Материаловед

К внешнему виду ювелирных и художественных изделий предъявляются высокие требования. Их поверхность не должна иметь раковин, трещин, вмятин, заусенцев, шероховатостей, острых кромок, следов работы инструмента, облоя и царапин. Поэтому технологические процессы обработки таких изделий включают операции отделочной обработки (шлифовка, полировка).

Шлифовка и полировка ювелирных изделий считается наиболее трудной и дорогостоящей работой. На финишную обработку поверхности в ювелирной промышленности приходиться примерно 60 % стоимости продукции. Попытки ускорения финишной обработки и снижения затрат посредством технических средств делались всегда.

Как известно, все традиционные методы финишной абразивной обработки можно разделить на методы обработки свободным и закрепленным абразивом. Достоинства обработки закрепленным абразивом – автоматическое изменение режущей способности инструмента в течение одного оборота детали, возможность плавно изменять процесс в направлении от грубого к более тонкому, недостатки – неполное использование режущих свойств абразивных зерен из-за их стабильного положения, трудность обработки деталей со сложным профилем. Обработка свободным абразивом, традиционно применяемая в ювелирной промышленности, не позволяет получить стабильные результаты по геометрической точности и шероховатости.

Метод магнитно-абразивной обработки сочетает в себе достоинства обработки закрепленным и свободным абразивом. Отличительной особенностью МАО являются небольшие удельные давления в отличие от традиционных методов обработки, где зерна жестко закреплены. Таким образом, обработка осуществляется за счет наличия эластичной шлифовальной щетки, сформированной магнитным полем и магнитно-абразивным наполнителем, а также спецификой применения смазочно-охлаждающих технологических средств. Магнитно-абразивный наполнитель создает режущий инструмент, плотность которого можно варьировать, изменяя напряженность магнитного поля. Силами магнитного поля зерна наполнителя прижимаются к поверхности детали, оказывая давление на деталь в каждой точке ее поверхности, что приводит к съему металла и сглаживанию микронеровностей. Обработка производится при наличии жидкого наполнителя (СОТС), который в данном процессе выступает как носитель поверхностно-активных веществ, а не как средство охлаждения детали.

Известно, что эффективность абразивной обработки жестким инструментом достаточно полно оценивают следующими показателями (ГОСТ 21445):

1. Стойкостная наработка абразивного инструмента.
2. Период стойкости абразивного инструмента.
3. Режущая способность абразивного инструмента.
4. Сила прижима абразивного инструмента.
5. Линейная сила прижима абразивного инструмента.
6. Давление абразивного инструмента.
7. Приведенная режущая способность абразивного инструмента.
8. Приведенная скорость изнашивания абразивного инструмента.

Для оценки МАО явно недостаточно приведенных показателей. Наиболее полно оценить эффективность процесса позволят приведенные ниже размерные и безразмерные критерии.

1. Критерий эффективности съема металла:

α₁= ∆G/∆G_p,                                                                  (1)

где ∆G_p, ∆G — соответственно фактический расчетный и удельный съем в единицу времени, г/мм²:

∆G_p=V_резhtp/ S_д. (2)

Здесь h – продольная подача, м/с; p – плотность обрабатываемого материала, г/мм³; t – глубина резания, мм; S_д – площадь обрабатываемой поверхности, мм²; V_рез – скорость вращения обрабатываемого изделия, мм/с.

Чем ближе к единице критерий α₁, тем оптимальнее величина съема в процессе обработки.

2. Критерий скорости снижения высоты микронеровностей:

α_{2 =}∆R_a/τ, мкм/с,                                                             (3)

где ∆R_a – разность между исходной шероховатостью и полученной в процессе обработки, мкм; τ – продолжительность обработки, с. Большее численное значение α₂ свидетельствует о большей скорости уменьшения шероховатости.

3. Критерий относительной работы, затрачиваемый на съем материала:

α₃ =(∆G/BV_рез·V_п.п.)·10¹⁰,                                                    (4)

где B – магнитная индукция магнитного поля в рабочем зазоре, Тл; V_п.п. – скорость перемещения полюсных наконечников, мм/с; 10¹⁰ – размерный коэффициент.

4. Комплексный критерий η₁ характеризует оптимальность выбранного технологического процесса:

η₁₌α₁α₂α₃.                                              (5)

Чем больше абсолютное значение критерия η₁ , тем оптимальнее технологический процесс.

5. Критерий себестоимости процесса:

Z=С_п/С_б.п,                                                                 (6)

где С_п – себестоимость процесса магнитно-абразивной обработки, руб.; С_б.п. – себестоимость базового процесса. Численное значение критерия Z характеризует затраты на обработку по сравнению с базовым процессом. Меньшее значение Z свидетельствует о меньшей себестоимости оцениваемого процесса.

ЛИТЕРАТУРА

Скворчевский Н.Я., Федорович Э.Н, Ящерицын П.И. Эффективность магнитно-абразивной обработки. – Мн.: Навука i тэхнiка, 1991.

Павлюкова Н.Л.