磁感应游离磨粒线锯切割中磁系设计研究

摘要

磁感应游离磨粒线锯切割技术通过在铁磁性锯丝外添加辅助匀强磁场，使锯丝磁化并产生高梯度磁场，锯丝周围的磁性磨粒受到磁力的作用，增加了进入切割区域的磨粒数量，从而改善了线锯切割进程。磁力作为影响锯丝周围磁性磨粒运动的重要作用力，其大小和方向主要受辅助匀强磁场影响，因此用来产生匀强磁场的磁系，在改善线锯切割进程中具有非常重要的作用。
　　用来产生匀强磁场的磁系，既要提供较高的磁场强度又要满足切割中的实际要求。本文把磁路设计的原理，引入到磁感应游离磨粒线锯切割技术的磁系设计中，通过有限元仿真和实验设计了能与线锯切割机床组装且气隙可调的磁系结构，利用所设计的磁系进行了切割对比实验。
　　(1)磁场强度是决定锯丝磁场梯度大小和磁性磨粒所受磁力大小的主要因素，为进一步分析磁场强度对切割性能的影响，把提高磁场强度作为磁系设计的首要要求。
　　(2)把磁路设计原理引入到磁系设计中，通过有限元仿真和实验，设计了应用于磁感应游离磨粒线锯切割技术中的磁系结构，建立了磁系气隙距离与磁场强度的对应曲线。磁系气隙距离在50～90 mm变化时，可以调节的磁场强度为4.78×104～14.33×104 A/m。采用三维有限元仿真的方法，分析了置于磁系磁场中的锯丝的梯度磁场特性，进行了实验验证，置于磁系磁场中的锯丝对周围的磁性磨粒产生了明显的分区吸附效果。
　　(3)搭建了磁感应线锯切割实验平台，利用所设计的磁系进行了切割对比实验。在10.35×104 A/m磁场强度下进行切割的工件具有最优的切缝宽度、崩边宽度、切割效率，磁场强度在0～10.35×104 A/m时工件切缝宽度、崩边宽度、切割效率随磁场强度的增加而逐渐改善。当磁场强度增大到14.33×104 A/m时，出现了随磁场强度的增大，切缝宽度和崩边宽度增加、切割效率降低的现象。适用于磁感应游离磨粒线锯切割技术中的磁场强度并不是越大越好，其范围为:7.16×104～14.33×104 A/m。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 游离磨粒线锯切割技术

1．2．2 磁感应游离磨粒线锯切割技术

1．2．3 磁场辅助技术

1．2．4 永磁材料的应用

1．3 主要研究内容

2．1 引言

2．2 磁场强度对磁感应游离磨粒线锯切割影响的研究

2．2．1 磁场强度对锯丝高梯度磁场影响的分析

2．2．2 磁场强度对磁性磨粒所受磁力影响的分析

2．2．3 磁系设计要求分析

2．3 磁系设计原理

2．3．1 磁路设计原理

2．3．2 磁路计算基本定律

2．3．3 有漏磁情况下的磁路计算

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 磁系材料选择

3．2．1 永磁材料选择

3．2．2 永磁铁性能分析

3．2．3 软磁材料选择

3．3 磁系设计

3．3．1 永磁体叠加仿真

3．3．2 磁系磁轭设计

3．3．3 磁系磁路设计与仿真

3．3．4 磁系优化与仿真

3．4 磁系辅助机构设计与仿真

3．4．1 磁系气隙调节机构设计与仿真

3．4．2 磁系装夹机构设计

3．5 磁系性能分析

3．5．1 锯丝高梯度磁场特性仿真分析

3．5．2 磁系气隙距离与磁感应强度对应曲线的建立

3．6 本章小结

4．1 引言

4．2 磁系设计仿真实验

4．2．1 N52柱形永磁铁选取实验

4．2．2 磁系仿真设计验证实验

4．3 磁系特性分析实验

4．3．1 锯丝高梯度磁场分析实验

4．3．2 磁系应用曲线的实验建立

4．4 本章小结

5．1 引言

5．2 切割实验

5．2．1 实验条件

5．2．2 实验方案

5．3 结果与分析

5．3．1 切缝宽度与崩边宽度分析

5．3．2 切割效率分析

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果