产生的研磨压力为：
其中：μm为磁性磨料的相对磁导率，μ0为空气的相对磁导率。
研磨压力与磁感应强度的平方成正比，提高磁感应强度可以提高研磨效率，对于电磁研磨，可以增大电流并且在空间弯管6内置入辅助磁极来提高研磨压力，其辅助磁极为径向圆柱永磁铁。
一种利用螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置的研磨方法，其特征在于包括如下步骤：
单片机控制空间弯管6外壁圆柱电磁铁1的磁场强度，通过调整通过电磁铁的恒定电流的大小来确定空间弯管6外壁圆柱电磁铁1的磁感应强度，从而得到理想的研磨压力；恒定电流控制方法，通过在圆柱电磁铁1回路中串联采样电阻，利用A/D采集、计算得到当前电流值，与设定的恒定电流比较后，调整输出PWM，从而实现恒定电流输出；
单片机控制空间弯管6外壁螺旋分布圆柱电磁铁1的通电顺序如下，如图5所示，将缠绕在空间弯管外的圆柱电磁铁依次编号，从1#至n#，
(1)空间弯管6前端的1#、2#电磁铁通电，并且电流方向相反，即两个电磁铁的磁极方向相反，构成闭合磁力线回路；
(2)经过时间间隔T后，1#电磁铁通瞬时反向电流，使得1#电磁铁消磁，以避免1#电磁铁的剩磁对磨料的旋转轨迹的影响，瞬时反向电流之后，1#电磁铁断电，与此同时，3#电磁铁通电，通电的电流与2#电磁铁的电流方向相反，即2#、3#电磁铁磁极方向相反，以构成2#电磁铁与3#电磁铁的闭合磁力线回路；
(3)经过时间间隔T后，2#电磁铁通瞬时反向电流，使得2#电磁铁消磁，以避免2#电磁铁的剩磁对磨料的旋转轨迹的影响，瞬时反向电流之后，2#电磁铁断电，与此同时，4#电磁铁通电，通电的电流与3#电磁铁的电流方向相反，即3#、4#电磁铁磁极方向相反，以构成3#电磁铁与4#电磁铁的闭合磁力线回路；
(4)以此类推，针对空间弯管6的圆柱电磁铁1，某一时刻只有两个相邻的电磁铁同时通电，并且电流相反，构成闭合磁力线回路，从而形成空间弯管6的正向螺旋磁场，置入在空间弯管6内的辅助磁极与磨料在此螺旋电磁场的带动下，紧贴空间弯管6内壁作旋转运动与空间弯管6轴线正方向进给运动，达到磨削空间弯管内壁的目的，时间间隔T设置越短，磨削运动的速度越快；
(5)当圆柱电磁铁1通电顺序达到空间弯管6的尾部，即(n-1)#、n#电磁铁通电，为实现辅助磁极与磨料在弯管内部的往复运动，经过时间间隔T后，n#电磁铁通瞬时反向电流，使得n#电磁铁消磁，以避免n#电磁铁的剩磁对磨料的旋转轨迹的影响，瞬时反向电流之后，n#电磁铁断电，与此同时，(n-2)#电磁铁通电，通电的电流与(n-1)#电磁铁的电流方向相反，即(n-2)#、(n-1)#电磁铁磁极方向相反，以构成(n-2)#电磁铁与(n-1)#电磁铁的闭合磁力线回路；
(6)以此类推，针对空间弯管6的圆柱电磁铁1，某一时刻只有两个相邻的电磁铁同时通电，并且电流相反，构成闭合磁力线回路，从而形成空间弯管6的反向螺旋磁场，置入在空间弯管6内的辅助磁极与磨料在此螺旋电磁场的带动下，紧贴空间弯管6内壁作旋转运动与空间弯管6轴线反方向进给运动，达到磨削空间弯管内壁的目的；
(7)当圆柱电磁铁通电顺序达到空间弯管的前端，重复(1)，以达到辅助磁极与磨料在空间弯管6内部的往复磨削运动。
本发明的螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置与方法能够大幅降低复杂空间弯管内壁磨削加工的制造成本，提高工作效率，避免干涉问题；其多个轴向磁极圆柱电磁铁1以螺旋缠绕方式裹住自由空间弯管6外壁，通过通电电流控制圆柱电磁铁1的磁场强度与磁极方向，某一时刻由两相邻电磁铁构成闭合磁力线回路，顺序通断电磁铁电流，形成空间弯管内螺旋电磁场，使得带有磨料的辅助磁极在自由弯曲空间弯管内紧靠管内壁做旋转运动与轴向进给运动，从而往复研磨复杂空间弯管内壁，提高弯管内表面形貌质量。
Claims (5)
1.一种螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置，其特征在于，包括螺旋磁场机构，与此螺旋磁场机构相连接的单片机控制机构，
所述的螺旋磁场机构包括以缠绕方式设置在空间弯管外部的螺旋磁极，设置在所述空间弯管内部的辅助磁极，所述的螺旋磁极包括条状皮带，设置在此条状皮带上的一组顺序排列、且均匀分布的圆柱电磁铁，设置在每个圆柱电磁铁下部的导线卡扣，连接在此导线卡扣上的导线，固定在所述空间弯管两个端部的防磨料溢出堵头，
所述的圆柱电磁铁、导线卡扣和条状皮带通过紧固螺栓固定连接，
所述的条状皮带两端分别与设置在所述空间弯管两个端部的防磨料溢出堵头固定连接；
利用上述螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置的研磨方法，包括如下步骤：
单片机控制空间弯管外壁圆柱电磁铁的磁场强度，通过调整通过电磁铁的恒定电流的大小来确定空间弯管外壁圆柱电磁铁的磁感应强度，从而得到理想的研磨压力，单片机控制空间弯管外壁螺旋分布圆柱电磁铁的通电顺序如下，将缠绕在空间弯管外的圆柱电磁铁依次编号，从1#至n#，
(1)空间弯管前端的1#、2#电磁铁通电，并且电流方向相反，即两个电磁铁的磁极方向相反，构成闭合磁力线回路；
(2)经过时间间隔T后，1#电磁铁通瞬时反向电流，使得1#电磁铁消磁，以避免1#电磁铁的剩磁对磨料的旋转轨迹的影响，瞬时反向电流之后，1#电磁铁断电，与此同时，3#电磁铁通电，通电的电流与2#电磁铁的电流方向相反，即2#、3#电磁铁磁极方向相反，以构成2#电磁铁与3#电磁铁的闭合磁力线回路；
(3)经过时间间隔T后，2#电磁铁通瞬时反向电流，使得2#电磁铁消磁，以避免2#电磁铁的剩磁对磨料的旋转轨迹的影响，瞬时反向电流之后，2#电磁铁断电，与此同时，4#电磁铁通电，通电的电流与3#电磁铁的电流方向相反，即3#、4#电磁铁磁极方向相反，以构成3#电磁铁与4#电磁铁的闭合磁力线回路；
(4)以此类推，针对空间弯管的圆柱电磁铁，某一时刻只有两个相邻的电磁铁同时通电，并且电流相反，构成闭合磁力线回路，从而形成空间弯管的正向螺旋磁场，置入在空间弯管内的辅助磁极与磨料在此螺旋电磁场的带动下，紧贴空间弯管内壁作旋转运动与空间弯管轴线正方向进给运动，达到磨削空间弯管内壁的目的，时间间隔T设置越短，磨削运动的速度越快；
(5)当圆柱电磁铁通电顺序达到空间弯管的尾部，即(n-1)#、n#电磁铁通电，为实现辅助磁极与磨料在空间弯管内部的往复运动，经过时间间隔T后，n#电磁铁通瞬时反向电流，使得n#电磁铁消磁，以避免n#电磁铁的剩磁对磨料的旋转轨迹的影响，瞬时反向电流之后，n#电磁铁断电，与此同时，(n-2)#电磁铁通电，通电的电流与(n-1)#电磁铁的电流方向相反，即(n-2)#、(n-1)#电磁铁磁极方向相反，以构成(n-2)#电磁铁与(n-1)#电磁铁的闭合磁力线回路；
(6)以此类推，针对空间弯管的圆柱电磁铁，某一时刻只有两个相邻的电磁铁同时通电，并且电流相反，构成闭合磁力线回路，从而形成空间弯管的反向螺旋磁场，置入在空间弯管内的辅助磁极与磨料在此螺旋电磁场的带动下，紧贴空间弯管内壁作旋转运动与空间弯管轴线反方向进给运动，达到磨削空间弯管内壁的目的；
(7)当圆柱电磁铁通电顺序达到空间弯管的前端，重复(1)，以达到辅助磁极与磨料在空间弯管内部的往复磨削运动。
2.根据权利要求1所述的螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置，其特征在于，所述的单片机控制机构包括螺旋电磁场圆柱电磁铁电流控制箱和与此螺旋电磁场圆柱电磁铁电流控制箱相连接的单片机，所述的螺旋电磁场圆柱电磁铁电流控制箱包括箱体，设置在此箱体上的由一组端子组成的端子排，配置在每个端子处的一个通孔，设置在所述箱体上的电源按钮、启动按钮、停止按钮、电磁铁电流调整旋钮、电磁铁顺序通电时间间隔调整旋钮、急停按钮、电源指示灯、启动指示灯和停止指示灯，设置在所述箱体侧面的散热孔，
所述的端子与所述圆柱电磁铁的导线相连接，
所述的通孔用于单片机与端子排的导线连接。
3.根据权利要求1所述的螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置，其特征在于，所述的圆柱电磁铁磁极方向与空间弯管外壁表面法向方向重合。
4.根据权利要求1或3所述的螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置，其特征在于，所述的圆柱电磁铁直径为空间弯管直径的3/4~4/5。
5.根据权利要求1所述的螺旋电磁场复杂空间弯管内壁磁粒研磨抛光装置，其特征在于，所述的辅助磁极为径向圆柱形辅助磁极。
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2017
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