基于温升优化的磁性珩磨加工可持续性分析及实验研究

摘要

一直以来，不锈钢管被广泛应用于各个领域，其具有耐腐蚀性、高强度和高韧性、抗磁效果好以及外形美观等优点。为了改善钢和合金的塑性和韧性，做好沉淀硬化处理的准备，要对不锈钢管进行高温固溶处理，但在这个过程中，不锈钢管表面会形成一层附着力很强的氧化皮，增加不锈钢管内表面的粗糙度值，减少其使用寿命。因此，采用有效方法去除不锈钢工件的氧化皮，对于其顺利进行下道工序，延长工件寿命具有重要意义。 由于长不锈钢管结构的特殊性，在实际的加工处理中，容易产生震动和变形，特别是其内表面氧化皮的加工处理，一直是实际生产中的难题。经过前期的研究发现，结合了磁技术和珩磨技术的磁性珩磨系统，能够有效地去除不锈钢管内表面的氧化皮，并对其内表面进行粗、精加工。磁性珩磨作为一种新兴加工技术，为解决不锈钢管内表面加工难的问题，提供了新的且有效的解决方法。 磁性珩磨技术目前的研究发展还不成熟，其主要问题就是加工稳定性较差，工作过程中发热快、发热量大，导致磨削加工无法持续稳定地进行。本课题旨在研究分析磁性珩磨系统的发热问题，从损耗分析、结构优化、控制系统、温度场等几个方面进行分析研究，优化磁性珩磨系统的温升过程，解决磁性珩磨系统在持续稳定加工方面存在的问题。本文的主要内容如下： （1）探寻磁性珩磨系统的发热根源，以电磁式磁性珩磨系统为研究对象，以电磁场理论、有限元方法为基础，建立其系统模型，结合磁性珩磨系统的温度场，对其内部各项损耗展开研究，分析计算各项损耗及影响其大小的各种因素。细致深入地探究了磁场发生器内部铜耗和铁耗的产生机理及其变化规律，以及使用不同珩磨头造成的风摩耗变化，为之后针对性地解决磁性珩磨系统的发热问题提供了相关数据和理论支持。 （2）建立磁性珩磨系统的数学模型，根据坐标变换原理，将系统的三相静止坐标系下的数学模型，变换为以dq轴为基础的两相旋转坐标系，以得到更直观的矢量电流控制理论及实现模型。使用Matlab/SimuLink软件对磁性珩磨系统转矩电流比矢量控制方法进行仿真验证，使系统在额定输出转矩下，其负载电流能达到最小，进而减小铜耗，并改善系统输出转矩性能。为磁性珩磨系统设计一套水冷循环装置优化散热。在控制系统及水冷装置共同施加的条件下，对磁性珩磨系统的温度场进行仿真，显示其此时的最高温度为65℃，符合持续稳定加工的条件。 （3）进行磁性珩磨系统的温升实验。在系统正常加工的前提下，使用变频器实现系统的转矩电流比矢量控制，并加入水冷却循环装置，各自控制相关变量进行分组实验，测量记录磁性珩磨系统的温升变化，并观察其加工稳定性。将实验结果与仿真结果进行对比，分析比较其误差，重点关注磁性珩磨系统持续稳定加工的工况，为其后续的研究和发展提供了理论支撑和实验数据。

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