CC BY
36
УДК 621.9.01
Упрочнение сверл импульсной магнитной обработкой
А. С. Орлов, В. А. Полетаев
Рассмотрен способ упрочнения режущих инструментов импульсной магнитной обработкой. Представлены основные технические характеристики установки для импульсной магнитной обработки. Приведены результаты износа фаски задней поверхности сверл диаметром 6 мм из быстрорежущей стали Р6М5 при резании сталей 45,40Хи 12Х18Н10Т. Эксперименты проводились на радиально-сверлильном станке 2А135 с автоматической подачей инструмента и его охлаждением СОЖ «Эмульсол ОТ» (концентрацией 5 %) при упрочнении сверл напряженностью магнитного поля Н = 500 кА/м с разным количеством импульсов и с применением ферромагнитного порошка. Установлено уменьшение изнашивания фаски задней поверхности сверла после упрочнения импульсной магнитной обработкой без использования и c использованием ферромагнитного порошка.
Ключевые слова: импульсная магнитная обработка, смазочно-охлаждающая жидкость, экспериментальная установка, режущий инструмент, ферромагнитный порошок, износ, фаска.
Введение
Прогресс современного машиностроительного производства тесно связан с интенсификацией процессов механической обработки, что приводит к ужесточению условий эксплуатации режущего инструмента и возрастанию требований, предъявляемых к его работоспособности. Быстрорежущие стали являются одним из наиболее распространенных материалов для изготовления различного вида инструментов. Поскольку режущий инструмент работает в коррозионной среде и с высокой нагрузкой, то он испытывает большой износ, что приводит к быстрому затуплению его режущих кромок.
Одним из прогрессивных методов упрочнения деталей является магнитная обработка.
Методы магнитной обработки материалов различны как по своим физическим и технологическим принципам, так и по конструктивным исполнениям установок. Магнитную и магнитно-импульсную обработку применяют для упрочнения различных деталей, конструкций и сборочных единиц, например заклепочных, сварных, резьбовых соединений, зубчатых и червячных колес, опорных устройств и муфт, рессор и пружин, стальных канатов и тросов грузоподъемных машин, режущего инструмента, пильчатой гарнитуры
чесальных машин, медицинских инструментов и т. д. [1-5]. Режущий инструмент обрабатывают как постоянным магнитным полем, так и магнитно-импульсным полем напряженностью 100-2000 кА/м при длительности импульса 0,1-4,5 с. Длительность импульса и напряженность магнитного поля зависят от материала инструмента и его размеров. При этом стойкость инструмента, обработанного в магнитном поле, повышается в 2-3 раза.
Разработано несколько типов различных установок и устройств для магнитного упрочнения инструмента и деталей машин. Установки для импульсной магнитной обработки создают магнитное поле напряженностью 50-2000 кА/м (максимальная сила тока в соленоидах 50-2000 А при мощности, рассчитанной для нормальной работы, до 200 кВт).
Основная часть
Для упрочнения режущих инструментов разработана и изготовлена импульсная магнитная установка [6].
Основные технические характеристики установки
Габаритные размеры (ширина х высота х глубина), мм:
главного блока............... 400x300x350
индукторной катушки.......... 150x300x150
ШШШШША
Общая масса установки в сборе, кг, не более . . . . 21 Производительность установки при средних режимах обработки, инструментов в час......................5-6
Напряженность магнитного поля на оси соленоида, кА, не менее................................................1000
Диаметр рабочего канала соленоида, мм, не менее 30
Длина рабочего канала соленоида, мм, не менее 140
Напряжение трехфазной сети, В..........................380
Потребляемая мощность в дежурном режиме, кВт,
не более ............................................................0,05
Средняя потребляемая мощность в режиме обработки, кВт, не более..........................................1,0
Импульсная потребляемая мощность, кВт, не более ....................................................................80
Амплитуда потребляемого тока, А, не более . . . . 150 Действующее значение импульсного потребляемого тока, А, не более............................................125
Номинальная длительность импульса тока, с. . . . 1 Номинальное напряжение на зажимах соленоида,
В......................................................................500
Номинальный ток соленоида, А..........................50
Номинальная импульсная мощность, рассеиваемая
в соленоиде, кВт................................................75
Продолжительность включения, не более, %. . . . 1
При исследовании влияния продолжительности импульсной магнитной обработки, напряженности магнитного поля на стойкость и износ фаски задней поверхности сверл диаметром 6 мм из быстрорежущей стали Р6М5 при резании углеродистых качественных конструкционных сталей 45 эксперименты проводились на радиально-сверлильном станке 2А135 с автоматической подачей инструмента и его охлаждением СОЖ «Эмульсол ОТ» концентрацией 5 %. Обрабатываемый материал — заготовки в форме пластин толщиной 15 мм. Режущие кромки сверл фотографировали на специальных установках при помощи цифрового фотоаппарата. Сверла обрабатывались импульсным магнитным полем [7].
Применялись следующие режимы механической обработки для сталей 45: я = 0,18 -- 0,22 мм/об, V = 14 - 18 м/мин. Были выбраны заготовки в форме пластин толщиной 15 мм. Проведены исследования износа задних поверхностей кромок сверла диаметром 6 мм из быстрорежущей стали Р6М5 с МИО при Н = 500 кА/м с разным количеством импульсов и с применением ферромагнитного порошка при обработке стали 45.
Анализ рис. 1 показывает, что при обработке стали 45 износ фаски задней поверхности сверла при упрочнении МИО с ферромагнитным порошком магнитным полем с напряженностью Н = 500 кА/м находится в пределах 0,34-0,42 мм, а суммарная глубина сверле-
0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0
п
71
Т 1 5 'т 5 3
£___;
тЖ
123456789 10 11 12
Н, мм, х102
Рис. 1. Зависимость износа фаски задней поверхности сверла диаметром 6 мм из быстрорежущей стали Р6М5 от суммарной глубины сверления Н при обработке стали 45 при МИО с Н = 500 кА/м с ферромагнитным порошком:
0 — без упрочнения МИО; 1 — с МИО и одним импульсом; 3 — с МИО и тремя импульсами; 5 — с МИО и пятью импульсами; 7 — с МИО и семью импульсами
ния — в пределах 800-1200 мм. Наименьший износ фаски задней поверхности сверла происходит при трех импульсах.
На рис. 2 представлена относительная стойкость сверл при сверлении стали 45.
При оптимальной напряженности магнитного поля 500 кА/м при использовании ферромагнитного порошка максимальная относительная стойкость сверл достигается при трех импульсах.
На рис. 3 представлена зависимость изменения крутящего момента от суммарной глубины сверления при обработке стали 45 при МИО с Н = 500 кА/м с ферромагнитным порошком.
Эксперименты по измерению крутящего момента при обработке деталей из стали 45 показали, что наименьший крутящий момент возникает при обработке сверлами, упрочненны-
т, % 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Рис. 2. Влияние количества импульсов п магнитной обработки с использованием ферромагнитного порошка на относительную стойкость сверл т
>0 7
У 1>{ 3
т1р5 т
М, Н • м
0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05
0 123456789 10 11 12
к, мм, х102
Рис. 3. Зависимость изменения крутящего момента М от суммарной глубины сверления к при упрочнении стали 45 импульсным магнитным полем напряженностью Н = 500 кА/м с ферромагнитным порошком: 0 — без упрочнения МИО; 1 — с МИО и одним импульсом; 3 — с МИО и тремя импульсами; 5 — с МИО и пятью импульсами; 7 — с МИО и семью импульсами
ми МИО с напряженностью магнитного поля Н = 500 кА/м, с ферромагнитным порошком и при трех импульсах.
Экспериментами установлено, что износ фаски задней поверхности сверл, упрочненных МИО напряженностью Н = 500 кА/м, при сверлении стали 45 находится в пределах 0,34-0,42 мм, а суммарная глубина сверления — в пределах 800-1200 мм. Наименьший износ фаски задней поверхности сверла происходит при трех импульсах. Наименьший крутящий момент при сверлении деталей из стали 45 при упрочнении сверлами, обработанными Н = 500 кА/м, и трех импульсах.
На рис. 4-5 представлены зависимости износа фасок задних поверхностей кромок сверла от суммарной глубины сверления при МИО с напряженностью магнитного поля Н = = 500 кА/м и тремя импульсами сверлами диаметром 6 мм из быстрорежущей стали Р6М5 при обработке сталей 40Х и 12Х18Н10Т.
Имеется различие в износе задней кромки сверла и суммарной глубине сверления при обработке разных сталей.
При обработке стали 40Х износ задней поверхности кромки без упрочнения МИО составляет 0,4 мм, стали 12Х18Н10Т — 0,48 мм. После упрочнения МИО без использования ферромагнитного порошка износ составляет — 0,35 и 0,42 мм соответственно для сталей 40Х и 12Х18Н10Т. Использование ферромагнитного порошка при упрочнении сверл приводит к уменьшению износа фасок задней поверхности кромки сверла до 0,32 и 0,36 мм соответственно для сталей 40Х и 12Х18Н10Т.
При обработке стали 40Х суммарная глубина сверления без упрочнения МИО составляет 600 мм, стали 12Х18Н10Т — 550 мм. После упрочнения МИО без использования ферромагнитного порошка суммарная глубина сверления составляет 900 и 750 мм соответственно для сталей 40Х и 12Х18Н10Т, с использованием ферромагнитного порошка — 950 и 800 мм соответственно для сталей 40Х и 12Х18Н10Т.
На рис. 6 показаны фотографии износа фасок задних поверхностей сверл при обработке МИО образцов-пластин толщиной 15 мм из стали12Х18Н10Т.
10 12
к, мм, х102
Рис. 4. Зависимость износа фасок задних поверхностей кромок сверла от суммарной глубины сверления Н при МИО с Н = 500 кА/м и тремя импульсами сверлами диаметром 6 мм из быстрорежущей стали Р6М5 при обработке стали 40Х:
1 — МИО с ферромагнитным порошком; 2 — МИО без ферромагнитного порошка; 3 — без МИО
8 10
к, мм, х102
Рис. 5. Зависимость износа фасок задних поверхностей кромок сверла от суммарной глубины сверления при МИО с Н = 500 кА/м и тремя импульсами сверлами диаметром 6 мм из быстрорежущей стали Р6М5 при обработке стали 12Х18Н10Т:
1 — МИО с ферромагнитным порошком; 2 — МИО без ферромагнитного порошка; 3 — без МИО
в)
Рис. 6. Фотографии износа фасок задней поверхности кромки сверла при обработке стали 12Х18Н10Т: а — без износа; б — без упрочнения МИО после завершения износа; в — при упрочнении МИО напряженностью Н = 500 кА/м и тремя импульсами после 700 мм глубины сверления; г — при упрочнении МИО напряженностью Н = 500 кА/м и тремя импульсами с ферромагнитным порошком после 800 мм глубины сверления (увеличение х20)
При упрочнении стали 12Х18Н10Т без МИО фаска задней поверхности сверла изнашивается по всей длине режущей кромки (фаски), по уголкам режущих кромок (скругление) и по перемычке (вспомогательной режущей кромке) (рис. 6, б). После упрочнения импульсной магнитной обработкой без использования и с использованием ферромагнитного порошка фаски износа задней поверхности сверл, перемычка и уголки режущих кромок сверла изнашиваются меньше (рис. 6, в, г).
Выводы
Внедрение магнитной обработки в технологический процесс изготовления режущего инструмента представляется возможным и целесообразным. Низкая стоимость, высокая производительность, простота технологии магнитной обработки, высокий уровень безопасности и экономический эффект позволяют рекомендовать использование ее при изготовлении режущего инструмента.
Литература
1. Малыгин Б. В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. М.: Машиностроение, 1989. 112 с.
2. Полетаев В. А., Третьякова Н. В. Магнитно-импульсная обработка пильчатой гарнитуры чесальных машин // Текстильная промышленность, 1995. № 3. С. 20-21.
3. Полетаев В. А., Басыров И. 3., Орлов А. С. Применение ферромагнитной жидкости при упрочнении деталей машин импульсной магнитной обработкой // Вестн. машиностроения. 2002. № 3. С. 40-43.
4. Полетаев В. А., Шабалин А. Н. Исследование на износостойкость зубчатых колес, упрочненных импульсной магнитной обработкой // Вестн. ИГЭУ. 2006. Вып. 3. С. 26-27.
5. Полетаев В. А., Зайцев А. А. Повышение долговечности медицинских метчиков методом импульсной магнитной обработки // Вестн. ИГЭУ. 2006. Вып. 3. С. 29-30.
6. Импульсная магнитная установка для упрочнения режущих инструментов / А. С. Орлов, В. А. Полетаев, М. Г. Марков, Е. В. Красильникьянц //Вестн. ИГЭУ. 2011. Вып. 4. С. 35-39.
7. Орлов А. С., Полетаев В. А. Повышение износостойкости сверл методом импульсной магнитной обработки // Вестн. ИГЭУ. 2007. Вып. 3. С. 54-55.
