Материаловед

Павлюкова Н.Л., канд. техн. наук

Представлена экспериментальная установка для мгнитно-абразивного полирования. Приведены результаты исследований влияния технологической среды на качество обработки некоторых цветных сплавов при магнитно-абразивном полировании.

Ключевые слова: отделочная обработка, свободные абразивы, магнитно-абразивное полирование, цветные сплавы.

Use of magneto abrasive polishingwhen finishing non-ferrous alloys details

Pavlyukova N.L., candidate of science

The experimental setup for magneto abrasive polishing is shown. The research results of the technological environment influence on the quality of processing some of non-ferrous alloys in magneto abrasive polishing are given in the article.

Key words: finishing treatment, free abrasives, magneto abrasive polishing, non-ferrous alloys.

Отделочная обработка в свободных абразивных средах является наиболее производительным методом, так как позволяет механизировать ручные отделочные операции удаления окалины, следов коррозии, облоя с литых заготовок, снятию заусенцев с деталей после штамповки. Эти способы позволяют осуществить безразмерную отделочную обработку деталей сложной формы и деталей малой жесткости, которые сложно или невозможно обработать инструментами с закрепленными абразивами. Методы обработки свободными абразивами позволяют осуществить операции полирования, глянцевания, а также подготовить поверхность изделия под гальванические и лакокрасочные покрытия. Обработке подвергаются детали массой от нескольких долей грамма.

Одним из перспективных методов обработки свободными абразивами является метод магнитно-абразивного полирования (МАП).

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

На результаты процесса МАП оказывают влияние следующие технологические факторы: величина магнитной индукции, материалы магнитно-бразивного наполнителя и обрабатываемых деталей, величина рабочего зазора, скорость относительного движения порошка и детали, наличие вспомогательного рабочего движения (например, движения осцилляции), состояние исходной поверхности (физико-механические свойства и микрогеометрические характеристики), наличие и вид смазочно=охлаждающей технологической среды (СОТС), величина зерен наполнителя. Метод относится к типу «безразмерных».

При анализе литературы [1, 3] и в ходе исследований [2], выявлены следующие особенности МАП:

—  универсальность абразивного инструмента, что позволяет обрабатывать детали из различных материалов и конфигураций;

—  возможность управления жесткостью инструмента и за счет этого регулирование съема металла с формообразующей поверхности изделия;

—  возможность обработки одновременно большого числа деталей;

—  резкое уменьшение, по сравнению со шлифованием, общей температуры резания (за счет отсутствия трения связки о поверхность изделия);

—  упрочнение поверхностного слоя детали;

—  возможность резания наиболее острой кромкой зерна магнитно-абразивного порошка (при этом отпадает необходимость периодической перезаточки режущей кромки инструмента);

—  исключение засаливания инструмента, что позволяет полировать мягкие и вязкие материалы (медь, алюминий и др.);

—  возможность отделения наполнителя от обрабатываемых изделий и отходов обработки;

—  возможность механизации и автоматизации при обработке.

Известные в настоящее время установки МАП разделяются по типу индуктора, создающего в зоне обработки магнитное поле на четыре группы:

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.

Для проведения исследований была сконструирована и изготовлена экспериментальная установка, в которой магнитное поле в рабочем пространстве создается с помощью постоянных магнитов (рис. 1). Это позволило отказаться от электрических схем питания индукторов, уменьшить вероятность остановок процесса полирования в связи с выходом из строя электрических аппаратов или электрического пробоя намагничивающих катушек. При этом отпадает необходимость в тщательной герметизации индуктора от попадания внутрь СОТС. Из-за отсутствия намагничивающих катушек резко уменьшаются габаритные размеры и масса индуктора, что несет за собой много конструктивных преимуществ.

Рис 1. Схема установки для магнитно-абразивной обработки: 1 – вращающийся диск; 2 – постоянные магниты; 3 – обрабатываемые детали; 4 – наполнитель

Эксперименты проводились со свободной загрузкой образцов в рабочую камеру.

В качестве образцов для проведения исследований выбраны медные сплавы марки Л 90 (медь 90%, цинк 10%), Л 63 (медь 63%, цинк 37%), МНЦ 15-20 (медь 65%, цинк 20%, никель 15%) широко применяемые в ювелирной промышленности и художественной практики обработки металлов. Исследования проводились на образцах типа пластин с исходной шероховатостью Ra=0,35 мкм. В качестве технологической среды для МАП использован твердый наполнитель в виде игл из нержавеющей стали размером 0,5×5 мм и 0,3 ×5 мм и различные СОТС.

Эксперименты проводились с известной СОТС марки MF Vilux и разработанной СОТС марки МС М-4.

Разработаны требования к СОТС, на основании которых подбирался качественный состав новой СОТС:

—    способствовать более интенсивному съему металла за счет образования на поверхности деталей рыхлых пленок, легко удаляемых абразивом в процессе обработки, и благоприятно влиять на формирование микрорельефа обработанной поверхности;

—    обладать антикоррозионными свойствами;

—    способствовать осветлению обрабатываемой поверхности;

—    способствовать получению и сохранению блестящей поверхности и т.д.

Таким образом разработана СОТС марки МС М-4, содержащей воду, сбалансированную систему поверхносто-активных веществ (ПАВ), ингибиторы коррозии, бактерицидную присадку, в качестве системы ПАВ используется оксиэтиллированный алкиоламид синтетических жирных кислот фракции С₁₀-С₁₆ (синтамид-5) и алкилфосфат оксифос КД-6; в качестве ингибиторов коррозии используется циклогексанон СО(СН₂)₄СН₂ и триэтаноламин, при следующем содержании компонентов, масс. %:

оксиэтиллированный алкиоламид синтетических жирных кислот фракции С₁₀-С₁₆ (синтамид-5) –               0,08-0,32;

оксифос КД-6 –    0,05-0,15;

триэтаноламин – 0,05-0,10;

циклогексанон –   0,3-0,8;

бакцид –               0,2-0,3;

вода –                   до 100.

СОТС марки MF Vilux состоит из водного раствора натриевой соли линоливой кислоты.

Из рассмотренных составов СОТС наибольшей моющей способностью при магнитно-абразивном полировании обладает водный раствор МС М-4. Моющее действие сред зависит только от уровня активной щелочности. Значение рН разработанной СОТС МС М-4 выше, чем фирменной СОТС MF Vilux, и для рабочих концентраций составляет: 7,5 – для 0,6%-ного раствора MF Vilux и 10,5 – для 1,0 – 1,5%-ного раствора МС М-4 в воде (рис. 2).

Рис. 2. Значение рН в зависимости от концентрации СОТС в воде

Т.к. для обработки медных сплавов, в частности латуней, рекомендуется рН раствора не выше 11,5 – 12,5, то разработанная СОТС марки МС М-4 удовлетворяет данным требованиям.

В процессе магнитно-абразивной полировки важно, чтобы раствор постоянно имел оптимальное значение рН. При проведении экспериментов наблюдалось значительное уменьшение рН СОТС марки MF Vilux и способность сохранять величину рН марки МС М-4 при длительной обработке (рис. 3). Незначительное уменьшение рН у МС М-4 наблюдалось лишь после одного часа МАП.

Рис. 3. Изменение рН СОТС рабочей концентрации (MF Vilux – 0,6%, МС М-4 – 1.5%) в зависимости от времени обработки

Взвешивание образцов для определения величины съема металла выполнялось на весах модели METTLER TOLEDO с точностью измерения 0,00001 грамма, класс точности по ГОСТ 24104-88 / МР МОЗМ 76 2/1.

Измерения шероховатости поверхности осуществлялось на профилометре-профилографе модели АБРИС-ПМ7, запись профилограмм производилась на ЭВМ.

Измерение отражательной способности поверхности образцов проводилось на блескомере фотоэлектрическом ФБ-2 (ГОСТ 896-69).

Качественная и количественная оценка эффективности процесса МАП проводилась: по удельному съему металла, по микрошероховатости поверхности и по отражательной способности поверхности в зависимости от состава СОТС.

С целью изучения влияния СОТС на величину удельного съема металла были проведены эксперименты на образцах МНЦ 15-20, Л 90 в. Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 4, 5.

Рис. 4. Зависимость удельного съема материала (q) от времени обработки при магнитно-абразивном полировании в СОТС марки МС М-4

Рис. 5. Зависимость удельного съема материала (q) от времени обработки при магнитно-абразивном полировании в СОТС марки MF Vilux

Полученные данные позволили выявить, что максимальный удельный съем металла достигается на двадцатой минуте обработки в СОТС марки МС М-4 на двадцать второй минуте при обработки в СОТС марки MF Vilux. При этом более интенсивный съем металла при обработке в МС М-4 позволяет получить изделия с меньшей шероховатостью. Результаты замеров шероховатости после МАП в различных средах приведены в таблице.

Средние минимальные показатели шероховатости поверхности

Марка СОТС	Шероховатость поверхности Rа min, мкм, для различных материалов
	МНЦ 15-20	Л 90
МС М-4	0,180	0,271
MF Vilux	0,240	0,350

Так как большая группа изделий, которая производится из рассматриваемых сплавов, имеет художественный характер, то к поверхности таких изделий предъявляются повышенные требования. Поэтому шероховатости исследовался блеск поверхности при обработке в различных средах (рис. 6, 7).

Рис. 6. Изменение отражательной способности поверхности в зависимости от времени МАП при обработке в СОТС марки МС М-4

Исследования показали, что применение СОТС марки МС М-4 позволяет получить более блестящую поверхность заготовок из цветных сплавов, причем – за более короткое время МАП.

Рис. 7. Изменение отражательной способности поверхности в зависимости от времени МАП при обработке в СОТС марки MF Vilux

Заключение

Проведенные исследования МАП сплавов МНЦ 15-20, Л 63, Л 90 проводимых в различных СОТС, показали что разработанная СОТС марки МС М-4 Позволяет сократить время обработки, при этом добиться меньшей шероховатости поверхности и большего ее блеска. Это дает возможность замены дорогостоящей СОТС марки MF Vilux на более дешевую, при этом повысить качество МАП.

Список литературы

1. Барон Ю.М. Магнитно-абразивная обработка изделий и режущих инструментов. – Л.: Машиностроение. Ленингл. отд-ие, 1986. – 176с.

2. Павлюкова Н.Л. Повышение эффективности отделочной обработки деталей из медных сплавов свободными абразивами на основе исследования состава технологической среды:Дис. ...канд.техн. наук: 05.03.01. — Иваново,2004. — 176с.

3. Тамаркин В.О. Технологические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами. Дис. докт. техн. наук. – Ростов-на-Дону, 1995. – 285с.