CC BY
40
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
УДК 621.7.06
Исследование процесса магнитной галтовки в магнитно-абразивном устройстве
В. А. Полетаев, П. К. Чернов
Рассмотрены общее строение установки и принцип магнитной галтовки деталей. Приведены результаты отделочной обработки деталей из цветных сплавов. При полировании деталей используются магнитные поля, создаваемые при помощи постоянных магнитов разной конфигурации из различных материалов, а также смазочно-охлаждающие среды разных составов.
Представленный метод отделочной обработки деталей из цветных металлов позволяет существенно повысить качество их поверхностей.
Ключевые слова: магнитная галтовка, галтовка, магнитное поле, финишная обработка, смазочно-охлаждающая жидкость, галтовочный наполнитель, экспериментальная установка.
Отделочная обработка в машиностроении — это группа заключительных финишных операций обработки металлов, в результате которых достигается высокая точность размеров и формы деталей и улучшается качество поверхности. Финишная обработка изделий и деталей со сложной или фасонной обрабатываемой поверхностью при условии малых габаритных размеров обрабатываемого изделия и мелкосерийного производства в современном машиностроении — процесс трудоемкий и затратный. При отсутствии потребности в массовом выпуске нецелесообразно разрабатывать и изготовлять оснастку для финишной обработки единичной детали со сложной поверхностью. В настоящее время существует множество методов и способов финишной обработки поверхности, но они так или иначе приспособлены под определенный тип обрабатываемой поверхности, под определенные габаритные размеры и качество поверхности, получаемой после обработки. При финишной обработке мелкосерийных малогабаритных изделий со сложным профилем обрабатываемой поверхности существующий ряд проблем необходимо решить для оптимизации самого процесса, сокращения времени, затрачиваемого на обработку и сокращения общих затрат на обработку. При отделочной обработке
применяют различные виды воздействия на обрабатываемую поверхность: механическое (обработка резанием и давлением), электрохимическое и электрофизическое. Наиболее распространенные методы отделочной обработки резанием со снятием мелкой стружки, например галтовка.
Галтовка — технологический процесс очистки поверхности. Применяется для очистки небольших заготовок и деталей от окалины, заусенцев, формовочной земли, также для улучшения качества поверхности изделий — полирования. Галтовка как способ финишной обработки широко распространен в промышленности и заключается в случайном и множественном ударном воздействии на обрабатываемую поверхность движущегося галтовочного наполнителя. В специальный рабочий объем помещаются изделия и галтовочный наполнитель, который приводится в движение и обрабатывает заготовки. При галтовке в зависимости от выбранной схемы и типа наполнителя производятся наклеп, проглаживание, обработка резанием обрабатываемой поверхности.
Магнитная галтовка — вид суперфинишной обработки резанием. Режущим инструментом здесь является ферромагнитный галтовочный наполнитель (иглы). Обработка
происходит в неподвижном рабочем объеме, окруженном постоянными магнитами, в который загружены наполнитель — короткие обоюдоострые иглы, обрабатываемые детали и смазочно-охлаждающая технологическая среда. Полирование деталей происходит в результате соударения перемещаемого
магнитным полем наполнителя и обрабатываемых деталей. Магнитное поле в качестве средства передачи обрабатывающего усилия позволяет управлять потоком наполнителя, так как он движется в соответствии с конфигурацией магнитного поля, индуцируемого постоянными магнитами.
Рис. 1. Схема установки для магнитной галтовки: 1 — основной корпус; 2 — верхняя часть корпуса; 3 — рабочий объем; 4 — рабочий контейнер; 5 — основная группа постоянных магнитов; 6 — подвижный диск; 7 — основной вал; 8 — подшипник; 9 — постоянные магниты; 10 — подвижный борт; 11 — втулка № 1; 12 — основной подшипник; 13 — втулка № 2; 14 — ремень; 15 — блок; 16 — вспомогательный вал; 17 — подшипник; 18 — втулка № 3; 19 — поворотный механизм
Рис. 2. Общий вид устройства для магнитной галтовки: 1 — рабочий контейнер; 2 — поворотный механизм
Е ТАЛ Л О ОБ РАБО Т Kj
На рис. 1 и 2 представлено устройство для магнитной галтовки [1, 2]. Установка работает следующим образом: двигатель передает движение на основной и вспомогательный валы посредством ременной передачи; вращение со вспомогательного вала на втулку № 1 передается при помощи крестообразного ремня, из-за чего втулка № 1 вращается в противоположную сторону основному валу. Основной вал и втулка № 1 передают движение на подвижный диск и подвижный борт. Тем самым поле, индуцируемое основной и вспомогательной группой постоянных магнитов, приходит в движение, воздействуя на находящийся в рабочем контейнере галтовочный магнитный наполнитель. Под воздействием поля наполнитель в контейнере перемещается по сложной траектории и ударяется о поверхность изделий и тем самым обрабатывает их. При необходимости усиления воздействия наполнителя на изделия необходимо увеличить угол наклона рабочего объема.
Под воздействием подвижного магнитного поля ферромагнитный галтовочный напол-
нитель в рабочем объеме перемещается и создает обрабатывающее усилие на поверхности обрабатываемой детали. Магнитное поле для создания достаточного обрабатывающего усилия на поверхности изделий должно отвечать следующим требованиям: смена полюсов при переходе от одного магнита до другого, высокая напряженность поля в рабочей области, высокая неоднородность поля.
При выполнении данных условий наполнитель, взаимодействуя с поверхностью, обрабатывает ее. При недостаточной силе или же неправильной конфигурации поля наполнитель будет беспорядочно перемещаться по рабочему объему, не создавая обрабатывающего усилия на поверхности изделий. Для проведения экспериментов были разработаны рабочие схемы расположения постоянных магнитов на подвижном диске установки для магнитной галтовки (рис. 3).
В данной работе представлены результаты магнитной галтовки деталей при расположении магнитов по схеме №№ 2. Схема составлена из восьми постоянных магнитов двух групп:
а)
г)
Рис. 3. Схемы расположения постоянных магнитов на подвижном диске установки для магнитной галтовки: а — схема 1 с составом 0101 ИЖКГ (4 шт.), материал NdFeB, размеры 14,5 х 5 мм; Br = 0,95Тл, Heb = 750 кА/м, магниты 0103 ЭМЦ097Н (2 шт.), материал NdFeB, размеры: 60 х 15 х 3 мм, Br = 1 Тл, Heb = 700 кА/м; б — схема 2 с составом 0101 ИЖКГ (6 шт.), материал NdFeB; размеры 14,5 х 5 мм, Br = 0,95 Тл, Heb = 750 кА/м, магниты 0103 ЭМЦ097Н (2 шт.), материал NdFeB, размеры 60 х 15 х 3 мм, Br = = 1 Тл, Heb = 700 кА/м; в — схема 3 с составом 0101 ИЖКГ (4 шт.), материал NdFeB, размеры 14,5 х 5мм, Br = 0,95 Тл, Heb = 750 кА/м, магниты 0104 ЕАЖИ (4 шт.), материал NdFeB, размеры 64 х 15 х 3 мм; Br = 1,1 Тл, Heb = = 850 кА/м; г — схема 4 с составом 0101 ИЖКГ (4 шт.), материал NdFeB, размеры 14,5 х 5 мм, Br = 0,95 Тл, Heb = 750 кА/м, магниты 0104 ЕАЖИ (4 шт.), материал NdFeB, размеры 64 х 15 х 3, Br = 1,1 Тл, Heb = 850 кА/м
а)
б)
4,0905
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Время обработки, мин
4,116-
iiiiiiii
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Время обработки, мин
Рис. 4. Изменение массы деталей из латуни марки Л63 при магнитной галтовке: а — в СОТС № 1; б в СОТС № 2
вспомогательной и основной. В основную группу входят два больших редкоземельных кольцевых магнита. Размеры магнита основной группы: внешний радиус 60 мм, внутренний радиус 15 мм, высота 6 мм; физические характеристики: Бг = 1 Тл, Heb = = 700 кА/M. Во вспомогательную группу входят шесть малых редкоземельных цилиндрических магнитов. Размеры магнита вспомогательной группы: r = 14,5 мм, h = 5 мм; физические характеристики: Бг = 0,95 Тл, Heb = 750 кА/M.
Обработка деталей из латуни марки Л63 методом магнитного галтования производилась в различных СОТС с составом № 1 [3], которая содержит бис-алкил, полиок-сиэтилен фосфат калия, моноэтаноламиды
синтетических жирных кислот, циклогекса-нон, бакцид и воду, и составом № 2 [4], содержащим бис-алкил, полиоксиэтилен фосфат калия, моноалкиловые эфиры полиэтиленгли-коля на основе первичных жирных кислот, глицерин, уксусную кислоту и воду.
На рис. 4 представлены изменения массы деталей из латуни марки Л63 при магнитной галтовке в СОТС № 1 и № 2.
Анализ рис. 4 показывает, что основной съем металла при использовании СОТС состава № 1 заканчивается через 10 мин, а при СОТС составом № 2 — через 25 мин. Это может означать, что СОТС № 1 эффективнее СОТС № 2, так как съем металла происходит за меньшее время. На рис. 5 показано изменение параметра шероховатости Яа образцов
а) 1,2
0
0,872
1
2
б) 1,0 0, 0,
0,845
1
2
Рис. 5. Изменение параметра шероховатости поверхности Яа латунного образца при магнитной галтовке: а — в СОТС № 1; б — в СОТС № 2: 1 — перед обработкой; 2 — после обработки
Б*
№ 3(75)/2013
ЧЕТАППООЕ
деталей из латуни марки Л63 до и после обработки методом магнитной галтовки.
Анализ рис. 5 показывает, что наиболее эффективна обработка деталей при использовании СОТС составом № 1.
В статье предложено расположение постоянных магнитов относительно рабочего объема и относительно друг друга, повышающее эффективность использования рабочего объема и усиливающее воздействие потока галтовочного наполнителя на обрабатываемые изделия. Приведены результаты обработки магнитно-абразивной галтовкой латуни марки Л63 в различных СОТС.
Литература
1. Пат. РФ № 97076. Устройство для магнитно-абразивной галтовки / В. А. Полетаев, Н. Л. Павлюкова, Л. К. Чернов. Опубл. в Б. И. № 24, 27.08.2010.
2. Пат. РФ № 111795. Устройство для магнитно-абразивной галтовки / В. А. Полетаев, Л. К. Чернов. Опубл. в Б. И. № 36, 27.12.2011.
3. Пат. РФ № 2261268. Смазочно-охлаждающая технологическая среда для обработки цветных металлов /Н. Л. Павлюкова, В. А. Полетаев, В. В. Марков. Опубл. в Б. И. № 27, 2005.
4. Пат. РФ № 2441060. Смазочно-охлаждающая технологическая среда для обработки цветных металлов / В. А Полетаев, Н. Л. Павлюкова, Л. К. Чернов. Опубл. в Б. И. № 3, 2012.
УДК 621.365.9
Особенности установления
электрогидродинамического режима, используемого для полирования металлов в электролитной плазме
В. Н. Дураджи
В статье представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных в целях изучения режимов, устанавливающихся на активном электроде при прохождении электрического тока в системе металл—электролит. Показано, что с повышением напряжения на электродах электролитической ванны после режима нагрева устанавливаются электрогидродинамический режим и режим контактного электрического разряда, которые могут использоваться для полирования металлов.
Ключевые слова: плазма, разряд, свечение, тлеющий разряд, искровой разряд, коронный, анод, катод, пленочное кипение, пузырьковое кипение.
Как было показано в работе [1], анодный процесс в электролитах состоит из нескольких режимов. Первый режим процесса, наблюдаемый на активном электроде при прохождении электрического тока небольшой плотности в неподвижном электролите, представляет собой низковольтный электролиз с повышением напряжения на электродах электролитической ячейки до 60-70 В и плотности тока до 10-16 А/см2, при котором возникает
коммутационный режим, характеризуемый тем, что вокруг активного электрода периодически образуется парогазовая оболочка, приводящая к запиранию тока в течение 10-3-10-4 с. Третий режим процесса — режим нагрева в электролитной плазме — возникает при напряжениях свыше 80-90 В, когда образуется стационарная парогазовая оболочка вокруг активного электрода, плотность тока уменьшается до 0,8-1,5 А/см2, температура активного
№ 3(75)/2013
351
