钛合金在科学技术领域的应用日益广泛，钛合金的加工水平在极大程度上影响了智能科技装备的发展水平。钛合金的变形系数小、导热系数低，传统切削过程产生的高温会使刀具磨损，使钛合金表面形貌发生改变，导致钛合金表面质量一般较差，常采用机械人工抛光、电化学抛光、磁针磁力研磨等研磨或抛光方式来去除表面缺陷，提高工件的表面质量。磁粒研磨加工作为一种新型光整加工技术，可以对材料实现超精密光整加工。磁粒研磨加工具有自适应性强、柔性加工、加工升温小等优点，但单面分别加工方法的加工效率不高，且对加工工件尺寸有限制。本文以钛合金TC4为加工对象，设计了一种异步旋转双面磁粒研磨装置，基于磁粒研磨加工原理，使用渐开线排布磁极进行工件双面加工，对该磁极的磁性磨粒运动和受力进行了研究，后对相对磁极的相对转速差进行了分析，通过仿真和试验进行讨论，优选较佳值，最终实现了对TC4薄板表面的高效、高质量研磨。
磁极的磁感应强度和磁场梯度变化图
磁极Ⅱ不同转速下的磁感应强度对比图
磁极Ⅱ不同转速下的正面粗糙度和材料去除量与研磨时间的关系
研磨前后的表面微观形貌的最大高度差
1）采用双面磁粒研磨的方式，能够在保证较好表面质量的前提下有效提升研磨效率，打破了单面研磨的局限性。
2）当异步旋转磁粒研磨双面时，在磁极Ⅰ转速为500 r/min和磁极Ⅱ转速为600 r/min条件下，其磁感应强度呈周期性变化，产生了最高的磁感应强度917.9 mT，能充分发挥磁性磨料的的切削能力，磁场梯度变化适中，使磁性磨料处于合适的翻滚频率，有利于研磨质量的提高。
3）采用异步旋转双面磁粒研磨加工的方式对钛合金TC4薄板进行加工，试验证明在磁极Ⅰ转速为500 r/min和磁极Ⅱ转速为600 r/min情况下，材料的去除效率最高，正面表面粗糙度Ra的平均值从0.47 μm下降至0.1 μm，下降幅度为78%，反面表面粗糙度Ra的平均值从0.48 μm下降至0.1 μm，下降幅度为79%，表面粗糙度的相对最大值不超过0.003 μm。
4）异步旋转研磨后，正面最大高度差的平均值从62.5 μm下降至10.4 μm，下降幅度为83%；反面最大高度差的平均值从63.2 μm下降至10.3 μm，下降幅度为84%，获得了较好的表面质量，工件双面的表面均匀性同时得到有效的提高。
本文作为基础性研究，针对增材制造钛合金薄板进行了工艺探究。采用异步旋转磁极的研磨工艺能够有效地解决传统普通磁粒研磨加工工艺的问题，例如磨料切削刃更新不及时、磁场分布不均等问题，为后续探究薄壁腔体的加工提供了理论指导。
刘杰, 焦安源, 张家龙, 等. 基于异步旋转磁极的 TC4 薄板双面磁粒研磨工艺研究[J]. 表面技术, 2024, 53(10): 196-206.
LIU Jie, JIAO Anyuan, ZHANG Jialong, et al. Process Study on Double-sided Magnetic Abrasive Finishing of TC4 Thin Plates Based on Asynchronous Rotation Magnetic Pole[J]. Surface Technology, 2024, 53(10): 196-206.
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审核|汪 潇
编辑|邓李旸
