磁场辅助电火花加工烧结钕铁硼的工艺研究

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烧结钕铁硼作为常见的永磁材料之一,是由钕、铁、硼组成的四方晶系晶体,具有很高的磁能积。该材料的优点是制作成本低廉、体积小、能量密度高等;但其缺点也很明显,脆性大、难加工、热稳定性差。烧结钕铁硼属于典型的难加工材料,采用传统的加工方法加工困难。国内外学者对烧结钕铁硼的加工方法和加工后的磁学性能研究较少。本研究针对烧结钕铁硼材料的特点,利用电火花加工的非接触式加工方式,将磁场作为辅助手段,实现烧结钕铁硼高效率、高质量、高性能的加工。本研究分析横向磁场和纵向磁场辅助电火花加工的加工机理,并推导得出放电通道内带电粒子在电场力和磁场力综合作用下的运动轨迹。研究发现,横向磁场的作用会使带电粒子的运动轨迹发生偏移,而纵向磁场的作用可以使带电粒子的运动呈现螺旋状,磁场通过增加粒子在放电通道内的碰撞机会使放电能量提高。在理论基础上,搭建试验平台,分别形成横向磁场和纵向磁场,通过改变磁场的磁感应强度、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔等参数,试验研究加工参数对加工效率的影响。分析横向磁场和纵向磁场辅助电火花加工的加工效率变化规律,并与无磁场电火花加工进行对比。试验结果表明,横向磁场和纵向磁场均会提高加工效率,横向磁场的加工效率高于纵向磁场和无磁场电火花加工。电火花加工作为热加工方法,会对烧结钕铁硼的表面磁通密度产生影响,且影响具有规律性。通过试验研究方法,研究了横向磁场和纵向磁场的磁感应强度、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔等加工参数对烧结钕铁硼电火花加工表面磁通密度的影响规律。研究发现,表面磁通密度受热影响较大,在电火花加工中放电能量越大,对钕铁硼表面磁通密度的影响越明显。横向磁场和纵向磁场可以减缓加工表面磁通密度下降幅度,纵向磁场电火花加工的表面磁通密度高于横向磁场和无磁场电火花加工。表面质量是电火花加工效果研究的重要指标。研究对比横向磁场、纵向磁场和无磁场电火花加工的表面粗糙度、表面形貌、断面等。研究发现,横向磁场电火花加工的表面粗糙度低于纵向磁场和无磁场电火花加工,且其表面重铸层的厚度较薄。无磁场时表面微裂纹和气孔较多。分析发现,横向磁场和纵向磁场具有减少表面微裂纹和气孔的作用。
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