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Nov 06, 2023

Studio sul meccanismo di miglioramento dell'efficienza del permanente

Scientific Reports volume 12,

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 7705 (2022) Citare questo articolo

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Il metodo di lucidatura magnetoreologica con estremità sferica a magnete permanente può essere utilizzato per lucidare la parte piccola con struttura complessa. Tuttavia, il tasso di rimozione del materiale di questo metodo è basso, il che rende difficile migliorare la resa e ridurre i costi. In questa ricerca, l'effetto della temperatura del fluido magnetoreologico sulla velocità di rimozione del materiale viene analizzato teoricamente misurando l'effetto della temperatura sulle proprietà del flusso del fluido magnetoreologico, stabilendo il modello idrodinamico della zona di lucidatura e risolvendo i parametri di rimozione del materiale. Si è riscontrato che con l'aumento della temperatura del fluido magnetoreologico, la velocità relativa di lucidatura aumenta di conseguenza, il che può favorire il miglioramento della velocità di rimozione del materiale. Ma lo stress di taglio diminuisce di conseguenza, il che inibisce il miglioramento della velocità di rimozione del materiale. I risultati dell'esperimento di verifica mostrano che l'effetto promotore può superare l'effetto inibitorio, per cui la velocità di rimozione del materiale aumenta con l'aumento della temperatura del fluido magnetoreologico. Quando la temperatura del fluido magnetoreologico aumenta fino a 60 °C, la velocità di rimozione del materiale migliora del 108,4% e la rugosità della superficie lucidata Sa può raggiungere 14,9 nm. Pertanto, l'aumento della temperatura del fluido magnetoreologico può migliorare significativamente l'efficienza della lucidatura magnetoreologica con estremità sferica a magnete permanente e ottenere una superficie lucida di alta qualità.

La piccola parte con struttura complessa svolge un ruolo importante in tutti i tipi di apparecchiature di precisione. Queste parti sono per lo più realizzate con materiali duri e fragili difficili da lavorare. La qualità della superficie lucida e la precisione del profilo di queste parti sono altamente richieste. Il metodo di lucidatura magnetoreologica (MR) presenta i vantaggi di un'elevata precisione di lavorazione, nessuna usura dell'utensile e nessun danno al sottosuolo e la ruvidità della superficie lucidata può raggiungere la dimensione nanometrica1,2 o addirittura angstrom3. Pertanto, è adatto per lucidare queste parti. Tuttavia, la dimensione della mola lucidante dell'attrezzatura di lucidatura MR a ruota comunemente utilizzata è troppo grande e non può lucidare la superficie della struttura complessa della piccola parte. Pertanto, è necessario progettare e utilizzare il piccolo strumento di lucidatura MR. Chen et al.4 hanno progettato una piccola testa lucidante con estremità sferica a magnete permanente (diametro 4 mm) e hanno lucidato con successo un componente complesso di piccolo diametro a forma di Ψ. Il raggio minimo di curvatura del raccordo di transizione delle superfici curve del componente era inferiore a 3 mm. La precisione superficiale PV della superficie lucidata ha raggiunto 0,332 μm e la rugosità superficiale Ra ha raggiunto 10,7 nm. Tuttavia, limitato dalle dimensioni della testa di lucidatura, il volume del materiale magnetico permanente della testa di lucidatura è piccolo, il che porta ad un'intensità di induzione magnetica relativamente bassa (non più di 0,44 T). Inoltre, la velocità lineare della testa lucidante ad alta velocità di rotazione è bassa, il che limita il miglioramento della velocità relativa di lucidatura. Questi fattori determinano una bassa velocità di rimozione del materiale durante la lucidatura. Il costo di elaborazione è elevato e la produzione è bassa. Pertanto, è urgente migliorare l'efficienza della lucidatura MR con estremità sferica a magnete permanente.

Nel processo di lucidatura MR vengono introdotte vibrazioni ultrasoniche5,6,7, vibrazioni non risonanti8 e azione chimica9,10,11,12, che possono migliorare significativamente la velocità di rimozione del materiale e la qualità della superficie lucidata. Tuttavia, esistono pochi studi sul miglioramento della velocità di rimozione del materiale modificando la temperatura del fluido MR. Il fluido MR è un tipico fluido non newtoniano. Le sue proprietà di flusso sono strettamente correlate alla temperatura13,14. Hemmatian et al.15 hanno studiato la dipendenza dalla temperatura delle proprietà dei fluidi MR. Si è scoperto che l'effetto della temperatura sulla viscosità e sullo sforzo di taglio del fluido RM diminuisce con l'aumentare del campo magnetico. Wang et al.16 e Sherman et al.17 hanno studiato le proprietà dei materiali dipendenti dalla temperatura dei componenti dei fluidi MR. Si è scoperto che la viscosità del fluido MR dipendeva dalla viscosità del fluido vettore. La viscosità del fluido vettore diminuiva all'aumentare della temperatura e il fluido vettore con una viscosità maggiore era più sensibile alla variazione di temperatura. Chen et al.18 hanno analizzato l'influenza della temperatura sulle proprietà reologiche del fluido MR. Si è riscontrato che entro 100 °C la viscosità del fluido MR diminuiva con l'aumento della temperatura. Lo sforzo di taglio del fluido MR è influenzato dal cambiamento di viscosità e diminuisce con l'aumento della temperatura. Wang et al.19 hanno utilizzato un dispositivo per prove di sforzo di taglio a disco parallelo per misurare le proprietà meccaniche dipendenti dalla temperatura dei fluidi MR. Si è riscontrato che con l’aumento della temperatura del fluido MR, la riduzione dello stress viscoso era molto più evidente di quella dello stress di snervamento. La componente di stress viscoso ha dominato la variazione dello stress totale in un particolare intervallo di temperature. Bahiuddin et al.20 hanno utilizzato il metodo Extreme Learning Machine (ELM) per sviluppare un nuovo modello costitutivo di fluidi MR con parametri di previsione dipendenti dalla temperatura. Ha previsto con precisione le sollecitazioni di taglio e di snervamento dei fluidi MR a temperatura, velocità di taglio e campo magnetico specifici. In conclusione, la modifica della temperatura del fluido MR può influenzare le proprietà di flusso e le proprietà meccaniche, in modo da influenzare l'efficienza di rimozione della lucidatura.