Материаловед

При выборе материалов образцов для экспериментальных исследований принимались во внимание возможности широкого применения результатов исследования для обработки деталей из материалов, наиболее часто используемых в ювелирной промышленности и художественной практике обработки металлов [78].

Были 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%) [68, 113]. Диапазон механических свойств, выбранных сплавов, приведен в табл. 2.5 [66].

Таблица 2.5. Механические свойства материала образцов

Материал образцов	Состояние материала	Плотность, г/см3	Твердость	Предел текучести, МПа
Томпак Л 90	Мягкий Полутвердый Твердый	8,7	53 НВ	250 – 340 290 – 390 350
Нейзильбер МНЦ 15 — 20	—	8,45	—	600-720
Латунь Л 63	Мягкий Полутвердый Твердый	8,2 – 8,6	65 – 120 НV20 121 – 165 НV20 не менее 161 НV20	290 – 400 340 – 470 410 — 570

Образцы изготовлялись из полосового и листового проката. Перед проведением экспериментов все образцы были подвержены отжигу (t_отж=650÷750°С, Т_отж=15мин), отбелу (t_отб=70÷80°С, Т_с=1-2мин состав раствора:15% — Н₂SО₄, остальное вода) и сушке (t_с=110÷130°С, Т_с=10мин).

Выбор технологической среды производился в зависимости от операции. В состав технологической среды входит твердый наполнитель и смазочно-охлаждающая технологическая среда [91]. Твердый наполнитель выполняет роль режущего инструмента, разделяет детали и предотвращает их слипание. Жидкая среда обеспечивает удаление продуктов износа, смачивает детали.

МАП проводилась в среде наполнителя в виде игл из нержавеющей стали (далее – металлоигольчатый наполнитель). Размер отдельной иглы: 0,5×5 мм или 0,3×5 мм (рис. 2.13). Химический состав стали игл приведен в табл. 2.6

Рис. 2.13. Металлоигольчатый наполнитель для МАО

.

Таблица 2.6. Химический состав стали игл

Наименование показателя	Содержание, %
C	0,05
Ni	8,3
Cr	16,2
Mn	0,94 – 1,1
Al	0,39
Fe	остальное

Предположительно, это сталь марки 09Х15Н8Ю, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10, 03Х17Н7.

Для исследования влияния характера рабочей среды на производительность процесса центробежно-ратационной обработки использовались пластиковые шлифовальные чипсы фирмы OTEC [81, 82]. Чипсы голубого цвета обеспечивают грубую шлифовку, чипсы белого цвета — нежную шлифовку, до полировки), грануляция чипсов — 10 мм (рис 2.14).

Рис. 2.14. Пластиковые шлифовальные чипсы для ЦРО: а, b – основные размеры

Исследование процесса ленточной галтовки проводилось в среде металлических шариков диаметром 4,75 мм и 2 мм из нержавеющей стали марки AISI 420 (0,15-0,35%С, 1,00%Mn, 1%Si, 11,5-13,00%Cr) (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Шарики металлические для галтовки

Металлоигольчатый наполнитель и шлифовальные чипсы предварительно обгалтовывались в течение 30 мин.

Эксперименты проводились в промышленных и разработанной СОТС.

МАО проводилось в промышленной жидкости для полировки со стальными наполнителями марки MF Vilux и разработанной СОТС марки МС М-4.

Основной компонент MF Vilux – натриевая соль линолевой кислоты. Дополнительно в состав MF Vilux входят ингибиторы коррозии и пеногасители.

Состав разработанной СОТС МС М-4 приведен в гл. 3.3.

ЦРО проводилась с использованием фирменной жидкости для полировки марки SC 13 фирмы OTEC.

Ленточная галтовка проводилась с использованием средства марки BRUNISTAR.

Во время исследования процесса отделочной обработки свободными абразивами выявляется действие различных факторов.

Для исследования процесса съема металла с поверхности детали и шероховатости поверхности использовались образцы типа пластин (рис. 2.16), изготовленные из мельхиора, латуни и томпака.

Рис. 2.16. Образец для исследования съема металла и шероховатости поверхности

Поверхность каждого образца предварительно обрабатывалась так, чтобы исходная шероховатость у всех образцов была одинаковая (R_a=0,35 мкм).

Одновременно обрабатывались по три образца из каждого материала.

МАП осуществлялось иглами из нержавеющей стали размером 0,3×5 мм, в СОТС марки MF Vilux и МС М-4.

ЦРО и галтовка проводились согласно производственной технологии, применяемой на ЗАО ПЮЗ «Красная Пресня». При ЦРО детали обрабатывались в три этапа:

1) в среде пластиковых шлифовальных чипсов фирмы OTEC голубого цвета (грубая шлифовка) – 30 мин.;

2) в среде пластиковых чипсов белого цвета (нежная шлифовка до полировки) – 60 мин.;

3) в скорлупе ореха с добавлением полировальной пасты (полировка) – 2 часа.

При галтовке детали обрабатывались в среде металлических шариков диаметром 4,75 мм и 2 мм, время обработки — 2 часа.

После указанного времени обработки образцы извлекали из контейнера оборудования, тщательно промывали, сушили и взвешивали на весах модели METTLER TOLEDO, с поверхности каждого образца записывали 5 — 6 профилограмм длиной 0,8 мм.

Кроме этого, у всех образцов измерялась отражательная способность поверхности, исследовались следы обработки на поверхности с помощью металлографического микроскопа МИМ-7 и фотографировались. Затем обработка продолжалась.

Иглы размером 0,5×5 мм упрочняли импульсной магнитной обработкой с различными режимами.

Для исследования изменения структуры игл образцы были разделены на две группы (по три образца): иглы без упрочнения и иглы упрочненные. Были изготовлены микрошлифы продольного сечения игл. У каждого образца измерялась микротвердость у края образца и в центре (по шесть уколов), результаты измерений усреднялись по трем образцам. В дальнейшем, для изучения микроструктуры игл, микрошлифы подвергались химическому травлению. В качестве реактива был использован состав, известный под названием «царская водка» (смесь соляной и азотной кислот в пропорции 3:1), применяемый для выявления границ зерен хромоникельмарганцовистых сталях [71, 72]. У полученных образцов исследовалась микроструктура у края и в центре иглы. Металлографические исследования проводились на металлографическом микроскопе МИМ-7.

Для исследования износа металлоигольчатого наполнителя применяли разработанную лабораторную установку (см. гл. 2.2). Износу подвергали иглы без упрочнения и иглы упрочненные, размер игл 0,5×5 мм. Обрабатывались образцы в виде кольца (рис. 2.17), изготовленные из мельхиора, латуни и томпака. Наружная поверхность колец имела шероховатость 0,35 мкм. Эксперименты прерывались каждые 5 мин для замера длины иглы и исследования характера износа режущей части иглы. Общее время изнашивания каждой иглы – 60 мин.

Рис. 2.17. Образец для исследования следов инструмента при магнитно-абразивном полировании

Изнашиванию подвергали по 5 игл без упрочнения и 5 упрочненных игл по каждому из материалов образцов (всего 30 игл). Обработка осуществлялась в СОТС марки МС М-4.

Изучение внешнего вида рабочей части игл осуществлялось на микроскопе модели МИС-11.

Следы обработки, оставленные на поверхности колец иглой, изучались с помощью металлографического микроскопа МИМ-7.

Для сравнения характеристик выбранных СОТС проведены замеры рН растворов различной концентрации, в том числе замеры рН растворов рабочей концентрации до МАП и через каждые 10 мин обработки деталей из медных сплавов. Общее время работы каждой СОТС – 60 мин.