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烧结NdFeB永磁体电火花成型加工及表面改性的研究

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第一章 绪 论

1.1烧结NdFeB永磁材料

1.2烧结NdFeB永磁材料的加工方法

1.3 烧结NdFeB永磁材料的腐蚀与防护

1.4 课题的来源及背景

1.5 课题的研究目的和研究内容

第二章 电火花加工机理

2.1 放电条件和加工原理

2.2 电火花加工的微观过程

2.3 电极材料及选择

2.4 加工中的影响因素

2.5 本章小结

第三章 烧结NdFeB永磁体的电火花成型加工研究

3.1 电火花成型加工实验

3.2 加工工艺效果的影响分析

3.3 烧结NdFeB永磁体加工工艺模型的建立

3.4 强化层的影响分析

3.5 本章小结

第四章 烧结NdFeB永磁体的电火花加工表面改性研究

4.1 材料的加工表面及成分分析

4.2 材料的断面组织及相结构分析

4.3 显微硬度测试及分析

4.4 耐腐蚀性试验及分析

4.5 本章小结

第五章 参数预测及优化

5.1 参数预测仿真系统

5.2 参数优化

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

参考文献

在读期间公开发表的论文

致谢

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摘要

烧结NdFeB永磁体是常用的永磁材料之一,它具有很好的磁性能和力学物理性能,且成本低廉,人们广泛地对其进行了开发应用的研究。NdFeB材料硬度高、脆性大,且居里温度低、热稳定性差。影响其使用的原因主要是难加工性和易腐蚀性两个方面。本文对NdFeB材料的研究也主要是围绕上述问题展开的。现有的对NdFeB材料的成型加工和表面防护研究很多,但大多都是分开进行的。本文是探索利用电火花加工以实现NdFeB材料成型加工和表面改性的双重作用,是一种新的表面防护方法。本文的主要研究内容和结论如下:
  1、研究在不同放电条件下,烧结NdFeB永磁体的电火花加工材料去除率和表面质量的影响规律。在一定电参数下,材料去除率和表面粗糙度均随峰值电流的增加而增加,且材料去除率的影响较显著。脉冲宽度的影响趋势与峰值电流大致相同,但脉宽过大会造成材料去除率低而表面粗糙度高,应避免在此种加工参数下进行加工。脉冲间隔的影响与前两者相反,大脉冲间隔条件下可获得较好的加工表面,但材料加工速度慢。
  2、通过对实验结果数据进行回归分析,建立了烧结NdFeB永磁体的电火花加工工艺模型。对比加工结果与预测结果后发现,它们的数值相似且在误差范围内,实现了对工艺效果的合理预测。而NdFeB材料的显微组织中则出现了一层白亮层。一定加工时间下,强化层厚度随峰值电流和脉冲宽度的增加而增加,但峰值电流较大时表层易产生裂纹,脉宽过大也会使强化层脱落。脉冲间隔对强化层的影响与前两者相反,其较小时强化层厚度较大。随着脉间的增加,强化层厚度有所减少,但质量相对较好。
  3、分析了加工后NdFeB磁体的表面形貌、断面组织、合金成分及物相结构,并进行了硬度测试和耐腐蚀性测试。材料的去除方式主要为熔化气化、爆炸喷射、整块颗粒去除及微破碎大面积去除;表面产生的非晶合金层提高了NdFeB材料整体硬度,改善了其力学性能;电化学腐蚀中,加工后材料的自腐蚀电位升高、自腐蚀电流密度降低,表明加工后材料更难于被腐蚀且腐蚀速度减慢,耐蚀性得到了改善。
  4、据已得到的工艺模型,本文设计了烧结NdFeB永磁体加工的可视化仿真系统,可有效预测不同加工参数下的加工结果。为实现材料的高效、高质量加工,应综合考虑去除速度、表面质量等多个指标。因此,电火花加工中的最优解问题转变为多目标函数的最优化问题。为解决这一问题,本文利用了神经网络结合遗传算法的方式来实现,对加工工艺参数进行了综合优化。
  本文在对烧结NdFeB永磁体的电火花成型加工进行系统研究后发现,加工后材料的表层确有一层非晶合金层产生,可以有效改善材料的综合性能。电火花加工实现了材料去除和表面改性的双重作用。

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