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Nov 06, 2023

Estudo sobre o mecanismo de melhoria da eficiência do permanente

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 7705 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O método de polimento magnetoreológico de pequena extremidade esférica de ímã permanente pode ser usado para polir a peça pequena com estrutura complexa. No entanto, a taxa de remoção de material desse método é baixa, o que dificulta melhorar a produção e reduzir o custo. Nesta pesquisa, o efeito da temperatura do fluido magnetoreológico na taxa de remoção de material é analisado teoricamente medindo o efeito da temperatura nas propriedades de fluxo do fluido magnetoreológico, estabelecendo o modelo hidrodinâmico da zona de polimento e resolvendo os parâmetros de remoção de material. Verifica-se que com o aumento da temperatura do fluido magnetoreológico, a velocidade relativa de polimento aumenta proporcionalmente, o que pode promover a melhoria da taxa de remoção de material. Mas a tensão de cisalhamento diminui de acordo, o que inibe a melhoria da taxa de remoção de material. Os resultados do experimento de verificação mostram que o efeito promotor pode exceder o efeito inibitório, de forma que a taxa de remoção de material aumenta com o aumento da temperatura do fluido magnetoreológico. Quando a temperatura do fluido magnetoreológico aumenta para 60 °C, a taxa de remoção de material é melhorada em 108,4% e a rugosidade da superfície polida Sa pode atingir 14,9 nm. Portanto, aumentar a temperatura do fluido magnetoreológico pode melhorar significativamente a eficiência do polimento magnetoreológico de ponta esférica pequena de ímã permanente e obter uma superfície polida de alta qualidade.

A pequena peça com estrutura complexa desempenha um papel importante em todos os tipos de equipamentos de precisão. Essas peças são feitas principalmente de materiais duros e quebradiços que são difíceis de processar. A qualidade da superfície polida e a precisão do perfil dessas peças são altamente exigidas. O método de polimento magnetoreológico (MR) tem as vantagens de alta precisão de usinagem, sem desgaste da ferramenta e sem danos na subsuperfície, e a rugosidade da superfície polida pode atingir nanoescala1,2 ou até dimensão angstrom3. Assim, é adequado para o polimento dessas peças. No entanto, o tamanho da roda de polimento do equipamento de polimento MR do tipo roda comumente usado é muito grande, o que não pode polir a superfície da estrutura complexa da peça pequena. Portanto, a pequena ferramenta de polimento MR é necessária para ser projetada e usada. Chen et al.4 projetaram uma pequena cabeça de polimento de ponta esférica de ímã permanente (diâmetro de 4 mm) e poliram com sucesso um componente complexo de diâmetro pequeno em forma de Ψ. O raio mínimo de curvatura do filete de transição das superfícies curvas do componente foi inferior a 3 mm. A precisão da superfície PV da superfície polida atingiu 0,332 μm e a rugosidade da superfície Ra atingiu 10,7 nm. No entanto, limitado pelo tamanho da cabeça de polimento, o volume do material magnético permanente da cabeça de polimento é pequeno, levando à intensidade de indução magnética relativamente baixa (não mais que 0,44 T). Além disso, a velocidade linear da cabeça de polimento em alta velocidade de rotação é baixa, o que limita a melhoria da velocidade relativa de polimento. Esses fatores resultam em baixa taxa de remoção de material durante o polimento. O custo de processamento é alto e a saída é baixa. Portanto, é urgente melhorar a eficiência do polimento MR de ponta esférica de ímã permanente.

Vibração ultrassônica5,6,7, vibração não ressonante8 e ação química9,10,11,12 são introduzidas no processo de polimento de RM, o que pode melhorar significativamente a taxa de remoção de material e a qualidade da superfície polida. No entanto, existem poucos estudos sobre como melhorar a taxa de remoção de material alterando a temperatura do fluido MR. O fluido MR é um fluido não newtoniano típico. Suas propriedades de fluxo estão intimamente relacionadas com a temperatura13,14. Hemmatian et al.15 estudaram a dependência da temperatura das propriedades dos fluidos de RM. Verificou-se que o efeito da temperatura na viscosidade e tensão de cisalhamento do fluido MR diminuiu com o aumento do campo magnético. Wang et al.16 e Sherman et al.17 estudaram as propriedades dos materiais dependentes da temperatura dos componentes dos fluidos de RM. Verificou-se que a viscosidade do fluido MR dependia da viscosidade do fluido transportador. A viscosidade do fluido transportador diminuiu com o aumento da temperatura, e o fluido transportador com maior viscosidade foi mais sensível à variação de temperatura. Chen et al.18 analisaram a influência da temperatura nas propriedades reológicas do fluido MR. Verificou-se que dentro de 100 °C, a viscosidade do fluido MR diminuiu com o aumento da temperatura. A tensão de cisalhamento do fluido MR foi afetada pela mudança de viscosidade e diminuiria com o aumento da temperatura. Wang et al.19 usaram um dispositivo de teste de tensão de cisalhamento de disco paralelo para medir as propriedades mecânicas dependentes da temperatura dos fluidos MR. Verificou-se que com o aumento da temperatura do fluido MR, a redução da tensão viscosa foi muito mais evidente do que da tensão de escoamento. O componente de tensão viscosa dominou a mudança da tensão total em uma determinada faixa de temperatura. Bahiuddin et al.20 usaram o método Extreme Learning Machine (ELM) para desenvolver um novo modelo constitutivo de fluidos MR com parâmetro de predição dependente da temperatura. Ele previu com precisão as tensões de cisalhamento e escoamento de fluidos MR sob temperatura, taxa de cisalhamento e campo magnético específicos. Em conclusão, a alteração da temperatura do fluido MR pode influenciar as propriedades de fluxo e propriedades mecânicas, de modo a afetar a eficiência de remoção do polimento.