Методы интенсификации магнитно абразивной обработки. Магнитно-абразивная обработка

• Киселев Вячеслав Валериевич , преподаватель
• Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

• ЧИСТОТА ПОВЕРХНОСТИ
• МАГНИТ
• ПОЛИРОВАНИЕ

Магнитно-абразивное полирование - это хорошо известный способ проведения финишной обработки, который позволяет получать высокое качество и чистоту обрабатываемой поверхности. Проведение данного вида обработки возможно применять для сложных рельефных и сложных фасонных поверхностей. В работе приведены некоторые особенности применения этой обработки.

• Установка для оценки качества смазочных материалов, используемых в пожарной технике
• Технологические особенности процесса магнитно-абразивного полирования
• Техническое обслуживание автомобильной техники, как залог ее надежности
• Разработка комбинированной смазочной композиции для узлов трения пожарной техники
• Новая конструкция ремонтного стула для технического обслуживания автомобилей

Известно, что долговечность трущихся деталей в значительной степени зависит от качества обработки поверхностей. Наиболее часто в качестве финишной обработки поверхностей трения используют механическое полирование. В настоящее время свое развитие получает другой способ полирования - магнитно-абразивное полирование. По данной проблематике опубликовано значительное число работ, попробуем разобраться в преимуществах этого вида обработки.

Полирование является физико-химическим процессом финишной обработки, которая обеспечивает гладкие поверхности деталей с комплексом заданных эксплуатационных свойств. Цель операции - высокое качество обработанной поверхности. Под термином «качество поверхности» понимают единство трех показателей: шероховатость поверхности, ее «волнистость» и физико-механические характеристики. Качество поверхностного слоя имеет для машиностроения исключительно большое значение. Для его оценки используют количественные значения: шероховатость и волнистость.

Состояние поверхностей и приповерхностного слоя деталей и режущих инструментов в значительной мере определяют их эксплуатационные свойства. Для изделий и инструментов, к которым предъявляются требования долговечности и надежности, важны такие характеристики поверхности, как: коэффициент трения, длительность приработки, износостойкость, наличие дефектов в виде микротрещин, внутренние остаточные напряжения, коррозионная стойкость. Для других изделий могут оказаться важными светоотражательные свойства поверхности, ее способность поглощать газы и атомные частицы, электрическая и магнитная проводимость поверхностного слоя .

Одним из перспективных методов финишной обработки инструментов является метод магнитно-абразивного полирования (MAП). Полирование в магнитном поле позволяет получить высококачественные, высокоточные сферические, сферические и плоские поверхности оптических изделий, в том числе: поверхности тонких линз и деталей микро-оптики .

Сущность метода: магнитно-абразивный порошок располагается между полюсами электромагнитов, создавая режущий инструмент в виде своеобразной "полирующей щетки". При движении заготовки через рабочую зону порошок оказывает давление на деталь в каждой точке поверхности, что приводит к съему металла и сглаживанию микронеровностей. В роли связки абразивных зерен используется магнитное поле, обладающее упругими силами воздействия на единичные зерна. Причем степень упругости этой связки легко регулируется изменением напряженности магнитного поля, обеспечивая различные этапы обработки (черновое, чистовое полирование). Тем самым МАП может приближаться к шлифованию свободным или связанным абразивом, позволяя использовать преимущества первого или второго в одном рабочем цикле.

В общем случае при магнитно-абразивной обработке (МАО) инструментов в качестве основной рабочей среды используется ферроабразивный порошок (ФАП). Большинство технологических процессов МАО реализуется с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), существенно повышающих эффективность обработки.

Однако применение энергии магнитного поля в технологических целях является сложной научной и технической задачей. Наряду с использованием положений теоретического и прикладного электромагнетизма, а также электротехники потребовалось проведение комплексных исследований для определения наиболее оптимальных условий функционирования магнитного поля. Для более углубленного изучения топографии магнитного поля, его динамических, кинематических и других характеристик необходимо создание наиболее оптимальных параметров устройств, генерирующих магнитное поле .

Одним из новых перспективных способов отделочной обработки является магнитно-абразивное полирование (МАП), позволяющее на разнообразных по физико-механическим свойствам материалах (сталях, твердых сплавах, цветных металлах и сплавах, стекле и других неметаллах) получать низкие параметры шероховатости поверхности с высотой микронеровностей 0,05-0,4 мкм и благоприятными для эксплуатации другими характеристиками. Роль режущего инструмента при МАП выполняют магнитно-абразивные порошки, обладающие одновременно высокими магнитными и режущими свойствами. Гамма таких порошковых материалов создана в СССР и изготовляется промышленным способом. Силы резания создаются с помощью магнитного поля, воздействующего на зерна магнитно-абразивного порошка, размещенного между полюсами магнитного индуктора и обрабатываемой поверхностью.

Сущность МАП заключается в том, что обрабатываемой поверхности детали или порошку с магнитными и абразивными свойствами, помещенными в магнитное поле, сообщают принудительное движение относительно друг друга. Съем металла осуществляется в результате силового воздействия порошка на поверхность детали и указанных относительных движений.

Многообразие геометрических форм поверхностей, требующих отделочной обработки, и широкие возможности магнитных полей, способных выполнять в процессе абразивной обработки различные функции, привели к созданию различных схем магнитно-абразивного полирования. В частности существуют некоторые схемы полирования деталей. В этом случае магнитное поле формирует из порошковой ферромагнитной абразивной массы 3 своеобразный режущий инструмент, воспроизводящий форму обрабатываемой поверхности, и создает нормальные и тангенциальные силы, прижимающие зерна порошка к детали 1 и удерживающие их в рабочем зазоре. Движения резания обрабатываемой детали сообщаются обычным электромеханическим способом. Кроме вращения детали, являющегося в этой схеме главным движением резания, детали или полюсам электромагнитов 2 может быть сообщена осцилляция вдоль оси вращения.

Силы резания независимо от схемы полирования создаются магнитным полем, а величина и направление этих сил определяются напряженностью и структурой поля в рабочем пространстве.

На величину сил резания можно влиять, изменяя силу тока в обмотках электромагнитов, величину зазоров между деталью и полюсами электромагнита, а также структуру поля в рабочем пространстве, которая в известной мере определяется конфигурацией полюсов электромагнитов и размерами межполюсного пространства.

Особенностями магнитно-абразивного полирования являются устранение динамических нагрузок абразивных зерен при резании абразивным инструментом и появление в результате этого вспышек высоких критических температур в локальных зонах обрабатываемой поверхности, отсутствие трения связки о детали и резкое уменьшение общей температуры резания, отсутствие необходимости периодической фасонной правки абразивного инструмента и отсутствие вообще необходимости изготовления абразивного инструмента на жесткой связке.

Список литературы

1. Барон Ю. М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инст-рументов..- Л.: Машиностроение. Ленингр. 1986. - 176 с;
2. Сакулевич Ф.Ю. и др. - Магнитно-абразивная обработка точных деталей. - Мн.: "Высш. школа", 1977. -288 с.
3. Скворчевский Н.Я., Федорович Э.Н., Ящерицын П.И. Эффективность магнитно-абразивной об¬работки.- Мн.: Наука i техника, 1991.-215 с.

Магнитно-абразивная обработка (МАО) (англ. magnetic-abrasive machining, нем. Magnetschleifbearbeitung) - абразивная обработка, осуществляемая при движении заготовки и абразивных зерен относительно друг друга в магнитном поле (согласно ГОСТ 23505-79 «Обработка абразивная. Термины и определения»).

Сущность магнитно-абразивной обработки заключается в том, что порошковая ферромагнитная абразивная масса, уплотненная энергией магнитного поля , осуществляет абразивное воздействие на обрабатываемую деталь.

Магнитно-абразивным способом можно успешно обрабатывать поверхности: цилиндрические наружные и внутренние, плоские, тел вращения с криволинейной образующей, винтовые и др.

Наиболее распространенной областью применения магнитно-абразивной обработки является снижение шероховатости на обрабатываемых поверхностях с одновременным повышением качественных характеристик поверхностного слоя.

История развития технологии МАО

Идея использования энергии магнитного поля для механической обработки деталей принадлежит Н. И. Каргалову , который в 1938 г. предложил способ обработки внутренних поверхностей труб абразивным порошком, обладающим ферромагнитными свойствами.

В 1956-1959 гг. был зарегистрирован ряд патентов в США, Франции и др. странах на способы и устройства для магнитно-абразивной обработки свободным абразивным порошком в переменном, циклически меняющем полярность магнитном поле .

В 1960-1961 гг. в СССР две группы исследователей под руководством В. А. Шальнова и В. Н. Верезуба предложили способы абразивной обработки в поле электромагнита на постоянном токе плоских поверхностей из немагнитного материала.

В СССР в 1980-е - начале 1990-х годов исследованиями в области магнитно-абразивной обработки занимаются в основном научные коллективы Минска (Скворчевский Н. Я. , П. И. Ящерицын , Чачин В. Н. , Сакулевич Ф. Ю. , Хомич Н. С. , Кудинова Э. Н. , Абрамов В. И. , Кульгейко М. П. , Романюк С. И. , Михолап С. В. , Лепший А. П. , Али Хусейн Кадхум ) и Ленинграда (Барон Ю. М. , Приходько С. П. , Кобчиков В. С. , Нестеров В. М. , Желтобрюхов Е. М. ).

В 1990-е годы магнитно-абразивной обработкой занимаются коллективы научных подразделений Физико-технического института НАН Беларуси, БНТУ , научно-инженерного предприятия «Полимаг» (Беларусь). Разработаны и реализованы теоретические и практические задачи полирования в магнитном поле цилиндрических и сферических поверхностей изделий, работающих, преимущественно, в узлах трения машин и механизмов. Поисковые исследования показали перспективность применения магнитно-абразивной обработки для подготовки поверхностей изделий перед операциями сварки и нанесения покрытий.

В последние годы проводятся исследования по магнитно-абразивной обработке поверхностей прецизионных деталей электроники , оптики и лазерной техники (УП "Полимаг" . . , MATI (США)).

В последнее десятилетие технология магнитно-абразивной обработки получила развитие во многих странах мира. Исследованиями в этой области занимаются научные коллективы различных университетов и компаний:

Классификация схем МАО

Классификация по трём признакам :

• Функциональное назначение
  • I - магнитное поле формирует из порошковой ферромагнитной абразивной массы режущий инструмент с управляемой жесткостью и создает силы резания;
  • II - магнитное поле формирует из порошковой ферромагнитной абразивной массы режущий инструмент с управляемой жесткостью, создает силы резания и сообщает режущему инструменту движения резания;
  • III - магнитное поле сообщает силы и движения резания несформированной массе ферромагнитного абразивного порошка;
  • IV - магнитное поле сообщает необходимые для резания движения непосредственно заготовке или абразивному инструменту;
  • V - магнитное поле в зоне обработки интенсифицирует или улучшает качественные характеристики существующих абразивных способов обработки.
• Форма обрабатываемых поверхностей
  • А - схемы обработки наружных поверхностей вращения;
  • Б - схемы обработки внутренних поверхностей вращения;
  • В - схемы обработки плоскостей и линейчатых фасонных поверхностей;
  • Г - схемы обработки трехмерных фасонных поверхностей.
• Тип используемого магнитного индуктора
  • 1 - схемы с электромагнитными индукторами постоянного тока;
  • 2 - схемы с электромагнитными индукторами переменного тока;
  • 3 - схемы с электромагнитными индукторами трехфазного тока;
  • 4 - схемы с индукторами на постоянных магнитах.

Схемы МАО I группы:

а) Обработка наружных цилиндрических или фасонных поверхностей вращения (рисунок 1а). Для этого заготовку 1 помещают между полюсами электромагнита постоянного тока. Зазоры между полюсами 2 и обрабатываемой поверхностью заполняют магнитно-абразивным порошком 3. При этом образуется своеобразный абразивный инструмент, копирующий форму обрабатываемой поверхности. Жесткостью этого инструмента можно управлять, изменяя напряженность магнитного поля в рабочих зазорах. Магнитное поле удерживает порошок в зазорах и прижимает его к обрабатываемой поверхности. Необходимые для обработки движения резания - вращение и осцилляция заготовки вдоль оси.

б) Обработка наружных цилиндрических и фасонных поверхностей вращения небольших диаметров с консольным закреплением заготовок (рисунок 1б) . Обработке одновременно подвергают несколько заготовок 5, каждая из которых закреплена в отдельном шпинделе. Кольцевая ванна 4 выполнена из немагнитного материала и заполнена магнитно-абразивным порошком. По внутреннему и наружному периметрам ванны размещены полюсы электромагнитов противоположной полярности. При их включении порошок образует внутри ванны абразивную среду с регулируемой жесткостью. Заготовкам сообщают три рабочих движения: вращение вокруг собственных осей, осцилляцию вдоль оси и перемещение вдоль средней окружности кольцевой ванны.

в) Обработка винтовых поверхностей (рисунок 1в) . Заготовку помещают внутрь цилиндрической немагнитной камеры 9, укрепленной между полюсами электромагнита 8 постоянного тока, который при включении сообщает магнитно-абразивной порошковой массе внутри камеры заданную жесткость. При вращении заготовки 10 полируемая резьба, как шнек, стремится вытеснить магнитно-абразивный порошок из камеры, а полированию преимущественно подвергается одна сторона профиля резьбы. Для обработки второй стороны профиля изменяют направление вращения заготовки 10. Одновременно изменяется направление движения порошка.

г) Доводка рабочей поверхности резца (рисунок 1г) . Электромагнит 12 служит для удерживания магнитно-абразивного порошка 13 между полюсами и для изменения его жесткости синхронно с вертикальными осцилляциями резца. При движении резца вверх электромагнит включается, при движении вниз - выключается. Такая синхронизация включений-выключений необходима для предотвращения затупления режущих кромок резца.

д) Обработка внутренней поверхности немагнитного тонкостенного контейнера (рисунок 1д) . Порция магнитно-абразивного порошка 15 силами магнитного поля, наведенного электромагнитом 16, прижата к обрабатываемой поверхности и удерживается от вращения вместе с обрабатываемой деталью.

Схемы МАО II группы:

а) Обработка наружных поверхностей вращения (рисунок 2а). Осцилляция полюсных наконечников сообщает силами магнитного поля дополнительные движения магнитно-абразивному порошку в рабочих зазорах взамен осцилляции заготовки. Такая схема эффективна при магнитно-абразивной обработке на токарных станках, где для шпинделя не предусмотрено осциллирующее вдоль оси движение, а также при обработке массивных заготовок.

б) Обработка плоскостей с помощью индуктора на постоянных магнитах (рисунок 2б). На рабочей торцевой поверхности индуктора 2 по кольцу расположены чередующиеся полюсники и постоянные магниты . Магнитно-абразивный порошок, закрепленный силами магнитного поля на торцевой поверхности индуктора, вращается вместе с индуктором и производит полирование поверхности поступательно движущейся заготовки 1.

в) Обработка линейчатой фасонной поверхности (рисунок 2в). На заготовке 3 с помощью осциллирующего индуктора 4 на постоянных магнитах, сообщающего силы резания и осцилляции зернам магнитно-абразивного порошка, размещенного в рабочем зазоре .

г) Обработка наружной сферической поверхности (рисунок 2г)(а.с. 531715 СССР). Магнитное поле в рабочих зазорах наводится электромагнитом 5 постоянного тока . Обработка осуществляется при вращении заготовки 6 и полюсных наконечников 7; последние передают вращение магнитно-абразивному порошку 8 в рабочих зазорах.

д) Обработка внутренних беговых дорожек на кольцах шарикоподшипников (рисунок 2д)(а.с. 20444 НРБ). Осуществляется при введении внутрь обрабатываемого кольца 9 - вращающегося полюса 10 электромагнита 11 с удерживающимся на периферии его полюса магнитно-абразивным порошком.

е) Обработка внутренних поверхностей труб с помощью вращающегося электромагнита (рисунок 2е)(а.с. 21083 НРБ, а.с. 657978 СССР). Электромагнит имеет несколько секций катушек 12, размещенных в пазах корпуса 13. При этом кольцевые участки 14 становятся противоположно заряженными полюсами, удерживают на себе магнитно-абразивный порошок и передают ему рабочее вращательное движение. Дополнительно электромагнит перемещается вдоль оси трубы, увлекая за собой магнитно-абразивный порошок в рабочих зазорах.

Схемы МАО III группы:

а) Обработка внутренних поверхностей труб (рисунок 3а)(а.с. 55507 СССР). Помещают в трубу 1 магнитно-абразивный порошок 2 и заставляют его вращаться с помощью вращающегося магнитного поля, созданного трехфазным электромагнитным индуктором 3.

б) Обработка поверхностей произвольной формы (рисунок 3б) . Заготовку 4 произвольной формы закрепляют внутри немагнитного контейнера 5, окруженного электромагнитами 6. При поочередных импульсных включениях электромагнитов масса магнитно-абразивного порошка 7 перемещается внутри контейнера по направлению к включенному в данный момент электромагниту.

в) Обработка нижней поверхности листового материала (рисунок 3в). Листовой материал 8, протягивается между электромагнитом 9 и контейнером 10, содержащим магнитно-абразивный порошок 11 (Пат. 1507495 Франция).

Магнитно-абразивная обработка

Резюме. Рассмотрены вопросы разработки технологий и создания оборудования для финишной обработки поверхностей с использованием магнитно-абразивного метода. Показана возможность его применения как для простых, так и сложных по форме деталей из различных материалов - металлов и сплавов, керамики, монокристаллов и др. Ключевые слова: магнитно-абразивная обработка, полирование, формообразование.

Компания «Полимаг» имеет большой опыт разработки оригинальных эффективных технологий и создания специального оборудования различной степени сложности для финишной обработки (чаще всего магнитно-абразивной) изделий, применяемых в машино- и приборостроении, оптической, электронной и других отраслях промышленности.

Процесс магнитно-абразивной обработки (МАО) осуществляет ферроабразивный порошок, уплотненный магнитным полем. Принципиальное отличие МАО от традиционных абразивных методов - отсутствие связки, что позволяет формировать режущий контур из абразивных элементов непосредственно у поверхности, а количество рабочих микро- и субмикроэлементов на единицу площади при этом во много раз больше, чем при шлифовании. В то же время при МАО преобладают процессы субмикроцарапания, упругопла-стического сдвига металла и микровыглаживания поверхности,

Николай Хомич,

директор научно-инженерного предприятия «Полимаг», кандидат технических наук

значения нагрева и давления в зоне обработки значительно ниже. Температура в месте контакта ферроабразивного зерна и детали не превышает 150 °C, не образуются дефекты, свойственные абразивной обработке. При МАО очень важна роль применяемого импульсного магнитного поля. Оно вызывает проявление в приповерхностном слое образца магнитно-пластического, магнитоэлектрического и магнитострикционного эффектов. Под их воздействием приводятся в движение (подобное броуновскому) слабозакрепленные дефекты структуры (дислокации, дисклинации, ротации и др.), образовавшиеся в ходе предше-

ствующей операции обработки детали. Значительная их часть выходит на поверхность, а «мягкая щетка» из ферроабразивного порошка формирует нанорельеф с незначительной шероховатостью и приповерхностный слой с минимумом дефектов структуры - потенциальных очагов разрушения материала детали.

Метод отличается высокой универсальностью и простотой реализации и обслуживания. Благодаря различным конструктивным исполнениям элементов рабочей зоны и широкому выбору кинематических схем можно успешно обрабатывать как простые, так и сложные по форме поверхности - цилиндрические наружные и внутренние, плоские, тел вращения с криволинейной образующей, винтовые с различным профилем, сложнофасонные и др. При этом возможность использования разнообразных по составу и свойствам технологических сред в процессе МАО позволяет обрабатывать изделия из различных материалов в широком

Наномир структур и явлений

диапазоне - металлы и сплавы, керамику, монокристаллы и др.

В зависимости от предъявляемых требований магнитно-абразивным способом можно осуществлять полирование или зачистку детали, а также модификацию приповерхностного слоя. Магнитно-абразивное полирование (МАП) обеспечивает качественную поверхность с низкой шероховатостью (от микро-до наноуровня) с минимальным количеством дефектов структуры. В свою очередь зачистка удаляет загрязнения и изначальную окисную пленку, формируя взамен нее аналогичную тонкую новую, которая с течением времени практически не растет и предохраняет основной материал от коррозии. Магнитно-абразивная модификация создает барьерный приповерхностный слой путем внесения в него определенных легирующих элементов и обеспечения оптимального напряженно-деформированного состояния.

Таким образом, метод МАО может обеспечивать требуемое качество и специальные эксплуатационные свойства поверхности изделий - сопротивление коррозии, износу и механическому разрушению.

На предприятии «Полимаг» большое внимание уделяется исследованиям и разработкам в области супертонкой обработки деталей оптики, лазерной техники и микроэлектроники.

Для магнитно-абразивного полирования плоских, сферических и асферических поверхностей с целью улучшения макрогеометрии и снижения шероховатости создана программно управляемая установка модели А09 (рис. 1). Основные ее технические характеристики приведены в табл. 1.

Параметры МАП вводятся в ЧПУ установки А09 по данным интерферограммы исходной (механически полированной)

Диаметр обрабатываемой детали, мм 10...100

Толщина обрабатываемой детали, мм 0,5.. .30,0

Частота вращения магнитного индуктора, с-1 5.25

Шероховатость после МАП, Рэ, нм < 2

Точность формы обработанной детали, мкм 0,01.0,05

Время обработки, мин 3. 15

Потребляемая мощность, кВт 1,5

Габаритные размеры ДхШхВ, мм 700x600x500

Масса, кг 80

поверхности. Процесс осуществляется путем автоматического сканирования образца эластичным магнитно-абразивным инструментом, а съем материала происходит избирательно на выступающих участках поверхности. Например, МАП плоской пластины из оптического стекла диаметром 28 мм позволило за 6 мин. снизить параметр макрогеометрии РУ с 158 нм до 30 нм и уменьшить шероховатость с 20 до 1,4 нм.

В 2015 г. запланировано завершить работы по созданию установки А14, превосходящей по технологическим возможностям установку А09 и позволяющей полировать детали размерами от 20х20 до 200х200 мм с обеспечением Б.а < 1 нм (для отдельных задач Б.а < 0,2 нм).

Общий вид установки А14 представлен на рис. 2.

На предприятии разработаны и реализованы на практике технологии и оборудование для магнитно-абразивной обработки (модификация, полирование) наружных и внутренних поверхностей труб из циркониевых сплавов диаметром 6-15 мм -оболочек тепловыделяющих элементов атомных реакторов. Основная задача - повышение коррозионной стойкости и качества поверхности, а также замена традиционно используемого процесса травления труб во фтористо-водородных растворах, применение которых экологически небезопасно. Исследования процесса магнитно-абразивной

модификации циркониевых компонентов, в том числе реакторные испытания модифицированных оболочек твэлов, показали перспективность его промышленного применения в атомном машиностроении. Разработанная технология и установка Т15 (рис. 3) используются в Инсти-

Основные

технические

характеристики

установки

Рис. 1. Установка А09

Рис. 3. Рабочий модуль установки Т15

Табл. 2. Основные технические характеристики установки Т15

VO Установки

"Z для магнитно-

2 S абразивной

< сс О обработки

Наименование показателя Значение показателя

Диаметр обрабатываемой детали, мм 6...15

Длина обрабатываемой детали, м 0,7...5

Шероховатость после МАП, Ра, мкм < 0,2

Размерный съем металла, мкм 10.30

Скорость обработки, м/мин 0,5.1,5

Потребляемая мощность, кВт 2,5

Габаритные размеры ДхШхВ, м 11,5x0,6x1,3

Масса, кг 200

туте промышленных ядерных технологий Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», а также проходят апробацию на предприятиях Росатома. Технические характеристики установки Т15 приведены в табл. 2.

Заслуживает внимания установка МК12 (рис. 4 а) для магнитно-абразивного полирования сложных поверхностей компрессорных лопаток из титановых сплавов и жаропрочных сталей. Основными задачами здесь являются повышение эксплуатационных свойств лопаток - сопротивления коррозии, эрозии и знакопеременным механическим нагрузкам, что будет способствовать повышению безопасности эксплуатации летательных аппаратов, а также замена ручного труда рабочих на финишных операциях обработки данных изделий. Указанные технология и устройства используются компанией «Мелита-К» (Казань, Россия), а также планируется их внедрение на предприятиях Минавиапрома Российской Федерации.

Разработаны и применяются в производстве технология и установка П12 (рис. 4 б) для магнитно-абразивного полирования торцевых поверхностей пуансонов из инструментальных сталей для прессования таблеток из сыпучих материалов, в том числе лекарственных препаратов. Основная задача - повышение качественных характеристик рабочих поверхностей, а также автоматизация процесса. Данные технология и оборудование используются на предприятии «Точная механика» (Минск) в производстве пуансонов различного применения.

Установка М14 (рис. 4 в) осуществляет магнитно-абразивную зачистку кромок изделий из алюминиевых и других сплавов перед сваркой. В ходе операций удаляются оксидные пленки, формируется поверхность с минимумом дефектов структуры и высокой коррозионной стойкостью. Обработанные детали с течением времени практически не окисляются и пригодны к сварке в течение 30 суток и более (в случае подготовки химическим травлением этот срок составляет лишь 8 часов). Установка содержит 3 наладки,

позволяющие помимо зачистки кромок полировать плоские и цилиндрические поверхности.

Проводятся исследования и разрабатываются способ и установка для магнитно-абразивного полирования твердосплавных сменных многогранных пластин с наконечниками из кубического нитрида бора с целью обеспечения заданного радиуса округления режущей кромки и повышения качества всей поверхности пластины перед нанесением покрытий. В этой технологии заинтересованы многие предприятия, изготавливающие инструменты различного назначения.

Также ведутся работы по созданию способов и устройств для магнитно-абразивного полирования внутренних поверхностей волноводных труб из медных сплавов СВЧ-устройств РЛС. Внедрение данной технологии и оборудования планируется на предприятиях концерна ПВО «Алмаз-Антей» (Россия).

Организовано производство по изготовлению технологических сред (ферроабразивных порошков, абразивных суспензий) для магнитно-абразивной обработки различных материалов, завершается создание опытно-промышленного участка по серийному выпуску оборудования.

В настоящее время компанией «Полимаг» выполняются НИОКР, развивается сотрудничество с заказчиками из стран СНГ, ЕС, а также из Китая. СИ

See: http://innosfera.by/2015/06/ Magnetic_abrasive_machining

В настоящее время в области металлообработки определилось направление, связанное со снижением припусков и расширением объема финишных операций. Снижение припусков позволяет экономить материальные ресурсы на изготовление деталей и машин, а всевозрастающие требования к точности и качеству обработанных поверхностей определяют тенденцию к использованию финишных операций, особенно когда речь идет о высокой точности обработки. Среди финишных операций достойное место занимает магнитно-абразивная обработка (МАО), являясь высокопроизводительным методом обработки металлов. Она позволяет при наименьших съемах материала наиболее активно воздействовать на обрабатываемую поверхность и управлять микрогеометрией и физическим состоянием поверхностных слоев материала изделия. При этом обеспечиваются их максимальная износостойкость и усталостная прочность.

В основе процесса магнитно-абразивной обработки лежит механический и механохимический съем металла и его окислов с поверхности обрабатываемой заготовки детали, а также сглаживание микронеровиостей путем их пластического деформирования зернами магнитно-абразивного порошка, которые под воздействием постоянного магнитного поля увеличивают свою плотность и прижимаются к обрабатываемой поверхности, совершающей относительное движение. Подача СОЖ в зону обработки, которая в данном процессе выступает как носитель поверхностно-активных веществ, а не как средство охлаждения детали, обеспечивает возникновение процесса электролиза, в результате которого растворяются поверхностный слой материала детали и ферромагнитная основа зерен порошка. Анодное растворение поверхности металла обрабатываемой заготовки детали влияет на съем металла, а растворение ферромагнитной основы зерен порошка обеспечивает вскрытие абразивных частиц и способствует увеличению их режущей способности.

Процесс обработки способом МАО носит характер избирательного и ориентированного абразивного микрорезания и микровыглаживания. Сущность избирательного абразивного микрорезания состоит в том, что при сравнительно больших величинах микровыступов зерна порошка контактируют преимущественно с вершинами гребешка, которые являются концентраторами магнитных силовых линий. Каждый рабочий элемент (зерно) в магнитном поле устанавливается своей наибольшей осью по направлению магнитных силовых линий, т.е. к обрабатываемой поверхности. При износе и затуплении вершин в процессе обработки происходит переориентация элемента таким образом, что вновь образовавшаяся наибольшая ось направляется вдоль магнитных силовых линий. В результате этого обработка поверхности заготовки проводится острыми кромками, т.е. имеет место процесс ориентированного абразивного резания.

Поскольку при МАО связкой абразивного инструмента является энергия магнитного поля электромагнита, способная удерживать зерна порошка (инструмента) в подвижно-связанном состоянии, а также координировать их относительно обрабатываемой поверхности, то появляется возможность существенным образом поменять условия полирования.

Особенности метода МАО: непрерывный контакт порошка с обрабатываемой поверхностью заготовки детали, что снижает циклические нагрузки па систему станок - приспособление - инструмент - деталь и способствует повышению точности геометрических размеров и формы обрабатываемой поверхности; отсутствие жесткого крепления абразивного зерна в связке, которое способствует самопроизвольному нивелированию режущего инструмента относительно формы обрабатываемой поверхности и устраняет вероятность появления в зоне резания критических давлений и температур; повышение физико-механических показателей качества поверхностного слоя материала изделия; возможность управления жесткостью инструмента и за счет этого обеспечение регулирования съема металла с формообразующей поверхности изделия; отсутствие трения связки о поверхность изделия, существенно снижающего температуру в зоне абразивной обработки; возможность резания наиболее острой кромкой зерна магнитно-абразивного порошка (при этом не требуется периодическая перезаточка инструмента); осуществление размерной или безразмерной (декоративной) обработки, обеспечивающей за 10... 120 с съем металла 0,02...0,50 мм на диаметр; снижение шероховатости c Ra = 1,25...0,32 до Ra - - 0,08...0,01 мкм или с Ra - = 10,0... 2,5 до Ra - 0,32... 0,08 мкм; сохранение геометрических размеров в пределах допуска, оставленного для операции шлифования; исключение засаливания инструмента, что позволяет полировать мягкие и вязкие материалы, такие, как медь, алюминий, титан.

Рис. 9.1.

На рис. 9.1 представлена схема МАО на примере обработки цилиндрических деталей. Обрабатываемая заготовка детали 1 помещается между полюсными наконечниками 2 электромагнита 3 с некоторыми зазорами, в которые подается порошок 4, обладающий магнитными и абразивными свойствами. Механическим приводом заготовке детали сообщаются вращательное движение и осциллирующее вдоль оси. Силами магнитного поля зерна порошка удерживаются в рабочих зазорах, прижимаются к поверхности заготовки детали и производят ее обработку. В рабочие зазоры подается СОЖ (эмульсия, керосин и т.д.). В данном случае функции силового источника и упругой связки выполняет энергия постоянного магнитного поля. Степень упругости «магнитной» связки легко регулируется изменением напряженности магнитного поля, что позволяет процессу МАО приближаться к шлифованию связанным или свободным абразивом и тем самым использовать преимущества первого и второго в одном рабочем цикле.

Cущность магнитно-абразивной обработки (МАО) основана на способности ферромагнитной массы, размщённой в магнитном поле, без каких-либо механизмов-преобразователей оказывать абразивное воздействие на обрабатываемую поверхность заготовок. МАО относят к отделочным видам обработки. Движение резания при этом может сообщаться как заготовке, так и инструменту.

В первом случае заготовка помещается между полюсными наконечниками электромагнита с некоторыми зазорами, в которые подеется порошок, обладающий магнитными и абразивными свойствами. Детали сообщают вращательное и осциллирующее (вдоль оси) движения. Силами магнитного поля зёрна ферромагнитного порошка удерживаются в зазорах, и, прижимаясь к поверхности детали, обрабатывают её. В рабочие зазоры подают также СОЖ (эмульсол, керосин).

МАО прменяют для обработки деталей из сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов, пластмасс, стекла, предварительно обработанных точением, фрезерованием, шлмфованием. По сравнению с традиционными методами абразисвной обработки МАО обеспечивает повышение производительности труда в 3…5 раз, а при полировании сферических линз из стекла – в 5…6 раз. При этом затраты на абразивный инструмент снижаются в 2…3 раза.

С помощью МАО можно снизить исходную шероховатость с Ra=1,25…3,2 мкм доRa=0,08…0,01мкм; волнистость – в 8…10 раз, гранность - в 1,5…2 раза. Точность размеров и формы – не изменяются. Основные преимущества МАО – возможность обработки сверхтонких изделий (h=0,05…0,5 мм), изделий неправилбной геометрической формы, возможность обнаружения дефектов предшествующей обработки (трещины, прижоги…)

В качестве оборудования при МАО используют как универсальные МРС, так и специальные высокопроизводительные установки.

1. Для полирования валов можно применять токарно-винторезные станки со специально изготовленным магнитным индуктором, устанавлиаемым на суппорт станка, и с дополнительным осциллирующим передним центром.

Для полирования плоскостей применяют следующие схемы МАО:

На плоскршлифовальном станке с горизонтальным шпинделем. В шпиндель станка вместо абразивного круга закрепляют электромагнитнй диск, на периферии которого в магнитном поле равномерно наращивается щётка из ферромагнитного абразивного материала. При вражении они полируют заготовки из немагнитного материала. Электромагнитный диск может состоять из нескольких П-образных элементарных магнитов или из кольцевых соленоидов со стальными сердечниками, установленными в шпинделе на оправке. Питание электромагнитов осуществляется постоянным током. На корпусе шлифовальной бабки рядом с вращающимся электромагнитным диском устанавливают бункер с абразивной ферромагнитной крошкой. Открывая бункер при вращении диска, абразивная среда равномерно наносится на поверхность диска. Зёрна абразивной среды располагаются вдоль силовых линий поля и прижимаются к цилиндрической поверхности диска. Образовавшаяся щётка достаточно эластична и хорошо самозатачивается. Отработавшая абразивная среда удаляется выключением электромагнита. Зазор между образующей диска и заготовкой устанавливают δ=4…6мм.

Полирование плоскостей магнитопроводных заготовок и тонких немагнитных может быть реализовано на вертикально-фрезерном станке, в шпиндель которого вставляют магнитный индуктор для плоского шлифования.

Для МАО внутренних цилиндрических поверхностей используют специальные станки, где внутрь детали вводят один полюсный наконечник, на который подаётся порошок вместе с СОЖ, а наружные полюсные наконечники охватывают деталь, совершающую вращательное движение, а осциллирующее движение совершает внутренний наконечник.

В качестве абразивных материалов для МАО пименяют керметы, получаемые пресованием абразивной и ферромагнитной составляющей, а также чугунные и стальные опилки. В керметах абразивная составляющая может быть из электрокорунда белого, карбида хрома, карбида титана, карбида кремния. Массовая доля железа составляет 70…80 5. Оптимальная зернистость должна быть в пределах 125…315 мкм.

Режимы МАО обусловлены параметрами, характеризующими механическое движение детали и магнитного индуктора, размерами, конфигурацией рабочих зазоров, напряжённостью магнитного поля свойствами кермета и СОЖ. Так, для полирования стальныхзаготовок d=20…100 мм используют следующие режимы:v з =1…2м/c,v осц =8…10 Гц,S=6…8м/мин, кермет ЭБМ40+80%Fe, зернистость 160…250 мкм, магнитная индукция 1…1,3 Тл, рабочий зазор 1…1,5 мм, длина плоских наконечников 60…80 мм, угол охвата детали полюсами 90˚, СОЖ – 5% раствор эмульсола Э2 в воде. За 10…15 с шероховатость сRa=0,16…0,08 мкм становилась равнойRa= 0,04…0,02 мкм.

По сравнению с финишными процессами, где используется абразивный инструмент на жёсткой связке, МАО вызывает незначительный нагрев изделия: без СОЖ до температуры Т=270…300˚С, с применением СОЖ до температуры Т=45…55˚С.