摘 要：分析了物流管道內表面磁力研磨的工藝特點，研究了各種勵磁方法和研磨運動軌跡，提出了同時產生回轉磁場和往復磁場的勵磁方法，此法將同時實現磁性磨粒相對工件的周向回轉運動和軸向往復運動，并對316L 管道進行了材料去除實驗。
　　關鍵詞：物流管道 磁力研磨 回轉磁場 往復磁場
　　
　　隨著科學技術的發(fā)展，生物化學產業(yè)、醫(yī)療器械行業(yè)及食品行業(yè)對輸送流體的管道的要求是高清潔度，其中內表面粗糙度Ra要求在 0.2μm以下。國外已開展管道內表面磁力研磨這方面的研究工作，主要集中在三個方面：磁性磨粒、加工裝置、材料去除機理。國內注意到產業(yè)的需求，也開展了這方面的研究工作。
　　
　　1 內表面磁力研磨簡介
　　
　　磁力研磨，就是將磁性磨粒放入磁場中，磨粒在磁場力的作用下沿磁力線排列形成磁力刷，這種磁力刷具有良好的拋磨性能，同時具有很好的可塑性，當微切削力大于磁場的作用力時，磨料會產生滾動或滑動，所以磨料不會對工件產生嚴重的劃傷。
　　
　　內表面研磨加工的幾種磁極布置見圖1。
　　
　　
　　2 工藝分析
　　
　　通常使用的管道是316L不銹鋼管材，軋制管道內原始表面粗糙度Ra1.0μm左右，Ry6.5μm左右，管長為6m或12m。
　　
　　加工特點：
　　
　　(1) 尺寸精度要求不高，表面粗糙度和光澤度要求高；
　　(2) 原始表面有軋制痕，管徑尺寸波動大，圓度誤差大；
　　(3) 長徑比高達300：1，且彎曲度大，可達2mm/m以上。
　　
　　3 研磨運動的實現
　　
　　對于短工件內表面加工，有采用工件固定、磁極作回轉運動，也有采用磁極固定、工件作回轉運動。對于長管道加工，工件作高速回轉不適宜，通常作回轉運動的磁極采用永久磁鐵，但永久磁鐵在加工區(qū)產生的磁感應強度 B 僅為 0.3～0.4T。實際加工所需的強磁場一般由電磁線圈勵磁產生，而電磁線圈的重量、體積相對永久磁鐵要大得多。文獻［1］提出了回轉磁場，解決回轉運動，磁性磨粒作回轉轉支，這樣工件和磁極都不需要作高速回轉運動。
　　
　　研磨需要的運動軌跡應當是周期性的、均勻的、無主導方向的。為了使磨粒獲得上述運動軌跡，需要增加軸向往復運動。對于內表面研磨，磁力研磨不同于一般的機械研磨。磁極對磁性磨粒的驅動是借助于磁性磨粒相對磁極的空間滯后量。因軸向相對運動是往復式的，磁性磨粒相對于工件的位移遠小于磁極相對于工件的移動量。要獲得良好的研磨軌跡夾角，整個機構需做大位移。往復頻率與回轉頻率相近的往復運動，必然給整個裝置的設計制造帶來許多問題。文獻［1］采用工件大位移，低頻往復運動，很明顯，研磨軌跡夾角很小。
　　
　　應用直線電機的原理，使磁極軸向錯位分布，可同時實現磨粒的周向回轉運動和軸向往復運動。勵磁原理見圖2，磁極A、B、C在一截面上，磁極D、E、F在另一截面上，軸向距離約為0.1πD(D為工件的外徑)。AD、BE、CF采用三相脈沖電源勵磁。
　　
　　
　　磁性磨粒位置見圖3。磨粒 1 運動軌跡是FA→A→AE→E→EC→C→CD→D→DB→B→BF→F→FA，磨粒 2 運動軌跡是CD→D→DB→B→BF→F→FA→A→AE→E→EC→C→CD。
　
　　
　　用上述勵磁方法，僅需采用類似無心磨床軸向進給機構，提供工件低速回轉運動和軸向進給運動。磨粒回轉一周需兩個勵磁脈沖周期，同時磨粒往復三次。
　　
　　4 材料去除率實驗
　　
　　實驗裝置示意圖如圖4所示。裝置安放在CA6140 機床導軌上，與大滑板相連，主軸轉速為1140r/min,進給量為0.61mm/r，工件為 316L 不銹鋼軋制管道，長40mm，外徑32mm，內徑30mm，加工間隙1mm，勵磁電流 6A，加工區(qū)磁感應強度0.6T(空氣介質)，磁性磨料用量為3ml，研磨液5ml。實驗結果見圖5和圖6。

　　圖5 表面粗糙度與時間關系圖
　　
　　實驗僅提供磨粒相對工件的回轉運動，無往復運動。在工件內表面形成周向環(huán)紋。進一步實驗將采用回轉往復勵磁方式，將有兩個磁力刷同時進行研磨，材料去除率將增加近一倍，且將更有效地利用材料去除降低粗糙度。
　　
　　參 考 文 獻
　　1，T.Shinmura,E.Hatano,K.Takazawa.The Development of Magnetic-abrasive Finishing and Its Equipment by Applying a Rotating Magnetic Field.JSPE,1986,29(258)
　　2，T.Shinmura,H.Yamaguchi and Y.shinbo.A New Interanl Finishing Process of a Nonferromagnetic Tubing by Applying a Rotating Magnetic Field.JSPE,1992,26(4)
　　3，Kim Jeong-do,Choi Min-seog.Development and Finite Element Analysis of the Finishing System Using Rotating Magnetic Field.Int.J.Mach.Tools Manufact,1996,36(2)