磁力研磨法去除復(fù)雜輪廓蒙皮微孔邊緣毛刺

楊歡，陳松，馬瑞，陳燕，白潔，王亞軍，鄭俊超

（1.遼寧科技大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 鞍山 114051；2.北京動(dòng)力機(jī)械研究所，北京 100074）

蒙皮是飛行器上不可或缺的零件，其性能好壞直接影響飛行器的飛行可靠性[1-3]。蒙皮的作用是維持飛行器的空氣動(dòng)力特性，但其在工作過(guò)程中受力復(fù)雜，所以不僅要求蒙皮的制作材料質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、塑性好，還要求其表面光滑，有較高的表面質(zhì)量以及較高的抗蝕能力[4]。蒙皮激光打孔是加工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，激光加工的效率是傳統(tǒng)電火花加工的幾十倍。激光加工工件時(shí)，聚焦后的高能激光束先照射加工工件表面，使加工部位表面迅速氣化和熔化，氣壓急劇上升，再通過(guò)高速輔助氣體猛烈向外噴射，在加工部位形成小孔。當(dāng)高速氣流吹出力度不夠時(shí)，由于液相表面張力等原因，噴射的熔渣部分就會(huì)在工件孔口背面冷卻凝固，從而形成與基體相連的毛刺，且由于該毛刺形成類(lèi)似于高溫重鑄，與基體存在較強(qiáng)的結(jié)合力，因此較難去除[5]。目前，人們主要對(duì)加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到去除毛刺的目的。如采用氧氣作為輔助氣體可以增加金屬熱反應(yīng)，燒蝕氧化毛刺，從而減少毛刺，缺點(diǎn)是氧化嚴(yán)重。另外，通過(guò)更改激光器的方式改進(jìn)工藝，如采用新技術(shù)的皮秒、飛秒激光加工，可以加工出無(wú)毛刺、無(wú)重鑄層的孔，但缺點(diǎn)是加工效率低[6]。而蒙皮經(jīng)激光打孔之后，由于高溫會(huì)使蒙皮材料熔化，孔的邊緣會(huì)形成積瘤和毛刺。蒙皮作為飛機(jī)和航天器的主要構(gòu)件，它們之間的連接形式為鉚接和螺栓連接，兩種連接方式均需預(yù)先在蒙皮壁板上加工孔位[7]?？走叴嬖诿獭⒎e瘤等缺陷，會(huì)影響構(gòu)件間的連接強(qiáng)度，影響飛行穩(wěn)定性和安全性。另外，這些缺陷容易導(dǎo)致區(qū)域應(yīng)力集中，進(jìn)而在孔邊產(chǎn)生微裂紋，對(duì)飛行安全也存在影響[8-10]。飛行器在服役過(guò)程中，微孔處的毛刺和積瘤從基體脫落，就有可能落入飛行器內(nèi)部，存在一定的隱患。因此，對(duì)蒙皮微孔的精密加工也成為蒙皮在整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程中尤為重要的一環(huán)。

蒙皮的功能和應(yīng)用場(chǎng)合一般都較為特殊，為了滿(mǎn)足特定裝配和實(shí)現(xiàn)一些特殊功能，一些蒙皮工件的表面形狀和輪廓一般也較為復(fù)雜[11-12]。蒙皮復(fù)雜的表面形貌也導(dǎo)致對(duì)這些微孔進(jìn)行精密加工變得極為困難。目前，人們多使用傳統(tǒng)的方法對(duì)一些形狀復(fù)雜的蒙皮表面微孔進(jìn)行精密加工，例如人工用砂輪或砂紙打磨等方法對(duì)蒙皮進(jìn)行孔邊緣積瘤去除。傳統(tǒng)的工藝雖然能達(dá)到去除孔邊毛刺和積瘤的目的，但是去除效率低，工作環(huán)境惡劣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且會(huì)對(duì)蒙皮表面造成劃傷，無(wú)法保證蒙皮的表面質(zhì)量，降低蒙皮的使用性能。

李哲等[13]針對(duì)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的鈦合金難加工材料在鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)毛刺大的問(wèn)題，從打孔工藝上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提出一種基于八面鉆的新刃型刀具，并利用旋轉(zhuǎn)超聲輔助鉆孔的新技術(shù)進(jìn)行加工。相比于普通鉆削，其孔邊毛刺高度降低了 82.27%～89.18%。徐文驥等[14]采用脈沖電化學(xué)腐蝕法，對(duì)不銹鋼管壁上鉆削的微小孔（D=0.9 mm）與不銹鋼管內(nèi)壁相貫處難加工區(qū)域的毛刺進(jìn)行去除。采用NaNO3溶液或NaNO3/NaCl 混合溶液作為電解液，電解質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%～20%時(shí)，加工50 s 后，孔邊的毛刺得到有效去除。但是，該方法容易使毛刺周?chē)霈F(xiàn)斑點(diǎn)、凹坑等缺陷。劉新龍等[15]利用電解-旋轉(zhuǎn)超聲磁粒研磨工藝，在電解電壓9 V，磁極轉(zhuǎn)速1300 r/min，旋轉(zhuǎn)超聲振幅4 μm 的參數(shù)下，對(duì)TC4 鈦合金加工8 min，孔邊毛刺被完全去除，但是該工藝難以加工形狀復(fù)雜的零件。

磁力研磨技術(shù)是一種新型的表面光整加工技術(shù)，具有微量切削、加工溫升小、磨料自銳性好、加工過(guò)程自適應(yīng)、加工質(zhì)量和加工精度高等特點(diǎn)[16-19]。磁力研磨技術(shù)最早是由前蘇聯(lián)工程師Kargolow 于1938 年提出，自20 世紀(jì)50 年代起，前蘇聯(lián)、保加利亞、日本等國(guó)家也相繼對(duì)這一光整加工技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并發(fā)表了相關(guān)論文，取得了一定的學(xué)術(shù)成果[20]。自20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，我國(guó)各大高校相繼開(kāi)展磁力研磨技術(shù)的研究和探索。浙江大學(xué)的徐立軍等[21]將磁力研磨技術(shù)與數(shù)字化控制結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自由曲面的光整加工。趙文聰?shù)萚22]利用模擬仿真，研究了磁力研磨加工中永磁極結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)加工的影響。陳燕等[23]首次提出在磁力研磨加工中加入超聲振動(dòng)輔助，提高了加工效率。周傳強(qiáng)等[24]提出了磁性磨料輔助磁針磁力研磨工藝的方案，解決了磁針磁力研磨工藝中磁針對(duì)工件表面碰撞損傷及存在研磨盲區(qū)的問(wèn)題。然而目前該技術(shù)仍存在一些缺點(diǎn)，如加工效率低，對(duì)導(dǎo)磁性工件的加工難度大，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化加工。

磁力研磨通過(guò)磁場(chǎng)控制具有鐵磁性和一定研磨性質(zhì)的磨料對(duì)工件表面進(jìn)行光整加工，由于其微量切削和柔性加工等特點(diǎn)，使該項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用到平面、復(fù)雜曲面、直管彎管的內(nèi)外表面的光整加工[25-29]。在磁力研磨加工技術(shù)中，可將加工工具選為導(dǎo)磁性良好的磁針，磁針處在人為控制的磁場(chǎng)中，可隨磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生不同形態(tài)，對(duì)工件的尖棱、毛刺等表面缺陷有著較好的加工效果[30-31]。磁針磁力研磨法對(duì)蒙皮薄板的微孔邊緣積瘤、毛刺進(jìn)行去除加工，可以提高積瘤、毛刺的去除效率，改善蒙皮壁板的表面形貌，提高蒙皮壁板的生產(chǎn)加工效率。

1 磁針磁力研磨加工原理

1.1 基本原理

圖1 為某種鈦合金蒙皮壁板樣件。由于其特殊的使用環(huán)境以及工業(yè)用途，該蒙皮壁板的表面形狀也較為復(fù)雜，整體呈多段鋸齒形，且有一定弧度。為了滿(mǎn)足特定的空氣動(dòng)力特性，該蒙皮壁板上排列著很多平均長(zhǎng)半徑約為1.5 mm 的微小孔，放大微孔后可以觀察到，孔的邊緣粘連著許多激光打孔工藝殘留的毛刺和積瘤。

圖1 蒙皮薄板樣件Fig.1 Skin panel sample

圖2 為磁針磁力研磨法對(duì)蒙皮微孔精密研磨的原理。磁極盤(pán)連接在電機(jī)主軸上，磁極盤(pán)上固定多組NdFeB 永磁體，此時(shí)永磁體、磁極盤(pán)以及上方加工區(qū)域之間可形成閉合的磁回路。為減少整體磁路的磁阻，增大加工區(qū)域的磁通，磁極盤(pán)材質(zhì)選用導(dǎo)磁性能良好的合金鋼。在加工區(qū)域中，磁針由于被磁化，會(huì)沿著磁感線(xiàn)方向有序排布。電機(jī)帶動(dòng)磁極盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，加工區(qū)域的磁場(chǎng)就會(huì)由靜態(tài)磁場(chǎng)變?yōu)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)，被磁化的磁針則會(huì)隨著不斷變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生各種不同的形態(tài)，整體做周期性的翻滾、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)提高電機(jī)轉(zhuǎn)速后，加工區(qū)域中的磁針會(huì)獲得更大的動(dòng)量，運(yùn)動(dòng)也會(huì)更加劇烈。當(dāng)工件被固定在容器底部時(shí)，高速運(yùn)動(dòng)的磁針就會(huì)和工件產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，大量的磁針在接觸到蒙皮工件表面的瞬間會(huì)將自身的動(dòng)能釋放，并作用于工件表面以及孔邊的毛刺和積瘤。這些毛刺和積瘤在大量磁針無(wú)序且多角度的高頻劃擦、撞擊后，主要表現(xiàn)為直接脫落、逐次去除和沖擊變形三種去除形式（圖3），最終實(shí)現(xiàn)對(duì)蒙皮薄板微孔毛刺和積瘤的去除。

圖2 蒙皮壁板微孔磁力研磨原理圖Fig.2 Principle diagram of micro-hole magnetic finishing of skin panel

圖3 微孔毛刺和積瘤去除形式Fig.3 Removal types of burr and accretion in micropores: a) directly fall off; b) successive removal; c) impact deformation

在磁針磁力研磨加工過(guò)程中，蒙皮工件表面受到的單根磁針作用力如式(1)[32]。

式中：m為單根磁針的質(zhì)量；v為磁針撞擊工件前瞬間磁針相對(duì)于工件的速度；v′為磁針撞擊工件結(jié)束瞬間磁針相對(duì)于工件的速度；ΔP為磁針撞擊工件瞬間的動(dòng)量變化；Δt為磁針與工件的作用時(shí)間。

通過(guò)分析式(1)可知，單根磁針對(duì)工件的作用力主要由磁針的質(zhì)量、磁針撞擊工件前后的速度差和磁針與工件的作用時(shí)間決定。單根磁針的質(zhì)量很小，但是由于磁極盤(pán)的轉(zhuǎn)速很高，使加工區(qū)域的磁針有著較高的動(dòng)能，在撞擊工件的一瞬間，磁針的瞬時(shí)速度趨近于零，同時(shí)磁針和工件的作用時(shí)間也非常小，因此原理上，磁針磁力研磨技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蒙皮微小孔的精密光整加工。

護(hù)士分層級(jí)培訓(xùn)與考核緊密結(jié)合，以臨床工作需要進(jìn)行培訓(xùn)，考核要求與培訓(xùn)內(nèi)容相結(jié)合，根據(jù)分層培訓(xùn)進(jìn)行分層考核，技能訓(xùn)練與質(zhì)控考核相結(jié)合，運(yùn)用理論考試紙質(zhì)或信息化平臺(tái)，定期進(jìn)行考核，并與績(jī)效掛鉤。護(hù)理部應(yīng)該定期組織臨床護(hù)理護(hù)生探討會(huì)，廣泛征求護(hù)生意見(jiàn)，了解護(hù)生在實(shí)踐當(dāng)中對(duì)于教學(xué)方法和方式的意見(jiàn)，然后進(jìn)行改進(jìn)，提高帶教教師的教學(xué)水平和質(zhì)量。二是，要定期進(jìn)行考核，對(duì)臨床護(hù)理護(hù)生進(jìn)行出科考試，要堅(jiān)持理論課和實(shí)踐課成績(jī)相結(jié)合，對(duì)學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行評(píng)測(cè)，同時(shí)要輔之以醫(yī)德醫(yī)風(fēng)和勞動(dòng)紀(jì)律內(nèi)容由帶教教師給出專(zhuān)業(yè)性意見(jiàn)，實(shí)施綜合評(píng)定表，從臨床護(hù)理需求出發(fā)，做好臨床護(hù)士個(gè)人能力測(cè)評(píng)，給出專(zhuān)業(yè)鑒定表體現(xiàn)護(hù)生個(gè)人實(shí)際能力。

1.2 磁針受力分析

在磁針磁力研磨過(guò)程中，磁針受到的磁場(chǎng)力FB和磁場(chǎng)強(qiáng)度H有如下關(guān)系[33]：

式中：μ0為真空磁導(dǎo)率（H/m）；μm為磁針相對(duì)磁導(dǎo)率（H/m）。

磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H有如下關(guān)系：

結(jié)合公式(2)(3)得出：

由公式(4)可以分析出，F(xiàn)B與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的平方正比，因此提高加工區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度B可有效提高磁場(chǎng)受到的磁場(chǎng)力，從而增加研磨壓力，提高加工效率。

2 磁極排布方案優(yōu)選與磁場(chǎng)模擬

磁極盤(pán)上不同的磁極排布形式直接影響加工區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，因此需要對(duì)磁極在磁極盤(pán)上具體的排布方式進(jìn)行優(yōu)選[34-35]。磁極盤(pán)（D=250 mm）上有4 個(gè)大磁極（d1=50 mm）和4 個(gè)小磁極（d2=40 mm），N 極和S 極交替分布，使磁感線(xiàn)在磁極上方交錯(cuò)閉合，當(dāng)磁極盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，加工區(qū)域形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。圖4 為3 種不同的磁極排布方案。

圖4 三種磁極分布方案Fig.4 Three magnetic pole distribution schemes: a) plan1; b) plan2; c) plan3

利用仿真軟件對(duì)不同磁極排布方案的磁極盤(pán)磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行模擬。圖5 為3 種方案的磁感應(yīng)強(qiáng)度云圖，圖6 為磁場(chǎng)矢量圖?？梢钥闯?，在前兩種方案中，內(nèi)外圈磁極之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度很小，當(dāng)磁極盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，該處磁針數(shù)量很少，大量磁針集中在內(nèi)圈和外圈處，留下中間的磁場(chǎng)盲區(qū)。第三種方案將大小磁極交錯(cuò)布置在內(nèi)圈和外圈，同時(shí)增大內(nèi)圈兩個(gè)大磁極之間的距離，減少外圈兩個(gè)小磁極之間的距離，使磁場(chǎng)強(qiáng)度分布更為均勻，同時(shí)可以消除加工區(qū)域的磁場(chǎng)盲區(qū)。圖7 為3 種不同磁極排布方案下，磁極盤(pán)直徑為140 mm 圓周（圖4 點(diǎn)劃線(xiàn)部分）上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布。由圖7 可以看出，第三種方案下，不僅磁場(chǎng)更加均勻，原本磁場(chǎng)盲區(qū)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值也達(dá)到了500 mT。

圖5 不同方案磁極排布的磁場(chǎng)模擬云圖Fig.5 Magnetic field simulation cloud diagrams of different magnetic pole arrangements: a) plan1; b) plan2; c) plan3

圖6 不同方案磁極排布的磁場(chǎng)模擬矢量圖Fig.6 Magnetic field vector simulation diagrams of different magnetic pole arrangements: a) plan1; b) plan2; c) plan3

圖7 D=140 mm 圓周上磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖Fig.7 Distribution diagram of magnetic induction intensity on a circle with D=140 mm

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)裝置

圖8 為蒙皮壁板微孔精密研磨試驗(yàn)裝置示意圖。該試驗(yàn)裝置中，磁極盤(pán)上磁極的排布方案選用方案3，兩臺(tái)回轉(zhuǎn)電機(jī)和一臺(tái)直線(xiàn)電機(jī)固定在同一組溜板上，回轉(zhuǎn)電機(jī)上連接著磁極盤(pán)，兩組溜板上的直線(xiàn)電機(jī)共用一根齒條，齒條固定在鋼架上，兩臺(tái)直線(xiàn)電機(jī)可分別控制兩溜板的進(jìn)給。將工件放置在上方的容器內(nèi)，倒入研磨液以及磁針，磁針在磁場(chǎng)的作用下沿磁力線(xiàn)有序排列。工作時(shí)，回轉(zhuǎn)電機(jī)通電，帶動(dòng)磁極盤(pán)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使磁針周期性旋轉(zhuǎn)、翻滾，對(duì)蒙皮工件表面及孔邊緣進(jìn)行研磨。同時(shí)直線(xiàn)電機(jī)通過(guò)和固定的齒條配合，帶動(dòng)溜板水平運(yùn)動(dòng)，完成進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蒙皮表面的拋光以及小孔邊緣毛刺的去除。

圖8 蒙皮壁板微孔精密研磨試驗(yàn)裝置示意圖Fig.8 Schematic diagram of precision finishing test device for micro-hole in skin panels

3.2 試驗(yàn)條件

圖9 磁極盤(pán)轉(zhuǎn)速為1000 r/min 時(shí)不同規(guī)格的磁針加工微孔邊緣形貌Fig.9 Comparison chart of the edge of the micro-hole processed by the magnetic needle of different specifications when the magnetic pole disk rotates at 1000 r/min

表1 試驗(yàn)條件Tab.1 Experimental conditions

圖10 為選用φ1.2 mm×8 mm 規(guī)格的磁針在不同磁極盤(pán)轉(zhuǎn)速下加工50 min 后微孔的形貌。從圖10a可以看出，轉(zhuǎn)速為700 r/min 時(shí)，能夠去除部分毛刺等缺陷，但是磁針的運(yùn)動(dòng)速度不夠大，研磨壓力不足，一些和基體粘結(jié)較為牢固的毛刺和積瘤不能有效去除。圖10b 為磁極盤(pán)轉(zhuǎn)速為1300 r/min 時(shí)的微孔形貌。由于轉(zhuǎn)速過(guò)快，磁針撞擊工件瞬時(shí)會(huì)將大量的動(dòng)能傳遞至工件，雖然毛刺和積瘤等可以被去除，但是會(huì)產(chǎn)生微孔，使基體發(fā)生形變等損傷。

圖10 不同磁極盤(pán)轉(zhuǎn)速下φ1.2 mm×8 mm 規(guī)格的磁針加工的微孔邊緣形貌對(duì)比圖Fig.10 Comparison chart of the edge of the micro-hole processed by the φ1.2 mm×8 mm magnetic needle at different magnetic pole disc speeds

3.3 試驗(yàn)過(guò)程

通過(guò)上述試驗(yàn)最終確定選用φ1.2 mm×8 mm規(guī)格的磁針，在磁極盤(pán)轉(zhuǎn)速為1000 r/min 的條件下，對(duì)8張蒙皮同時(shí)進(jìn)行一次加工。首先利用超聲波清洗機(jī)對(duì)蒙皮壁板進(jìn)行清洗，再用熱吹風(fēng)機(jī)將其吹干。用3D超景深電子顯微鏡對(duì)蒙皮壁板的微孔進(jìn)行拍攝并記錄微孔的原始樣貌。試驗(yàn)時(shí)，將蒙皮工件置于容器中，將約1 kgφ1.2 mm×8 mm 的磁針加入容器內(nèi)，并添加適量的研磨液和水，研磨液和水的混合液體可以在加工過(guò)程中對(duì)蒙皮壁板進(jìn)行冷卻，以免因磁針對(duì)蒙皮長(zhǎng)時(shí)間的劃擦而產(chǎn)生高溫，灼傷工件表面，破壞工件表面形貌。同時(shí)，研磨液也可以第一時(shí)間沖刷掉磁針切削下來(lái)的毛刺切屑等，保證整個(gè)加工過(guò)程的連續(xù)有效。但在實(shí)際研磨過(guò)程中，過(guò)多的研磨液和水會(huì)產(chǎn)生非常大的加工阻力，導(dǎo)致磁針和被加工部位接觸的瞬時(shí)沒(méi)有足夠的動(dòng)量，研磨壓力不足，從而達(dá)不到理想效果，因此容器內(nèi)的液面超過(guò)工件高度5～10 mm 即可。設(shè)定研磨時(shí)間為50 min，并設(shè)定每5 min 改變一次電機(jī)轉(zhuǎn)向，加工轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000 r/min，直線(xiàn)電機(jī)進(jìn)給速度調(diào)至8 mm/s。

研磨結(jié)束后，將蒙皮工件取出，用水沖洗掉表面切屑，利用超聲波清洗機(jī)清洗掉蒙皮工件上殘余的切屑及雜質(zhì)，并吹干。使用超景深顯微鏡對(duì)加工后蒙皮壁板的微孔形貌進(jìn)行拍攝，并記錄有效加工的微孔數(shù)量。統(tǒng)計(jì)單個(gè)蒙皮工件上微孔的總數(shù)量N，認(rèn)為加工后沒(méi)有明顯、易脫落的毛刺和積瘤的微孔為有效加工的微孔，有效加工的微孔數(shù)量n在總數(shù)量N的占比為去除率r，即：

4 結(jié)果與分析

圖11 為3D 超景深電子顯微鏡拍攝的蒙皮工件在加工前后的其中3 個(gè)微孔形貌。從圖中可明顯看出，加工前，蒙皮微孔邊緣處存在大量的積瘤和毛刺。這是由于激光打孔時(shí)的高溫致使材料熔化脫落，待打孔結(jié)束后，工件冷卻，一些材料凝固粘結(jié)在微孔邊緣，難以自然脫落。應(yīng)用磁針磁力研磨法對(duì)蒙皮壁板進(jìn)行50 min 加工后，可以看到，蒙皮微孔邊緣的毛刺和積瘤被有效去除，達(dá)到預(yù)期效果。大量的磁針在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下旋轉(zhuǎn)、翻滾，在接觸微孔邊緣的瞬間，高速運(yùn)動(dòng)的磁針將動(dòng)能傳遞至毛刺和積瘤處，同時(shí)磁極盤(pán)的轉(zhuǎn)向發(fā)生周期性改變，也增加了磁針對(duì)微孔邊緣毛刺和積瘤的疲勞沖擊，大量磁針循環(huán)往復(fù)，使毛刺和積瘤從基體中脫離。結(jié)合力強(qiáng)的積瘤也會(huì)在大量磁針的作用下發(fā)生塑性變形，直至扁平、圓滑，從而和基體相融合。

圖11 蒙皮壁板微孔形貌Fig.11 Micropore morphology of the skin panel: a) before processing; b) after processing

表2 為8 張蒙皮壁板的毛刺去除率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，磁針磁力研磨法能對(duì)蒙皮微孔邊緣毛刺和積瘤進(jìn)行有效加工，毛刺去除率均可達(dá)到95%以上，符合實(shí)際使用要求。

表2 8 組蒙皮壁板的毛刺去除率Tab.2 Burr removal rate of 8 groups of skin panels

由于單個(gè)蒙皮板材形狀復(fù)雜，直接利用JB-8E 觸針式表面粗糙度儀無(wú)法得到有效、有參考意義的粗糙度值，因此加工實(shí)驗(yàn)前，在蒙皮形狀起伏較為平緩的部分，利用線(xiàn)切割得到8 mm×8 mm 的檢測(cè)試樣，如圖12 所示，在加工結(jié)束后，用同樣的方法再切下另一塊試樣，并測(cè)量對(duì)比表面粗糙度值。數(shù)據(jù)對(duì)比如圖13 所示，發(fā)現(xiàn)表面粗糙度由加工前的2.6886 μm 降低到1.7002 μm。

圖12 蒙皮表面粗糙度檢測(cè)試樣Fig.12 Surface roughness test sample of skin

圖13 加工前后蒙皮表面粗糙度Fig.13 Surface roughness of the skin before and after finishing: a) before processing; b) after processing

圖14 為加工前后的蒙皮壁板對(duì)比。可以看到，加工前，工件表面較為灰暗，同時(shí)存在大量激光打孔所殘留的黑色斑點(diǎn)等；而在磁針磁力研磨法加工后，蒙皮壁板表面的斑點(diǎn)等雜質(zhì)被去除，整體呈現(xiàn)出金屬光澤，表面質(zhì)量大大提高。

圖14 蒙皮壁板加工前后對(duì)比圖Fig.14 Comparison chart before and after processing of skin panel: a) before processing; b) after processing

相比傳統(tǒng)的手工打磨，磁針磁力研磨法的加工效率也明顯提升。蒙皮微孔毛刺和積瘤的去除工作，之前通常都為工人手工打磨，其加工效率為8 h 完成單個(gè)工件的打磨；而磁針磁力研磨加工有效加工效率為1 h 完成8 個(gè)工件的打磨，加工效率提高到原來(lái)的64 倍。

5 結(jié)論

1）通過(guò)理論分析，發(fā)現(xiàn)磁針磁力研磨法可對(duì)蒙皮薄板微孔的邊緣毛刺、積瘤等進(jìn)行有效去除。

2）利用仿真軟件對(duì)3 種不同磁極排布方式的磁極盤(pán)進(jìn)行磁場(chǎng)模擬，得到最優(yōu)排布方案，使加工時(shí)磁針的分布更加均勻，可消除加工區(qū)域的磁場(chǎng)盲區(qū)，擴(kuò)大有效加工區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度更大。

3）磁極盤(pán)采用優(yōu)選后的磁極排布方式，在1 kgφ1.2 mm×8 mm 的磁針、磁極盤(pán)轉(zhuǎn)速為1000 r/min、進(jìn)給速度為8 mm/s 的條件下，加工50 min（每5 min改變一次磁極盤(pán)轉(zhuǎn)向）后，蒙皮薄板微孔邊緣毛刺和積瘤能被有效去除。對(duì)進(jìn)行一次加工后的8 張蒙皮微孔進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)，毛刺去除率均達(dá)到95%以上。

4）加工后，蒙皮工件的表面粗糙度明顯下降，由加工前的2.6886 μm 降低到1.7002 μm，表面形貌明顯改善。加工效率相比以往的傳統(tǒng)手工打磨提高64 倍，加工后的工件滿(mǎn)足實(shí)際使用要求。