磁流体柔性砂轮的制备及磨削加工试验研究

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镍基高温合金由于其具有良好的高温强度、热稳定性及抗疲劳性等特点,被广泛应用于航天航空和船舶制造等行业。然而镍基高温合金是一种典型的难加工材料,其磨削加工性差,磨削过程中磨削力大、磨削温度高;砂轮容易粘附堵塞,易磨损;存在加工效率低、成本高以及表面质量差等问题。因此如何改善镍基高温合金的磨削加工性能,解决磨削过程中存在的问题,一直是镍基高温合金磨削加工研究中所关注的重点。磁流变胶(MRG)是一种把磁性颗粒分散到高粘度聚合物基体中,再辅以一些添加剂制备而成的新型智能复合材料。磁流变凝胶作为一种新型的具有典型粘弹性的智能材料,其流变特性受到外加磁场的影响,随着磁场的变化,其流变特性能产生连续、快速、可逆的变化。作为磁流变液和磁流变弹性体的中间材料,MRG以部分交联的高粘度聚合物基体替换了磁流变液的液体基体,以此克服了磁流变液磁性颗粒聚集沉降的问题,具有更好的应用稳定性。同时,由于MRG的基体可以通过调节聚合物的交联度来灵活调节MRG的流变性能。磁流变胶优异的性能致使其在很多领域都有着巨大的应用潜力。本文的研究内容主要为设计制备一种磁流体柔性砂轮,并使用其对镍基沉淀硬化型定向凝固柱晶高温合金(DZ22)进行磨削试验加工;磁流体柔性砂轮是一种磁流变胶粘弹性的可控特性与精密磨削相结合的产物,属于磁流变胶在磨削加工领域的一种应用研究;目的是为了提高磨削后的镍基高温合金的表面质量。本文使用MDI(二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯)和蓖麻油(CO)为主要合成原料,再辅以羰基铁颗粒和添加剂合成了聚氨酯磁流变胶,通过改变制备过程中CO和MDI的摩尔比例和羰基铁颗粒的含量,制备了15组MRG样品,对其力学和流变性能进行了表征,分析了CO和MDI的摩尔比例和羰基铁颗粒含量对聚氨酯磁流变胶的力学和流变性能的影响。在制备的15组样品中磁性颗粒含量为60wt%,CO和MDI的摩尔比例为3:2的样品在同等条件下储能模量与剪切应力最高,在1T磁场下分别能达到1.461MPa和34.92KPa。同时在制备的样品中相对磁流变效应最高能达到14233%。在系统的对磁流体柔性砂轮中的磁流变胶的力学和流变性能进行了表征之后,对磁流体柔性砂轮的结构进行了设计,根据磁场发生器的不同设计了两种砂轮,分别是电磁式磁流体柔性砂轮和永磁式磁流体柔性砂轮;并对设计的结构进行了磁场仿真,验证了砂轮结构中磁力线的走向和磁场分布情况。最后,在制备了磁流体柔性砂轮之后,研究了其对DZ22的磨削加工试验,研究分析了磨削加工后DZ22的表面粗糙度和表面形貌,与氧化铝砂轮磨削DZ22后得到的结果进行了对比分析。
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