Материаловед

УДК 621.923.7

Н.Л. Павлюкова, В.А. Полетаев

(Ивановский государственный энергетический университет)

Описана актуальность изучения методов обработки свободными абразивами, выделены ряд признаков общих для этих методов. Представлены разработки, повышающие эффективность метода магнитно-абразивного полирования.

Развитие современного производства ставит задачи повышения производительности труда и качества изделий в различных отраслях промышленности. Обеспечение высокого качества ювелирных и художественных изделий невозможно без применения операций отделочной обработки (шлифовки, полировки).

Шлифовка и полировка ювелирных изделий считается наиболее трудной и дорогостоящей работой. На финишную обработку поверхности в ювелирной промышленности приходится примерно 60% стоимости продукции. Традиционные методы отделки не могут обеспечить своевременное и качественное выполнение работ, особенно в условиях массового производства.

Для деталей сложной формы, какими являются ювелирные и художественные изделия, в последнее время широко применяются методы обработки свободными абразивами, в которых инструмент не имеет механической связи со станком. Эти методы позволяют сочетать высокую производительность обработки с хорошим качеством обработанной поверхности деталей сложной конфигурации из различных материалов при простом по конструкции оборудовании.

Дальнейшее развитие технологических процессов обработки деталей сложной формы свободными абразивами имеет определенные трудности. Они связаны с недостаточной разработкой теории процессов обработки свободными абразивами и отсутствием аналитических зависимостей, связывающих параметры обрабатываемой детали со структурой и режимами процессов обработки свободными абразивами.

Поэтому возникает необходимость в исследовании и оптимизации технологических параметров отделочной обработки свободными абразивами, составами СОТС и характеристиками твердого наполнителя.

Особенности методов обработки свободными абразивами рассмотрены в работах многих авторов. Процесс вибрационной обработки (ВиО) подробно исследован в работах Бабичева А.П., Тамаркина М.А., Димова Ю.В., Сергиева А.П. К настоящему времени ВиО наиболее подробно исследованный процесс, т.к. он чаще других используется в промышленности. Центробежно-ротационная обработка (ЦРО) исследована в работах Трилисского В.О., струйно-абразивная обработка (САО) в работах Билика Ш.М. Метод обработки свободным абразивом, уплотненным инерционными силами (ОСАУИС) исследован Мартыновым А.Н. В работах Барона Ю.М., Сакулевича Ф.Ю., Скворчевского Н.Я., Ящерицина П.И. подробно описан метод магнитно-абразивного полирования (МАП).

В этих работах выявлены широкие технологические возможности методов обработки, установлены основные закономерности, получены зависимости, оценивающие влияние основных технологических факторов на производительность обработки и качество поверхности.

Можно выделить ряд признаков, общих для всех методов обработки свободными абразивами:

1. Обработка происходит в технологической среде представляющей собой совокупность инструмента и технологической жидкости (СОТС).

2. Инструмент представляет собой совокупность свободных частиц, отсутствует жесткая кинематическая связь инструмента и детали.

3. Свободный подвод СОТС в зону обработки, низкотемпературный характер процесса, отсутствие прижогов и микротрещин.

4. Обработка безразмерная, возможна обработка деталей сложной формы из различных материалов.

5. Возможно осуществление шлифования, полирования, удаления заусенцев, и облоя, скругления острых кромок и т.д.

6. Сложность описания явлений, происходящих в зоне обработки из-за влияния большого количества технологических факторов (характеристики рабочих сред, режимы обработки, конструктивные параметры оборудования и др.).

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 СОТС марки MF Vilux и разработанной СОТС марки МС М-4.

Разработанная СОТС позволяет достигать более высокое качество поверхности за меньшее время обработки (рис. 1), причем имеет меньшую стоимость, чем применяемая в настоящее время СОТС марки MF Vilux.

В состав МС М-4 входят ПАВ (оксиэтиллированный алкиоламид синтетических жирных кислот фракции С10-С16 (синтамид-5), алкилфосфат оксифос КД-6), ингибиторы коррозии (циклогексанон [СО(СН2)4СН2] и триэтаноламин), бакцид и вода.

Отмечена стабильность показателя рН у разработанной СОТС в течении длительного времени работы. При рабочей концентрации МС М-4 1,5% рН составляет 10,5 единиц и его незначительное уменьшение наблюдается лишь после 60 мин МАП. Выявлена химическая активность МС М-4 относительно медных сплавов, что позволяет осуществлять не просто механическую, а механо-химическую обработку при МАП. Эффективность применения МС М-4 подтверждают результаты проведенных экспериментов и производственные испы

Рис. 1. Изменение отражательной способности поверхности в зависимости от времени МАП для сплавов: а – при обработке в СОТС марки MF Vilux; б – при обработке в СОТС марки МС М-4

Исследовано влияние импульсной магнитной обработки (ИМО) на износостойкость наполнителя в виде игл для магнитно-абразивного полирования. ИМО – перспективный метод в решении проблемы упрочнения лезвийного режущего инструмента и некоторых деталей машин для увеличения их стойкости и надежности работы.

На рис. 2 представлена диаграмма изменения твердости игл в зависимости от количества импульсов. Установлено, что твердость игл увеличивается после упрочнения 3 импульсами более чем на 170 единиц. При увеличении времени количества импульсов до 5 твердость увеличиваются незначительно.

Рис. 2. Изменение твердости (HV) игл в зависимости от количества импульсов ИМО при напряженности магнитного поля Н=300 кА/м (П – значения замеров выполненных в поверхностных слоях, С – значения замеров в середине образца)

Отмечена разница значений твердости в поверхностных слоях иглы и в центре иглы. В поверхностных слоях твердость выше, чем в центре иглы.

Проведены исследования по оценке износа игл упрочненных и неупрочненных импульсной магнитной обработкой. Исследование изнашивания игл проводилось на разработанной экспериментальной установке, позволяющей исследовать процесс изнашивания одной иглы. Выявлено различие в характере изнашивания упрочненных и неупрочненных игл. Износ неупрочненных игл наблюдался уже после 5 мин магнитно-абразивного полирования, износ упрочненных игл наблюдался лишь после 50 мин обработки. Микрофотографическими исследованиями выявлено пластическое деформирование и заваливание заусенцев у неупрочненных игл (рис. 3, а). Отсутствие подобных дефектов на кромке упрочненных игл (рис. 3, б) позволяет избежать царапания, уменьшить процесс образования шлама (частичек износа игл), что обеспечивает большую стабильность и качество обработки.

а)

б)

Рис. 3. Процесс изнашивания режущей части иглы из нержавеющей стали (увеличение ×50): а – неупрочненного импульсной магнитной обработкой; б – упрочненного

Эффективность применения упрочненных игл наполнителя подтверждена испытаниями, проведенными на промышленном оборудовании для МАП. Рекомендовано упрочнять иглы после их предварительной приработки в течении 30-40 мин. Оптимальный режим импульсного магнитного упрочнения: напряженности магнитного поля Н=300 кА/м,продолжительность импульса – 0,1 с, количество импульсов — 3.

Результаты работы прошли апробацию на ювелирном предприятии ЗАО ПЮЗ «Красная Пресня», г. Приволжск. Испытания показали улучшение качества поверхности деталей из медных сплавов на 20 – 25%.

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.