Методы электрофизической обработки

Магнитно-абразивная обработка поверхностей

В настоящее время существует большое количество методов обработки, основанных на совмещении механических и термических, физических и химических воздействий на обрабатываемое изделие. В этих методах формирование поверхности происходит главным образом в результате термомеханических процессов, а другими воздействиями обеспечиваются управление параметрами качества и интенсификация процессов [1, 3, 4].

Высокотехнологичны электрофизические воздействия, так как электромагнитные процессы наиболее легки в управлении [1, 3]. Поэтому особенно перспективны финишные методы, в которых электромагнитное поле формирует абразивный инструмент и путем воздействия на технологическую среду управляет процессом механической обработки [1, 5].

Среди таких финишных методов обработки наиболее широкое практическое применение нашли МАО и МРП (магиитореологическое полирование).

Метод МАО [9-11] реализуется по различным схемам (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Схемы установок для МАО деталей: а, б - обработка тел вращения; в, г — обработка плоских деталей; д, е - обработка на установках с постоянным магнитом деталей с плоскими поверхностями и внутренними поверхностями типа тела вращения (/ — заготовка; 2 - полюсный наконечник магнита; 3 - электромагнитная катушка; 4 - подвеска для заготовок; 5 - контейнер; 6 - электромагнитный индуктор; 7 - ферроабразивный порошок; 8, 10 - магнитные направляющие; 9 - обмотки электромагнита; 11 - ферроабразивный круг; 12 - постоянные магниты; 13 - оправка немагнитная; 14 - ферроабразивная щетка)

Деталь, имеющая форму тела вращения, или плоская деталь помещаются с некоторым зазором между сердечниками электромагнитов или полюсами постоянных магнитов. Наводимый в сердечнике магнитный поток от электромагнитов (электромагниты питаются пульсирующим выпрямленным током) или магнитный поток от постоянных магнитов пронизывают деталь в направлении действия силовых линий.

В зазоры между деталью и сердечником электромагнита подается твердый ферромагнитный порошок (например, ферробор, ферровольфрам, кермет). В процессе обработки деталь вращается, а режущие элементы (зерна ферромагнитного порошка), удерживаемые в зазоре силами электромагнитного поля, получают колебательное движение относительно оси детали за счет осцилляции полюсов. В рабочую зону (зазор) подается СОТС (керосин, 5-10%-ный раствор товарного эмульсола в воде и др.).

МАО связана с механическим или механохимическим съемом металла и его оксидов с поверхности обрабатываемой детали, а также со сглаживанием микронеровностей путем их пластического деформирования зернами магнитно-абразивного порошка [11].

Процесс представляет собой ориентированное и избирательное абразивное микрорезание и микровыглаживание. Его суть состоит в том, что при сравнительно больших величинах микровыступов зерна порошка контактируют преимущественно с вершинами гребешков, являющихся концентраторами магнитных силовых линий. Каждый рабочий элемент (зерно) в магнитном поле устанавливается наибольшей осью по направлению к обрабатываемой поверхности. При износе и затуплении вершин происходит переориентация элемента таким образом, что вновь образовавшаяся наибольшая ось направляется вдоль магнитных силовых линий. В результате обработка поверхности детали производится острыми кромками, т. е. имеет место процесс ориентированного абразивного резания.

Абразивные зерна (частицы ферромагнитного порошка) ориентируются наибольшими осями по направлению магнитных силовых линий, т. е. перпендикулярно к обрабатываемой поверхности. Прижимаясь к ней, они производят микрорезание, что, по существу, является резанием ориентированными абразивными зернами.

Вследствие трения в зонах контакта зерна несколько смещаются в направлении детали и пересекают магнитные линии, в результате чего возникает ЭДС. Появляющиеся микротоки интенсифицируют съем металла и улучшают физико-механические свойства обработанной поверхности. Повышению производительности при МАО способствует применение СОТС, которая является скорее носителем ПАВ, а не средством охлаждения детали. Отличительной особенностью рассматриваемого процесса по сравнению с другими отделочными процессами, в которых используется эластичный режущий инструмент, является то, что во время обработки зерна контактируют преимущественно с выступами неровностей поверхности, которые являются концентраторами магнитного поля. Это приводит к удалению наибольших выступов и неровностей поверхности детали.

Порошки, используемые при МАО делятся на следующие группы:

механические смеси, состоящие из намагничивающих частиц, которые в зависимости от условий эксплуатации могут быть из магнитно-мягкого материала (железо и др.), магнитно-твердого материала (ферриты, сплавы Fe-Ni-Al или Fe-Ni-Al-Co и др.) или из абразивных частиц (алмаз, КНБ, корунд, карбид кремния и др.);

керметные порошки - металлокерамические частицы, представляющие собой гетерогенную композицию на ферромагнитной основе с одной или несколькими керамическими фазами и относительно малой взаимной растворимостью фаз: ферромагнитная основа - железо и его сплавы; абразивная фаза -10-30% (оксиды алюминия и кремния, карбиды кремния и титана, бориды титана и циркония);

литые порошки, представляющие собой частицы закристаллизовавшегося из жидкого состояния ферромагнитного материала.