2024年3月4日发(作者：电脑动态桌面壁纸软件哪个好)

研究与分析　・机械研究与应用・　平行于电场的磁场对磁力电解复合抛光的影响　牛永江　（天水师范学院ｘ－学院，甘肃天水７４１００１）　摘要：在传统的磁力电解复合抛光中，外加磁场的方向与电场方向垂直。通过给电解抛光外加一个平行于电场的　磁场，对带电离子的运动状况进行分析，建立了带电离子运动的数学模型。并求出了带电粒子的速度方程和　轨迹方程，分析了磁场在磁力电解复合抛光中的作用。由于所加磁场的作用，减小了电化学反应的浓差极化，　加速了电化学反应速度和效率。通过实验，验证了该模型的合理性和对磁场功能分析的正确性。　关键词：磁力电解复合抛光；磁场的作用；速度方程　中图分类号：ＴＭ１４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４４ｌ４（２０１０）０１—００１８一Ｏ３　Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｏｎ　ａ　ｍａｇｎｅｔｉｃ——ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　Ｎｉｕ　Ｙｏｎｇ—ｊｉａｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｓｈｕｉ　ｎｏｒｍａｌ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｓｈｕｉ　Ｇａｎｓｕ　７４１００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｉｓ　ｓｅｔ　ｔｏ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｆｉｅｌｄ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｌｗａｙｓ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　ａ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｍａｇｎｅｔｉｃ—ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｍａｔｈ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｒｇｅｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｉｎ　ａ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｕｓｉｎｇ　Ｃｏｕｌｏｍｂ　ｌａｗｓ　ａｎｄ　Ｌｏｒｅｎｔｚ　ｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｌｏｃｉ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｉｓ　ｄｒａｗｎ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｉｆｅｌｄ，ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｅａｓｉｌｙ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ，ｔｏ　ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ—ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｔｅｓｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅ—　ｓｕｈｓ，ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｏｓｅ　ｏｂｔ￣ｎｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ，ｈａｖｅ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｏ　ｆｕｎｅ・　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｉｓ　ｃｏｒｒｅｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｉｃ—ｅｌｅｃｔｒｃｏｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ；ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ　１　引　言　直，磁场能适度提高磁力电解复合抛光中电化学反应　将电化学反应与传统机械加工和磁场结合在一　的速度和被抛光工件的表面质量。如果为磁力电解　起的一些新型加工工艺越来越受到日本和中国研究　复合抛光施加一个与其电场方向一致的磁场，则可以　人员的重视¨Ｊ。磁力电解复合抛光在难加工材料的　极大的改变电化学反应的条件。使电化学反应的速　抛光中渐渐被使用。该工艺可以比较容易的抛光那　度及反应的效率都得到很大程度的提高。　些高强度高硬度的材料，如不锈钢和ＳｎＳｂ合金　２．１带电粒子的运动分析　等＿２　Ｊ。在磁力电解复合抛光中，磁场对电化学反应　电磁场中带电粒子的运动如图１所示，带电粒子　的影响很复杂，因此，磁力电解复合抛光的机理并不　在电场力和磁场力共同作用下运动（忽略其他次要　是很清楚。　因素）　Ｊ。作用力Ｆ为：　研究磁场在磁力电解复合抛光中的作用非常重　Ｆ＝ｑ（Ｅ＋　×Ｂ）　（１）　要。传统外加磁场是和电场方向垂直，对垂直磁场在　式中：Ｆ为作用力；ｇ为电场强度；Ｅ为磁场强度；　为　磁力电解复合抛光中的作用已经有所研究　．４　Ｊ。如　带电粒子的速度；　为磁场强度。　果给电解抛光外加一个平行于电场的磁场，电化学反　应的速度和效率得到了明显提高。通过对带电离子　＝（害）ｅ　＋（　）ｅ，＋（害）ｅ　（２）　在平行磁场中的运动分析，就能掌握磁场在电解抛光　Ｅ＝Ｅｅ　（３）　中的作用，也可以为磁力电解复合抛光机理的研究提　式中：ｅ　，ｅ　，ｅ　为方向矢量。　供途径。因此，该研究为磁力电解复合抛光中磁场如　Ｂ：Ｂｅ，　（４）　何施加提供理论依据，可以大大促进磁力电解复合抛　ｍ（ｉｄｖ）＝Ｆ　（５）　光工艺在工业领域的应用。　２磁场的方向　假设ｔ＝０时，ｖｏ＝（Ｖｏ　）ｅ　＋（‰）ｅ　＋（Ｖｏ，）ｅ　，ｓ０　在磁力电解复合抛光中，磁场的方向与电场垂　＝（　）ｅ　＋（），ｏ）ｅ　＋（　）ｅ　，将式（１）～（４）带人式　收稿日期：２００９—１２—２７　作者简介：牛永江（１９６５一），男，甘肃天水人，副教授，主要从事特种加工制造技术方面的教学与研究工作。　・１８・　

研穷与分析　・机械研究与应用－　（５），推导出带电粒子的速度方程和轨迹方程。　速度方程为：　ｆ鲁＝肺ｏｓ（警ｃ＋　）　｛卺＝警＋ｖｙｏ　（６）　【　＝一硒ｉｎ（警　＝孕　簪　ｙ＝÷　２＋Ｖ￣ｏｔ＋　（７）　—Ｖ￣：　ｑＥ　ｃ０ｓ（簪　＋　＋＋　＋　＋＋　＋＋　Ｙｘ　一　＿｛；～出　＝　【Ｉ　＝　＼　～Ｖ　曲　Ｅ—　ｍ　曲　＋　１　ｒ　『　　‘１　图１　电磁场中的带电离子　２．２带电离子运动分析　为了准确了解在磁场作用下带电离子的运动情　／　８　况，对初始条件分别为　如＝Ｉ）０，Ｙ砷＝０，　＝０；　如：０，　＝ｖ０，％　０；　蚰＝０，　ｖ０＝０，　曲＝　０，的三种典型离　子的运动情况进行分析。将　ｍ＝Ｉ）０，　帕＝０，％＝０；　口曲＝０，ｔ７椰　ｏ，ｔ７　＝０；　柏＝０，　ｖ０＝０，　曲＝ｖ０作为初始　条件分别带人式（６）和式（７）中，得到三种离子的运　动方程和轨迹方程，可以看出，由于磁力线方向和离　子初试速度方向一致，对　们＝０，　砷＝ＶＯ，　劬＝０类离　子的影响小以外，在磁力和电场力作用下，其余两种　都做螺旋线运动。对于电场间反应的其它所有离子　来说，由于磁场和电场的共同作用，其他所有的带电　离子都在整体做螺距逐渐增大的螺旋线运动。　２．３磁场作用分析　没有磁场时其运动方程极为简单，因为带电离子　只受到电极间电场力的作用，其运动方程和轨迹方　程为：　ｒ　＝　如￡＋　０　｛ｌＩ　　Ｙ＝÷　￡．　　＋Ｖｙｏ￡＋Ｙ０　（９）　：　４－　◇　通过对式（６）和式（８），式（７）和式（９）的比较可　Ｚ　以看出，在电场和磁场的共同作用下，电极问带电离　子运动明显复杂，有利于化学反应继续进行，成为改　善电极间化学反应的主要因素，主要体现在以下几个　方面。　（１）降低了浓差极化电化学反应中，浓差极化　是一个不可避免的现象，成为制约电化学反应继续进　行和降低电化学反应速度的一个重要因素。由于磁　场的引人，在磁场和电场的共同作用下，电极间带电　离子统一做螺旋线运动，形成了带电离子运动的涡　流，极大的改变了电化学反应时电极问的电流通道，　降低了电化学反应的浓差极化现象。　（２）搅拌作用通过式（６）和式（８）的比较可以　看出，无磁场时，电极间电化学反应的各带电离子做　简单的匀加速直线运动和离子间的随机相互碰撞运　动。而磁场的引人，使得除初速度和磁场方向一致的　离子以外，其余的离子都做螺旋线运动，大大提高了　带电离子在电极问的活动程度，提高了电解反应的均　匀性，相当于为电化学反应安装了一个搅拌机。如果　使磁场方向来回变化，其搅拌作用将更加明显。　（３）聚集作用传统的电化学反应有很多带电　离子由于相互碰撞以及其他原因，一部分带电离子从　电极间逃逸，降低了电化学反应的效率。在电极间增　加的与电场方向一致的磁场，相当于一个电磁透镜，　对电极间带电离子有聚焦的作用。由于磁场力的作　用，对有可能逃逸的离子进行捕获，使其做螺旋线运　动，大大提高了带电离子从一个电极到达另一个电极　的可能性，从而提高了电化学反应的效率。　可见，在电化学反应中施加一个于电场方向一致　的磁场，能大大改善电化学反应的条件，能够降低电　化学反应的浓差极化，提高电化学反应的速度，提高　电极见带电离子的运动程度，提高电解反应的均匀　性，同时磁场对电极问带电离子有聚焦作用，提高带　电离子从一个电极到达另一个电极的可能性，提高电　化学反应效率。　２．４磁力电解复合抛光头的设计　在磁力电解复合抛光中，磁力电解复合抛光头是　．１９・　

研究与分析　・机械研究与应用・　３．２实验结果　非常关键的部件。直接影响被抛光工件的表面质量。　外加磁场方向可以电场方向垂直也可以和电场方向　平行。但是，外加和电场垂直的磁场较为困难，需要　附加设备。并且，附加设备往往和电解反应中的正负　在上述实验条件下，对表面粗糙度为Ｒａ＝１．２　ｍ的不锈钢工件抛光，２０ｍｉｎ左右，可使表面粗糙　度达到Ｒａ＝０．２　ｍ。　距离较远，对磁场强度有很大的削弱，导致磁力电解　复合抛光中外加磁场的作用效果并不明显。相反，给　电化学反应施加一平行于电场的磁场比较容易。为　了安装和使用方便，磁力电解复合抛光头采用整体式　４结论　（１）由于平行磁场使的带电离子做螺旋线运动，　可以在电化学反应的电极问产生涡流和带电离子移　动通道，从而大大的降低了电化学反应中两极问的浓　结构。能产生和电场平行磁场的磁铁加在磁力电解　复合抛光头上。抛光片，弹簧，电极和手柄互相连　接　。磁力电解复合抛光头的详细结构如图２所示。　１．手柄　２ｌ缓冲器　罐揍体　４．电极　５．弹簧　６．磁铁　７抛光片　图２磁力电解复合抛光头　３磁力电解复合抛光实验　３．１　实验条件　电流密度０．１５—０．２５Ａ／ｃｍ　，电解液２０％　ＮａＮＯ，　＇引，磁场强度０．１Ｔ。通过增速装置，数控机　床主轴转速可提高到１７５００ｒ／ｍｉｎ。　１．增速装置　２．电捌　３．电解踱喷嘴　４．磁力电解复合抛光头　６．工件　图３磁力电解复合抛光实验原理图　对不锈钢工件抛光的原理图如图３所示。磁力　电解复合抛光头和直流电源的负极连接，同时不锈钢　工件和直流电源负极连接。通过喷嘴，电解液喷到电　解反应的正极和负极之间。磁力电解复合抛光头通　过增速装置安装到数控机床上。　・２Ｏ・　差极化。提高了电化学反应的速度。　（２）附加磁场在电化学反应中相当于一个磁力　搅拌器。提高了参加电化学反应带电离子运动的均　匀性，从而明显的提高了被抛光工件表面的抛光　质量。　（３）附加磁场相当于一个电磁透镜。能够减小　电化学反应中带电离子逃逸的概率，提高从一极到达　另一极的能力，从而提高电化学反应的效率。　总之，在电化学反应中，附加一个于电场平行的　磁场，能够改善电化学反应的条件。同时，如果能够　来回改变该磁场的方向，抛光效果会更明显。　参考文献：　［１］　Ｊ．Ｐ．Ｈｕｉｓｓｏｏｎ，Ｆ．１ｓｍａｉｌ．Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　ｏｆ　ｄｉｅ　ｓｔｅｅｌ　ｆｌｕｒ－　ｆａｃｅｓ．Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏ－　ｇＹ，２００２，１９（４）：２８５—２９．　［２］　Ｓｗａｉｎ，Ｊｏｈｎ．Ｗｈｅｒｅ　ｔｏ　ｒｉｓｅ　ｅｌｅｅｔｒｏｐｏｌｉｓｈｉｎｇ［Ｊ］．Ｄｅｓｉｇｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒ－　ｉｎｇ，１９９９（９）：４７—４８．　［３］Ｌｉ　Ｍｉｎ　Ｓｈｉ，Ｙｕ　Ｑｎａｎ　Ｃｈｅｎ，Ｅｒ　Ｌｉａｎｇ　Ｌｉｕ．Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｆｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒｇｅｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｉｎ　ａ　ｍａｇｎｅｔｉｃ—ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｏｐｌｉｓｈｉｎｇ［Ｊ］．Ｋｅｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍａｔｅｉｒｌａｓ，２００８，８（３７５）：６—１１．　［４］Ｋｉｍ　Ｊｅｏｎｇ—Ｄｕ，Ｊｉｎ　Ｄｏｎｇ—Ｘｉｅ，Ｃｈｏｉ　Ｍｉｎ—Ｓｅｎｇ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆａｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ　ｏｎ　ａｎ　ｅｌｃｅｔｒｏｌｙｔｉｃｆｉｎｉｓｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｉｎ—　ｔｅｒｎａｔｌｏｎａｌ　ｉｏｕｒｎａｌ　ｏｆｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ＆ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，１９９７，３７（４）：　１５一ｌ７．　［５］　Ｃｈｅｎ　Ｙｕｑｕａｎ．Ｓｕｔｄｙ　ｆｏ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｎ　ＳｎＳｂ　ａｌ—　ｌｏｙ　ｍｏｕｌｄｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎｌａ　ｏｆ　ｍａｔｅｒｉｌａｓ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｃｅｈｏｌｏｇｙ，２００２　（１２９）：３１０—３１４．　［６］　时立民，陈玉全，时启民．磁力电解复合抛光片的研制［Ｊ］．哈尔　滨理工大学学报，２００７，１２（６）：１１３—１１６．　［７］　Ｅ．一Ｓ．Ｌｅｅ．Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒ／ｓｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｌｃｅｔｏｒｏｐｌｉｓｈｉｎｇ　ｆｏ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ（ＳＴＳ３１６Ｌ）［Ｊ］．ＡｄｖａｒＩｃｅｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｅｌｍｏｌｏｇｙ，　２０００，１６（８）：５９１—５９９．　［８］Ｈｏｎ—ｙｕｅｎ　Ｔａｍ，Ｏｓｍ　ａｎｄ　Ｃｈｉ—ｈａｎｇ　Ｌｕｉ，Ａｌｂｅｒｅｒｔ　ＣＫ　ＭＯＫ．ｒＤ－　ｂｏｔｉｃｓ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　ｏｆ　ｆｒｅｅ—ｆｏｒｍ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｕｓｉｎｇ　ｓｅａｎｎｌｎｇ　Ｐａｔｈｓ［Ｊ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｃｅｈｎｏ／ｏｇｙ，１９９９，（９５）：１９１－２００．