振动磁极头用弹簧片与铁心连接,振动磁极头与铁心之间留有一定间隙。

振动磁极头连同弹簧片,电磁铁组成一个“质量2弹簧的振动系统”,叫极化电磁振动机构。

研究表明,这种形式的振动机构,由于没有电磁吸力带来的导轨摩擦力损耗,因而传动效率高。

但由于铁心与磁极头之间有间隙,就会有一定磁通(磁势)损失。

图3　Ⅱ型电磁动力机构 图4　极化电磁振动机构
2　电磁力计算
211　电磁动力机构作用力的计算
在这种振动机构中,交变电流产生的磁通与直
流电流产生的极化磁通之间的相互作用,产生外力,其大小用式(1)计算:
F Σ=βl nB I A sin ωt (1)式中:I A —交变电流幅值,A ;l —线圈上穿过磁
通的线圈长度,m ;n —线圈的匝数。

β—与尺寸大小有关的系数;B —穿过线圈的磁感应强度,T 。

由式(1)可知,如果由加工条件所确定的极化磁通一定,则交变电流I A sin ωt 就是调节振动运动的主要参数。

212　极化电磁振动机构作用力的计算
在极化电磁机构中,工作气隙内同时存在2个独立的磁通:一个是由直流电磁铁的电磁线圈提供的极化磁通Φj ;另一个是由交流电磁铁线圈提供的交流磁通Φm ,其大小和方向取决于交流线圈中电流的大小和方向。

当交流线圈通电后产生的交流磁通Φm ,若在一侧气隙内和极化磁通Φj 的方向相反,则合成磁通为Φm -Φj ,则在另一侧气隙内的合成磁通为Φm +Φj 。

作用于磁极头上的电磁力为两侧电磁力的合力可由式(2)计算:
F m =(Φ2m +Φ2
j )/S μ0(2)式中:S —交流电磁铁轭铁面积,m 2;μ0—真空
磁导率,μ0=1125×10-6
H/m ;Φm —交流磁通,Wb ;Φj —极化磁通,Wb 。

由式(2)可见,当要求的电磁力一定时,增大极化磁通就可相应地减少交流磁通,也就可以相应地减少交流电磁铁线圈的磁势或功率。

一般地极化磁
通是由加工要求确定的,为一定值,且这部分磁通是漏磁通或散磁通,数量较小,约占直流磁通(主磁通)的5%～15%。

因此,交流电磁铁参数是控制机构振动的主要参数。

3　结语
电磁力振动型机构可以实现较高的振动频率,能为实现强力研磨提供可能。

但为了提高磁力研磨机的综合性能,仍需寻找结构简单、能耗低、传动效率高的振动机构。

上述的几种传动形式(当然还有其它传动形式)各有其优点和不足,仍需在生产实践中不断改进与完善,设计和研制出更高效率的振动机构。

超强超硬材料上细长孔的特种加工
中航雷达与电子设备研究院(215001)　赵东宏随着航空航天工业的迅猛发展,超强超硬材料
以其优越的性能得到越来越普遍地使用,加工难度也越来越大。

其中,超强超硬材料上细长孔(孔径Φ1～710mm ,孔长150～500mm )的加工是经常碰到的一个难题,即使采用价格昂贵的专用孔加工刀具进行钻孔,其使用寿命也不理想。

这是因为细长孔的加工处于半封闭状态下,切削条件恶劣,加工难度加大。

目前细长孔的机加工方式,主要采用枪钻和改良型专用钻头,但难以在超硬材料上进行加工(HRC60以上,包括硬质合金)。

加工超强材料时,枪钻磨损很大,效率很低,易折断,加工成本高,更难以进行批量加工。

改良型专用钻头因为很长,刚性极差,加工出的细长孔往往出现偏斜。

且一旦钻头磨损,很容易出现强度极高的毛刺,若在盲孔内出现毛刺,去除将非常困难,会严重影响产品的使用。

因此对于超硬材料产品上的超长孔(如孔径Φ2mm ,孔长300mm 以上),常在产品设计上采用分段钻孔后,中间用过渡环焊接来解决(某国外样品就是这样做的)。

由于焊接应力会在随后的使用过程中释放出来,引起工件形状,特别是直线度的变化,这对产品使用品质的影响是致命的(如航空发动机内的温度传感器),使安全隐患增大,可靠性降低。

如何经济高效地加工超强超硬材料上的细长孔是一个非常现实的问题。

在模具行业,大量采用电加工等方法在淬火钢等高硬度钢上加工细长孔,如模具行业的高速穿孔机,是为线切割打预孔用的,对孔的精度要求不高。

试验结果表明,普通高速穿孔机尽管效率较高,但加工直径Φ6mm ,深100mm 的孔
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时,形成上部大,下部小的喇叭口,孔径相差达114 mm之多。

我们在与电加工专业研究所及机床公司接洽中得到的回答是:高速穿孔机原来就不是为加工产品孔设计的,打孔有喇叭口是先天的弱点,孔越深,喇叭口越大,很难解决,因此无法加工产品孔。

因此,采用电加工方法加工产品上的细长孔,尚需进一步研究改进。

为此,我们细长孔加工专题组对目前普通高速穿孔机作了大幅度的技术改进,研制了细长孔专用电火花加工机床,在细长孔加工的表面质量和喇叭口等瓶颈问题上取得了重大突破。

1　细长孔专用电火花加工机床设计
主要措施:
1)采用SL2D60H专用脉冲电源取代目前高速穿孔机所用的普通电源,其特殊的检测方式能减少深孔加工过程中常见的异常放电现象(主要是侧壁异常放电)。

普通穿孔机在出现异常放电时会抬高至表面很高的距离,然后再开始重新加工,该现象在加工过程中会反复出现,不但大大降低了加工效率,还会因“二次放电”导致出现喇叭口。

2)在原有的普通商品电极表面采用特殊工艺覆涂一层绝缘材料,该层绝缘材料必须有牢固的附着力和强度,尽可能薄的厚度,以免影响孔的尺寸精度。

可大幅减少侧壁的二次放电,这也是消除喇叭口的一个关键措施。

3)根据需要选用特殊的加工回路,可显著降低细长孔的表面粗糙度,虽然加工效率会有所降低,但适用于加工要求表面质量高的孔。

4)为保证加工盲孔的孔深尺寸,我们借鉴加工中心的结构,采用CNC控制的直流伺服电机,光栅尺检测定位,自动补偿电极消耗,自动二次行程,不但可以保证加工深度,还可加工平底孔,这特别适用于不允许存在钻头尖角的盲孔加工。

自动二次行程,即精加工过程,可在2min内由程序完成,加工过程稳定,自动化程度很高。

5)采用专用高压泵,工作液一般用自来水,但加工高精度孔时最好采用专用工作液,能提高加工质量和减少电极损耗。

应有过滤装置以消除残余物质对精度的不利影响。

2　试验和试验数据
我们采用细长孔专用电火花加工机床在超强材料高温合金上进行孔加工试验,试验数据如下:
1)在高温合金(材料GH30442HB5437)棒料上加工孔径Φ3mm,孔深150mm的盲孔(根据需要,可加工孔深到600mm),用时半小时左右(应根据产品精度要求,选用不同的加工参数组合,以获得精度和效率的统一,如果精度要求高,加工速度应适当降低)。

2)经切断检测,喇叭口的孔径扩大在0102～011mm以内,孔的直线度在011mm以内,该指标远远超过了目前钻头打孔的精度,非常理想。

3)加工出的孔壁光滑无毛刺,可大大提高我单位生产的产品使用品质和质量,降低了内部细长瓷管在安装使用中可能折断的危险。

4)电极的消耗率在30%～40%之间,孔的平均加工速度约为5mm/min,如果增大脉冲电源的功率,加工效率还可以进一步提高。

3　细长孔专用电火花加工机床加工特点
根据多次不同孔径和深度的加工试验结果,我们对其特点进行了总结:
1)适用于导电材料上孔的加工,特别适合在超强超硬材料上加工细长孔,硬度越高,径深比越大,比较优势就越明显。

除电极是损耗品外,不会因为钻头磨损引起加工过程的不稳定,也不需要专用的枪钻刃磨机。

2)加工过程中工件受力很小,适合薄壁等弱刚性零件的孔加工,不会引起二次变形。

3)对操作者没有特殊的技能要求,劳动强度低,根据单件加工时间的不同,1人可操作2～4台设备,且该设备能适应2～3班的连续工作,大大提高了设备的综合利用率和加工效率,具有显著的经济效益。

4)与昂贵的专用深孔(枪钻)加工设备相比,成本几万元的电火花深孔加工专机无论在加工效率还是在加工成本上都具有显著的优势,随着设备的批量生产,成本可望进一步降低。

5)在加工高精度细长孔(H7以上孔)方面仍有不足,需要我们进一步研究,在这种场合,枪钻有其独特的优势。

6)在加工较大孔径的孔时,与机加工相比,效率有所不及,应根据不同的加工对象和加工要求与机加工配合使用。

7)无法加工不导电材料,因此,在加工不导电材料时,一般仍应选择传统的机械加工方法。

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