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Nov 06, 2023

퍼머넌트의 효율성 향상 메커니즘 연구

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 7705(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

영구자석 소형 볼 엔드 자기유변 연마 방법을 사용하면 복잡한 구조의 작은 부품을 연마할 수 있습니다. 그러나 이 방법은 재료 제거율이 낮아 출력 향상과 비용 절감이 어렵다. 본 연구에서는 자기유변유체의 유동 특성에 대한 온도의 영향을 측정하고, 연마 영역의 유체역학적 모델을 확립하고, 재료 제거 매개변수를 해결함으로써 자기유변유체 온도가 재료 제거율에 미치는 영향을 이론적으로 분석합니다. 자기유변유체 온도가 증가함에 따라 연마 상대 속도도 그에 따라 증가하여 재료 제거율의 향상을 촉진할 수 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 그에 따라 전단응력이 감소하여 재료 제거율의 향상을 방해합니다. 검증 실험 결과, 촉진 효과가 억제 효과를 초과할 수 있어 자기유변유체 온도가 증가함에 따라 물질 제거율이 증가하는 것으로 나타났습니다. 자기유변유체 온도가 60°C로 증가하면 재료 제거율이 108.4% 향상되고 연마된 표면 거칠기 Sa는 14.9nm에 도달할 수 있습니다. 따라서 자기유변유체 온도를 높이면 영구자석 소형 볼엔드 자기유변 연마 효율이 크게 향상되고 고품질 연마 표면을 얻을 수 있습니다.

복잡한 구조를 지닌 작은 부품은 모든 종류의 정밀 장비에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 부품은 대부분 가공하기 어려운 단단하고 부서지기 쉬운 재료로 만들어집니다. 이러한 부품의 연마된 표면 품질과 프로파일 정확도는 매우 중요합니다. 자기유변(MR) 연마 방법은 가공 정확도가 높고 도구 마모가 없으며 표면 아래 손상이 없다는 장점이 있으며 연마된 표면의 거칠기는 나노스케일1,2 또는 심지어 옹스트롬 차원3에 도달할 수 있습니다. 따라서 이러한 부품을 연마하는 데 적합합니다. 그러나 일반적으로 사용되는 휠형 MR 연마 장비의 연마 휠 크기가 너무 커서 작은 부품의 복잡한 구조 표면을 연마할 수 없습니다. 따라서 소형 MR 연마 도구를 설계하고 사용하는 것이 필요합니다. Chen 등4은 영구 자석 소형 볼 엔드 연마 헤드(직경 4mm)를 설계하고 Ψ 모양의 소구경 복합 부품을 성공적으로 연마했습니다. 부품 곡면의 최소 전이 필렛 곡률 반경은 3mm 미만이었습니다. 연마된 표면의 표면 정확도 PV는 0.332μm에 도달했고, 표면 거칠기 Ra는 10.7nm에 도달했습니다. 그러나 연마 헤드의 크기에 따라 연마 헤드의 영구 자성 재료의 부피가 작아서 자기 유도 강도가 상대적으로 낮습니다(0.44T 이하). 게다가, 높은 회전 속도에서 연마 헤드의 선속도가 낮아 연마 상대 속도의 향상이 제한됩니다. 이러한 요인으로 인해 연마 중 재료 제거율이 낮아집니다. 처리 비용이 높고 출력이 낮습니다. 따라서 영구자석 소형 볼엔드 MR 연마의 효율을 높이는 것이 시급하다.

초음파 진동5,6,7, 비공진 진동8 및 화학적 작용9,10,11,12이 MR 연마 공정에 도입되어 재료 제거율과 연마된 표면 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다. 그러나 MR 유체 온도를 변경하여 재료 제거율을 향상시키는 연구는 거의 없습니다. MR 유체는 전형적인 비뉴턴 유체입니다. 흐름 특성은 온도와 밀접한 관련이 있습니다. Hemmatian et al.15은 MR 유체 특성의 온도 의존성을 연구했습니다. 자기장이 증가함에 따라 MR 유체의 점도 및 전단 응력에 대한 온도의 영향이 감소하는 것으로 나타났습니다. Wang 등16과 Sherman 등17은 MR 유체 구성 요소의 온도 의존적 ​​물질 특성을 연구했습니다. MR 유체의 점도는 캐리어 유체의 점도에 따라 달라지는 것으로 나타났습니다. 캐리어 유체의 점도는 온도가 증가함에 따라 감소했으며, 점도가 높은 캐리어 유체가 온도 변화에 더 민감했습니다. Chen 등18은 MR 유체의 유변학적 특성에 대한 온도의 영향을 분석했습니다. 100℃ 이내에서는 온도가 증가함에 따라 MR 유체의 점도가 감소하는 것으로 나타났습니다. MR 유체의 전단응력은 점도 변화에 영향을 받으며 온도가 증가함에 따라 감소합니다. Wang 등은 MR 유체의 온도 의존적 ​​기계적 특성을 측정하기 위해 병렬 디스크 전단 응력 테스트 장치를 사용했습니다. MR 유체 온도가 증가함에 따라 점성 응력의 감소는 항복 응력의 감소보다 훨씬 더 분명하다는 것이 밝혀졌습니다. 점성 응력 성분은 특정 온도 범위에서 전체 응력의 변화를 지배했습니다. Bahiuddin et al.20은 극한 학습 기계(ELM) 방법을 사용하여 온도 의존 예측 매개변수를 갖춘 MR 유체의 새로운 구성 모델을 개발했습니다. 특정 온도, 전단율 및 자기장에서 MR 유체의 전단 및 항복 응력을 정확하게 예측했습니다. 결론적으로, MR 유체 온도를 변경하면 유동 특성과 기계적 특성에 영향을 주어 연마 제거 효율에 영향을 줄 수 있습니다.