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永磁材料的生产和开发应用程度已经成为现代国民经济发展程度的标志之一,尤其是烧结Nd-Fe-B永磁材料,它已成为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,其应用已普及到航海航天、能源、医疗卫生、通讯设备、汽车和家电等各大领域。 烧结Nd-Fe-B永磁材料的生产过程主要有材料制备→机加工→表面处理,其在烧结过程中无法保证较高的的形状精度和尺寸精度,烧结后必须进行机械成型加工,而其所具有的居里温度低、温度稳定性差、抗腐蚀能力差以及高硬度、高脆性等特点,又决定了它是一种难加工材料,目前有效的加工方式有电火花线切割和小进刀量的磨削加工。同时,由于永磁材料本身磁性和弹性的相互耦合作用,会引起材料力学性能的各向异性,导致在机械加工过程中磁体内部产生很大的内应力和隐性裂纹,这不仅是烧结Nd-Fe-B加工性能差的重要原因之一,也是造成已烧结成型的永磁体加工后磁性能下降、表面磁损增大、表面镀层结合力下降的主要原因,这严重影响了永磁器件的开发和使用。 本文针对烧结Nd-Fe-B永磁材料难加工的问题,提出磁场辅助加工工艺,围绕磁场辅助作用下永磁材料微观尺寸断裂的演变机理及主动可控性两个科学问题展开研究,采用理论分析与实验相结合的方法,试图通过磁场辅助降低永磁材料磨削过程中的磨削力与磨削热,实现永磁材料微观尺寸断裂过程的主动控制,从而改善表面加工质量,提高加工精度。 基于压痕断裂力学理论建立了材料压痕损伤的数学模型和物理模型,通过计算得到永磁材料在压痕载荷下各点的应力分布情况,运用损伤力学理论对材料总体损伤模式到裂纹扩展模式的转化进行了合理的解释;根据实验需求设计了一套磁场辅助单点磨削加工实验(划痕实验)平台,借助超景深三维显微系统,通过全面实验和微观观察验证了烧结Nd-Fe-B永磁材料在10到50Kg的法向集中载荷作用下,一定磁场强度范围内(0~0.6T之间),压痕过程中在材料表面形成的裂纹都是巴氏裂纹。 在验证了磁场辅助作用下烧结Nd-Fe-B永磁材料的裂纹形核形式后设计了以磁场强度和划痕方向为变量因素的全面实验,探究了不同磁场强度和不同划痕方向对形核后的裂纹扩展规律的影响,找到了能有效控制裂纹扩展的磁场强度范围和大致的划痕方向,优化了磁场辅助加工工艺参数。本文的研究成果对稀土永磁材料断裂演变机理有一定的补充完善,对其表面加工质量的主动控制有一定的指导意义。