CN108857603A - 大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁力研磨技术领域，具体涉及一种大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置及方法。本发明将圆柱电磁铁通过紧固螺栓固定分布到软连接皮带缠绕在大曲率不规则弯管外壁之上，并在弯管内部放置由几个径向磁极串联而成的柔性磁链作为辅助磁极，利用柔性磁链的强磁性、长度以及柔性等特点使包裹在柔性磁链外的磁性磨粒能够更好的沿螺旋状磁场旋转研磨，弥补了以往采用单一辅助磁极时磁极间隙处研磨不充分以及能够顺利的通过弯管弯折处的缺陷。本发明提出交叉电磁极耦合研磨磁路轨迹方法，形成螺旋交叉磁场，不仅能够大幅度降低空间弯管磨削加工成本，而且还能有效解决大曲率不规则弯管弯折处内壁抛光问题，提高研磨质量。

Description

大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置及方法

技术领域

本发明涉及磁力研磨技术领域，具体涉及一种大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置及方法。

背景技术

随着航空航天、石油化工领域的发展，钛合金作为工业中的王牌合金，因具有密度小、强度高、耐腐蚀性好以及耐热性高而广泛应用于发动机外部的输油导管。为了合理利用空间，绝大部分导管都被设计成各种曲率半径不同的弯管。由于曲率半径的影响，在工作时弯管的折弯处往往容易产生应力集中，而且目前受加工工艺的限制，在加工弯管(特别是大曲率弯管)折弯处时会产生一定的微裂纹、褶皱以及凹坑，导致液体或气体流过时形成交变应力，容易使微裂纹扩展，严重影响流场的均匀性，继而影响发动机的平稳运行，降低使用寿命。

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，而且对于大曲率不规则弯管弯折处内壁的抛光由于永磁旋转磁极磁轭的限制会出现干涉现象无法抛光。CN 107433515 A公开了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，虽可以解决空间弯管内壁的抛光，并能大幅降低复杂空间弯管内壁磨削加工的制造成本，但由于大曲率弯管弯折处空间有限，电磁铁易干涉无法有序布置在弯管外造成磁场紊乱，磁性磨粒抛光轨迹错乱、研磨压力小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置及方法，能够高效、快速的对大曲率不规则弯管弯折处内壁进行研磨和去毛刺，保证弯管折弯处内表面的加工质量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置，包括电磁铁、辅助磁链、皮带、以及磁性磨料；多个电磁铁依次并排固定在皮带上，皮带以螺旋的方式缠绕在不规则弯管弯折处外表面；辅助磁链为多个径向磁极串联而成的柔性磁链，辅助磁链放置于弯管内部，位于折弯处，磁性磨料包裹在辅助磁链外部。

所述辅助磁链的径向磁极长度为5～10mm，直径为3～5mm。

一种大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光方法，具体包括如下步骤：

步骤一：将缠绕在大曲率不规则弯管外的电磁铁依次编号，从1#至N#；

步骤二：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，使电磁感应强度为0.4～0.5T；

步骤三：经过时间间隔S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；

步骤四：经过时间间隔S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，1#电磁铁通电，通电的电流与3#电磁铁的电流方向相反，即3#、1#电磁铁磁极方向相反，以构成3#电磁铁与1#电磁铁的闭合磁力线回路；

步骤五：按照NS结构时序，直至N#电磁铁通电，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柔性辅助磁链与磁性磨料在此螺旋电磁场的带动下，紧贴弯管内壁作旋转运动与弯管轴线正方向进给运动，磨削大曲率不规则弯管弯折处内壁；时间间隔S数值越小，磨削运动的速度U的数值越大；

步骤六：当电磁铁通电顺序达到空间弯管的尾部时，按照NS结构时序逆行运转实现磁性磨料对大曲率不规则弯管弯折处内壁的往复磨削。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过提出在抛光时将弯管内部放入由几个径向磁极串联而成的柔性磁链作为辅助磁极，利用柔性磁链的强磁性、长度以及柔性等特点使包裹在柔性磁链外的磁性磨粒能够更好的沿螺旋状磁场旋转研磨，弥补了以往采用单一辅助磁极时磁极间隙处研磨不充分以及能够更好的通过弯管弯折处。

由于柔性磁链中间存在间隙，导致在连接处磁场变化率激增，在磁场力和摩擦力的作用下加速了磁性磨粒的搅拌，提高了研磨质量。为避免干涉采用公共交叉电磁极，相对于弯管的轴线磁极依然呈螺旋状排布，设计新的激励电流的时序形成交叉电磁极耦合研磨磁路轨迹。交叉电磁极耦合研磨磁路轨迹所产生的研磨运动轨迹更接近波浪形，轨迹夹角变的更小。

本发明保证每个周期只产生一对异性磁极依次交替形成螺旋交叉磁场，带动包裹有磁性磨粒的柔性辅助磁链压附在弯管内壁沿螺旋线不停翻滚刮擦，受挤压的磁性磨粒被不断压入柔性磁链的间隙中完成了切削刃的自锐，增加了磨削复杂度，减少了加工纹理，保证在弯管折弯处内表面的加工质量。

附图说明

图1为本发明电磁铁在不规则弯管外壁螺旋缠绕示意图；

图2为本发明电磁研磨不规则弯管内壁剖视图；

图3为本发明螺旋交叉电磁研磨磁极分布图；

图4为本发明螺旋交叉磁场6S结构时序图；

图5为本发明螺旋交叉电磁研磨磁力刷轨迹示意图。

图中：1-不规则弯管 2-电磁铁 3-皮带 4-紧固螺栓 5-柔性辅助磁链 6-磁性磨料 7-磁力刷

具体实施方式

本发明公开了一种大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置及方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

实施例：

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

如图1-5所示，一种大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置，包括电磁铁2、柔性辅助磁链5、皮带3、以及磁性磨料6。

6个电磁铁2依次并排通过紧固螺栓4固定在皮带3上，皮带3以螺旋的方式缠绕在不规则弯管1弯折处外表面。柔性辅助磁链5为2个长度为5mm，直径为的径向磁极串联而成，柔性辅助磁链5作为辅助磁链放置于不规则弯管1内部，位于折弯处，磁性磨料6包裹在柔性辅助磁链5外部。

本发明利用缠绕成螺旋状的电磁极2所产生的运转磁场带动包裹着磁性磨粒6的辅助磁极5作螺旋状运转形成旋转磁场。在电磁场的作用下，磁性磨粒6就会沿着磁感线有规则地排列起来，并始终紧密地集中在强磁场区域，形成具有一定刚性和切削能力的“磁力刷7”。当励磁改变导致外部磁场变化时，由于超距作用，吸附有磁性磨粒6的柔性磁链5 与工件内表面产生相对移动，使由磁性磨粒6形成的磁力刷7在工件内表面作螺旋状运动，且与工件内表面产生挤压、刮擦，从而完成弯管1内表面的抛光。

由于缠绕在弯管1外部的磁极2与磁极2之间存在一定的间隙，在加工时会导致磁极间隙处抛光不均匀。提出在抛光时将弯管内部放入由2个长度为5mm径向磁极串联而成的柔性磁链5作为辅助磁极，利用柔性磁链5的强磁性、长度以及柔性等特点使包裹在柔性磁链外的磁性磨粒6能够更好的沿螺旋状磁场旋转研磨，弥补了以往采用单一辅助磁极时磁极间隙处研磨不充分的缺陷，并且能够更好的通过弯管弯折处。

针对大曲率不规则弯管1内壁的抛光，由于弯管1曲率大，缠绕在弯管1外表面的电磁极2会发生干涉，提出采用公共交叉电磁极2，并根据公共交叉电磁极2的使用设计新的激励电流的时序形成交叉电磁极耦合研磨磁路轨迹。

通过调整三相脉冲电源的恒定电流的大小来确定弯管1外壁圆柱电磁铁的磁感应强度，从而得到理想的研磨压力。不同的励磁方式和磁极1布置会产生不同研磨磁路轨迹。

一种大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光方法，具体包括如下步骤：

步骤一、本发明针对大曲率不规则弯管1内壁抛光提出交叉电磁极耦合研磨磁路轨迹。将缠绕在大曲率不规则弯管1外的电磁铁2依次编号，从1#至6#(本发明仅体现一种曲率弯管1的励磁方式，不同曲率可根据电磁铁2是否干涉自行添加)。

步骤二、空间弯管1前端的1#、2#电磁铁2通电，并且电流方向相反，即两个电磁铁的磁极2方向相反，构成闭合磁力线回路。使电磁感应强度为0.4～0.5T。

步骤三、经过时间间隔S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。

步骤四、经过时间间隔S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，1#电磁铁通电，通电的电流与3#电磁铁的电流方向相反，即3#、1#电磁铁磁极方向相反，以构成3#电磁铁与1#电磁铁的闭合磁力线回路。

步骤五、经过时间间隔S后，3#电磁铁通瞬时反向电流，使得3#电磁铁消磁，以避免3#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，5#电磁铁通电，通电的电流与1#电磁铁的电流方向相反，即5#、1#电磁铁磁极方向相反，以构成5#电磁铁与1#电磁铁的闭合磁力线回路。

步骤六、按照6S结构时序，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柔性辅助磁链与磨料在此螺旋电磁场的带动下，紧贴弯管内壁作旋转运动与弯管轴线正方向进给运动，达到磨削大曲率不规则弯管弯折处内壁的目的，时间间隔S设置越短，磨削运动的速度越快。

步骤七、当电磁铁2通电顺序达到空间弯管1的尾部时，按照6S结构时序逆行运转实现大曲率不规则弯管1弯折处内壁的往复磨削运转。

本发明通过提出在抛光时将不规则弯管1内部放入由几个径向磁极串联而成的柔性辅助磁链5作为辅助磁极，利用柔性辅助磁链5的强磁性、长度以及柔性等特点使包裹在柔性辅助磁链5外的磁性磨粒6能够更好的沿螺旋状磁场旋转研磨，弥补了以往采用单一辅助磁极时磁极间隙处研磨不充分以及能够更好的通过弯管弯折处。由于柔性辅助磁链5中间存在间隙，导致在连接处磁场变化率激增，在磁场力和摩擦力的作用下加速了磁性磨粒的搅拌，提高了研磨质量。

为避免干涉采用公共交叉电磁极，相对于弯管的轴线磁极依然呈螺旋状排布，设计新的激励电流的时序形成交叉电磁极耦合研磨磁路轨迹。交叉电磁极耦合研磨磁路轨迹所产生的研磨运动轨迹更接近波浪形，轨迹夹角变的更小。保证每个周期只产生一对异性磁极依次交替形成螺旋交叉磁场，带动包裹有磁性磨粒的柔性辅助磁链5压附在弯管内壁沿螺旋线不停翻滚刮擦，受挤压的磁性磨粒6被不断压入柔性辅助磁链5的间隙中完成了切削刃的自锐，增加了磨削复杂度，减少了加工纹理，保证在弯管折弯处内表面的加工质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置，其特征在于，包括电磁铁、辅助磁链、皮带、以及磁性磨料；多个电磁铁依次并排固定在皮带上，皮带以螺旋的方式缠绕在不规则弯管弯折处外表面；辅助磁链为多个径向磁极串联而成的柔性磁链，辅助磁链放置于弯管内部，位于折弯处，磁性磨料包裹在辅助磁链外部。

2.根据权利要求1所述的大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置，其特征在于，所述辅助磁链的径向磁极长度为5～10mm，直径为3～5mm。

3.一种基于权利要求1所述的大曲率不规则弯管弯折处内壁磁研磨抛光装置的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一：将缠绕在大曲率不规则弯管外的电磁铁依次编号，从1#至N#；

步骤二：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，使电磁感应强度为0.4～0.5T；

步骤三：经过时间间隔S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；

步骤四：经过时间间隔S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，1#电磁铁通电，通电的电流与3#电磁铁的电流方向相反，即3#、1#电磁铁磁极方向相反，以构成3#电磁铁与1#电磁铁的闭合磁力线回路；

步骤五：按照NS结构时序，直至N#电磁铁通电，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柔性辅助磁链与磁性磨料在此螺旋电磁场的带动下，紧贴弯管内壁作旋转运动与弯管轴线正方向进给运动，磨削大曲率不规则弯管弯折处内壁；时间间隔S数值越小，磨削运动的速度U的数值越大；

步骤六：当电磁铁通电顺序达到空间弯管的尾部时，按照NS结构时序逆行运转实现磁性磨料对大曲率不规则弯管弯折处内壁的往复磨削。