Материаловед

Павлюкова Н.Л.

Ивановский государственный энергетический университет

Шлифовка и полировка ювелирных изделий считается 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. На смену традиционным барабанам и виброустановкам приходят более производительные методики.

Обработка свободным абразивом в ювелирной промышленности применяется традиционно, так как большинство обрабатываемых деталей имеют поверхность сложной формы. Однако она изучена менее, чем методы обработки закрепленным абразивом.

Современный этап развития технологии финишной обработки характеризуется поиском путей совершенствования параметров технологического оснащения с целью повышения к.п.д. процесса обработки, снижения энергоемкости, универсализации и специализации.

Одним из перспективных методов финишной обработки деталей является метод магнитно-абразивного полирования (МАП). Сущность метода заключается в том, что обрабатываемой детали или наполнителю с магнитными и абразивными свойствами, помещенными в магнитное поле, сообщают принудительное движение относительно друг друга. 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.

В качестве режущего инструмента при магнтно-абразивной обработке невозможно использование традиционных абразивных материалов. Так как они должны обладать не только абразивными, но и высокими магнитными свойствами.

Основным свойством магнитно-абразивных порошков является прочность соединения ферромагнитной и абразивной составляющих. Последнее существенно влияет на стойкость зерен порошка при воздействии термических и механических нагрузок. Важное значение имеет также микротвердость, форма частиц, технологичность в изготовлении и стоимость магнитно-абразивного порошка. Таким образом в качестве режущих элементов при МАО используются порошки ферросплавов, железа, керметов и других веществ, которые подбираются в зависимости от материала обрабатываемых изделий, состояния его поверхности и исходной шероховатости.

Магнитно-абразивным полированием можно обрабатывать детали любой геометрической формы и габаритных размеров из магнитных и немагнитных материалов.

Эксперименты проведены на установке, состоящей из неподвижной рабочей камеры (изготовлена из немагнитного материала) и диска вращающегося на оси двигателя с закрепленными на нем постоянными магнитами (см. рис.). Достоинством применяемого оборудования является простота конструкции и удобство эксплуатации.

Схема магнитно-абразивной обработки деталей сложной формы из немагнитных материалов: 1 – вращающийся диск; 2 – постоянные магниты; 3 – обрабатываемые детали; 4 – наполнитель

Техническая характеристика экспериментальной установки:

Объем рабочей камеры, дм³ – 1,5

Количество рабочих камер, шт. – 1

Мощность электродвигателя, кВт – 0,7

Габаритные размеры, м – 0,38×0,3×0,3

Предложенная схема является многополюсной односторонне-замкнутой. При использовании такой схемы обработки  выявлено, что магнито-абразивный порошок надежно следует за вращающимися полюсами (в случае обработки немагнитных деталей), так как на краях каждого полюса возникает ассиметрия магнитного поля, порождающая силы, которые не позволяют разрываться цепочкам зерен порошка.

Эксперименты проводились со свободной загрузкой образцов в рабочую камеру. Объем  загрузки рабочей среды и деталей (образцов) составлял 80% объема рабочей камеры.

Материалами образцов для экспериментальных исследований выбирались металлы наиболее широко применяемые в ювелирной промышленности для изготовления изделий бижутерийной группы (медь, латунь).

Твердой составляющей рабочей среды при МАО использованы стальные цилиндры с заостренными или скругленными торцами различных размеров (0,2×5, 0,3×5, 0,5×5, 1×5, 1×10, 1,5×5, 1,5×10, 2×5, 2×10 мм и др.). В качестве жидкой составляющей (СОТС) – содовый и мыльно-содовый растворы, СОТС на основе эмульсола МС и МС-М3. Концентрация компонентов варьировалась.

Выявлено, что при наведении магнитного поля в рабочем зазоре зерна магнитно-абразивного порошка ориентируются своей большей осью вдоль магнитных силовых линий, уплотняются и прижимаются острыми гранями  к обрабатываемой поверхности. При перемещении полюса магнита зерна порошка осуществляют обработку поверхности деталей. При износе и затуплении вершин в процессе обработке происходит переориентация элемента таким образом, что вновь образовавшаяся наибольшая ось направляется вдоль магнитных силовых линий. В результате этого обработка поверхности детали производится острыми кромками, т. е. имеет место процесс ориентированного абразивного резания.

Можно сделать вывод, что при МАП связкой абразивного инструмента является энергия магнитного поля, способная зерна порошка (инструмента) удерживать в подвижно-связанном состоянии, а также координировать относительно обрабатываемой поверхности, что открывает возможности регулировать условия полирования.

Отметим, что МАП обеспечивает высокопроизводительную и качественную обработку деталей, когда происходит сплошное равномерное заполнение порошком рабочей зоны в процессе обработки.

Таким образом, в ходе проведения экспериментов, 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.

На результаты процесса обработки оказывают влияние следующие факторы: величина магнитной индукции, материалы магнитно-абразивного наполнителя, скорость относительного движения наполнителя и деталей, наличие вспомогательного рабочего движения (наличие вибрации), состояние исходной поверхности (физико-механические свойства и микрогеометрические характеристики), СОТС.

Подобраны и оптимизированы режимы обработки, определены основные зависимости между обрабатываемыми порошками и материалом детали. Продолжается работа по подбору наиболее оптимального состава и концентрации СОТС.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бабичев А.П. Вибрационная обработка  деталей. М.: «Машиностроение», 1974.
2. Тамаркин В.О. Технологические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами. Дис. докт. техн. наук, 1995.
3. Ящерицин П.И., Мартынов А.Н. Чистовая обработка деталей в машиностроении. – Минск: Вышейшая школа, 1983.