Магнитно-абразивная обработка
Применение керметов при обработке сталиСущность магнитно-абразивной обработки состоит в удалении припуска преимущественно абразивным способом с созданием магнитного поля непосредственно в зоне резания. В зависимости от схемы МАО роль магнитного поля заключается: в формировании из магнитно-абразивного порошка абразивного инструмента (АИ) и в удержании этого порошка в зоне резания; в создании силы резания; в придании АИ или заготовке рабочих движений.
Магнитное поле создает электрические токи в поверхностном слое движущейся заготовки, и ее поверхность приобретает электрическую заряженность. Это активизирует электрохимические процессы на обрабатываемой поверхности и действие ПАВ, содержащихся в СОЖ, вызывает изменения структуры поверхностного слоя заготовки и его механических свойств.
Соответственно МАО относят к методом обработки, основанным на комбинированном воздействии на заготовку электрофизических, электрохимических и механических факторов.
В качестве АИ используют магнитно-абразивные порошки, магнитно-реологические жидкости с абразивным наполнителем, шлифовальные круги, абразивные бруски, шлифовальные шкурки. На практике получили распространение виды МАО с применением порошка, размещенного на активной поверхности магнитного индуктора (МИ), в рабочем зазоре (пространстве между полюсом МИ и обрабатываемой поверхностью) или рабочей зоне (пространстве между полюсами МИ).
Сформированный из магнитно-абразивного порошка инструмент позволяет производить обработку поверхностей сложной формы без фасонных полюсов МИ и при простой кинематике процессов. Заготовке, МИ или порошку сообщают следующие рабочие движения: главное движение п, определявшее скорость резания V, движение подачи Sn которое используют для распространения обработки на всю поверх ность заготовки или для обеспечения равномерного съема на всех ее участках; движение осцилляции пос, позволяющее получать пересекающиеся траектории зерен порошка на обрабатываемой поверхности и способствующее перемешиванию зерен порошка в рабочем зазоре, дополнительное движение Удоп, сообщаемое заготовке в рабочей зоне (или рабочей зоне относительно заготовки) и позволяющее повысить давление порошка на обрабатываемую поверхность. Схемы МАО показаны на рисунке 3.83.
Независимо от характера магнитного поля, созданного МИ в рабочей зоне, это поле по отношению к каждому элементу объема движущейся заготовки носит переменный характер. Воздействие переменного магнитного поля на закаленные стали придает обработанным поверхностям повышенные эксплуатационные свойства: износостойкость, коррозионную стойкость, контактную долговечность. МАО подвергают ферромагнитные и немагнитные материалы с широким диапазоном физико-механических свойств. Эффективность применения МАО как отделочной операции оценивается параметрами шероховатости, физико-механическими и точностными характеристиками обработанных деталей.
Для различных видов МАО при исходном значении Ra = 0,3-0,6 мкм достигается значение Ra = 0,02-0,08 мкм. Получение меньших значений Ra требует обработки за несколько переходов с изменением режима, вида и зернистости порошка. Обработанные поверхности не шаржированы абразивными зернами. В результате механических и магнитных воздействий поверхностный слой заготовки после МАО отличается от исходного измененной структурой, фазовым и химическим составом, кристаллическим строением. Эти изменения благоприятно отражаются на эксплуатационных свойствах деталей. После МАО повышается твердость поверхности, в тонком (до 5 мкм) поверхностном слое действуют остаточные напряжения сжатия. Эти поверхности отличаются повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью, контактной долговечностью, а деталь и ее материал — повышенной циклической долговечностью и ударной вязкостью.
Рис. 3.83. Схемы МАО с размещением магнитно-абразивного порошка: а — на активной поверхности; б — в рабочих зазорах; в — в рабочей зоне
МАО осуществляется нежестким инструментом, удаляемые при этом припуски меньше или соизмеримы с допуском на размер обрабатываемой детали. Поэтому точность размеров и заданная форма обрабатываемой поверхности должны быть обеспечены на предшествующей операции. Во многих случаях для МАО нет необходимости оставлять специальные припуски. Для уменьшения параметра шероховатости Ra с 0,3-0,6 мкм до 0,04-0,08 мкм на заготовках из закаленной стали при МАО достаточно удалить припуск 4-5 мкм. Погрешность диаметральных размеров при МАО является следствием рассеивания значений съема и может составлять ± (1,0-1,5) мкм.
Использование МАО для обработки цилиндрических поверхностей позволяет уменьшить их волнистость. Например, МАО предварительно шлифованных поверхностей беговых дорожек колец подшипников качения снижает их волнистость с 1,25 до 0,1 мкм, а огранку — с 2,25 до 1,6 мкм. Области применения МАО представлены в таблице 3.6.
Области применения МАО
Для осуществления МАО применяют специализированные магнитоабразивные станки и модернизированные металлорежущие универсальные и специализированные станки. Обычный металлорежущий станок иногда достаточно оснастить съемным магнитным индуктором.
Схема МАО наружных цилиндрических поверхностей реализуется на специальных магнитно-абразивных станках моделей МАС-1, МАС-3, МАС-4 (разработаны СКБ-3 Минавтопрома), ФАС-1, ФАС-2, ФАС-3, ФАС-8 (разработаны ФТИ АН Белоруссии), ЦАМ-2, ЦАМ-3. Станки позволяют производить обработку в полуавтоматическом и автоматическом режимах. На станках моделей МАС-4 и ФАС-3 предусмотрена продольная подача суппорта с ЭМИ для обработки заготовок большой длины (до 500-1000 мм). На станке МАС-4 движение осцилляции сообщается не заготовке, а полюсным наконечникам ЭМИ, что необходимо при большей массе обрабатываемых заготовок.
Для обработки цилиндрических и фасонных поверхностей, тел вращения малых диаметров (менее 25 мм) ФТИ АН Белоруссии разработана гамма многошпиндельных магнитно-абразивных станков МАРС.
Для магнитно-абразивного полирования отверстий во втулках на базе вертикально-фрезерного станка 6М13ПБ создан станок модели ФАС-4.
Разработаны также станки для магнитно-абразивного полирования плоскостей моделей ЭУ-3, ЭУ-5, АС-10.008. Станки предусматривают обработку штучных заготовок из ферромагнитных или немагнитных материалов.
