УДК 621.9.06 Машины и установки. Основные элементы и вспомогательные устройства. Конструкция, компоновка и принципы работы в целом
Статья посвящена распределению радиусов режущих вершин магнито-абразивных зерен при магнитно-абразивной обработке и сравнению полигонов распределения. Изложены проведенные экспериментальные исследования. Приведены графики распределения радиусов режущих вершин.
МАГНИТНО-АБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА, РАДИУСЫ РЕЖУЩИХ ВЕРШИН, ПОЛИГОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ, ПРОФИЛОГРАФ-ПРОФИЛОМЕТР, ОПТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛОМЕТР-ИНТЕРФЕРОМЕТР.
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
В настоящее время в машиностроительных изделиях удельный вес деталей, изготовленных из композиционных, пластиковых, пластмассовых, резиновых материалов постоянно увеличивается. Такие изделия эффективно формируются на термопласт-автоматах. Основным видом технологической оснастки термопласт-автомата является пресс-форма. Пресс-формы преимущественно изготавливают из алюминиевых сплавов. Качество поверхностей изделий определяется шероховатостью формообразующей поверхности пресс-формы. Шероховатость поверхности обеспечивают фрезерованием концевой фрезой и последующим ручным полированием. Ручное полирование не обеспечивает стабильные показатели качества поверхности, требует высокой квалификации рабочего и имеет низкую производительность.
Автоматизация финишных операций является актуальной технологической проблемой. Выполнение финишных операций на станках с ЧПУ позволяет обеспечивать стабильное качество обрабатываемых поверхностей, повышает производительность и снижает себестоимость готового изделия. Одним из наиболее эффективных способов финишной обработки сложно-профильных поверхностей является процесс магнитно-абразивной обработки. Магнитное поле, действующее на зерна, удерживает их в рабочем зазоре, тем самым обеспечивая их эластичную связку, позволяя копировать контур обрабатываемого изделия.
Съем металла и формирование шероховатости при магнитно-абразивной обработке (МАО) определяется массовым взаимодействием абразивных зерен с материалом заготовки. Зерна имеют случайные геометрические характеристики, случайно расположены на поверхности инструмента и внедряются в обрабатываемый материал на глубину, также имеющую случайные составляющие. Зерно воздействует на поверхность заготовки лишь несколькими гранями, поэтому для расчета шероховатости после магнитно-абразивной обработки требуется знать геометрические параметры данных вершин.
2 Материалы и методы
В работе применялись теоретические исследования на базе научных основ технологии машиностроения, теории резания, системного анализа, сопротивления материалов, теории пластичности и упругости. Подтверждение теоретических положений обеспечивалось экспериментальными методами лабораторных исследований с обработкой экспериментальных данных. Применялись физические методы анализа качества микрорельефа. Результаты экспериментов обрабатывались с помощью методов математической статистики.
3 Результаты исследований
Для математического моделирования глубины резания магнитно-абразивного зерна необходимо знать размер его внедряемого элемента. Магнитно-абразивное зерно имеет сложную форму (рис. 1) с различными режущими кромками. При прохождении в рабочем зазоре зерно контактирует несколькими гранями, тем самым оно погружается в материал не полностью, а на часть глубины данных режущих кромок (рис. 2). Каждая режущая кромка имеет свой радиус округления (чуть больше написать почему не острая грань, а радиус скругления), для определения данных радиусов нами был проведен эксперимент.
А, В – размеры зерна, r – радиус округления вершины зерна, e – угол при вершине зерна
Рисунок 1 – Магнитно-абразивные зерна
А – абразивное зерно; ВС – линия среза; Н – глубина резания;
V – скорость резания; Z – заготовка
Рисунок 2 – Стохастический характер магнитно-абразивной обработки
При измерении радиусов возможно использование любого материала, обеспечивающего копирование профиля вершин. Было принято решение заменить дюралюминий на органическое стекло, т.к. магнитная проницаемость материалов практически одинаковая и на стекле остаются достаточно глубокие риски, после магнитно-абразивной обработки.
Для получения профилей режущих вершин анализировали профили царапин, нанесенных зернами инструмента на поверхности полированного органического стекла. Для этого пластина органического стекла прижималась к индуктору с зернами с усилием 1000 Н. Затем производилось перемещение пластины относительно неподвижного инструмента. На рисунке 3 приведена фотография установки для получения рисок, а на рисунке 4 – фотография образцов с рисками.
1. Барон, Ю. М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инструментов. – Л. ; Машиностроение. Ленингр. отд-ние. 1986. – 176 с.
2. Барон, Ю. М. Физические основы работы магнитно-абразивных материалов / Ю. М. Барон // Магнитно-абразивные материалы и методы их испытания. – Киев, 1980. – С. 10-17.
3. Гончаров, В. Д. Прогрессивные технологические методы финишной обработки : учеб. пособие / В. Д. Гончаров. – М. : Станки, 1993. – 105 с.
4. Кожуро, Л. М. Обработка деталей машин в магнитном поле / Л. М. Кожуро, Б. П. Чемисов. – Минск : Наука и техника, 1995. – 232 c.
5. Коновалов, Е. Г. Чистовая обработка деталей в магнитном поле ферромагнитными порошками / Е. Г. Коновалов, Г. С. Шулев. – Минск : Наука и техника, 1967. – 125 с.
6. Коновалов, Е. Г. Основы новых способов металлообработки. Минск : АН БССР, 1961. 297 с.
7. Крагельский И. В. Влияние шероховатости и свойств материала на фактическую площадь касания поверхностей. – М. : Изд-во АН СССР, 1961, С. 12-15.
8. Крымский, М. Д. Распределение и уплотнение магнитноабразивного порошка в рабочем зазоре станка / М. Д. Крымский // Магнитноабразивные материалы и методы их испытания. – Киев, 1980. – С. 92-97.
9. Леонов, С. Л. Распределение радиусов режущих вершин при магнитно-абразивной обработке / С. Л. Леонов, А. М. Иконников, Д. Е. Соломин // Ползуновский альманах. 2021. № 3. С. 29-32.
10. Майборода, В. С. Основи створэння i використання порошкового магштноабразивиого шструменту для фшнпно Тобробки фасонних поверхонь : автореф. дис. д-ра технических наук : 05.03.01 / В. С. Майборода. ; Киев, политех, ин-т. – Киев, 2001. – 36 с.
11. Наливко, Г. Д. Некоторые свойства магнитно-абразивных порошков из псевдоплавленных композиций / Г. Д. Наливко // Порошковая металлургия. – 1979. – № 8. – С. 83.
12. Новоселов, Ю. К. Динамика формирования поверхностей при абразивной обработке : монография / Ю. К. Новоселов. – Севастополь : СевНТУ, 2012. – 304 с.
13. Приходько, С. П. Магнитно-абразивное полирование индукторами на постоянных магнитах / С. П. Приходько, Ю. М. Барон // Автотракторное электрооборудование. – 1983. – № 5. – С. 11-14, 143.
14. Приходько, С. П. Магнитные индукторы для полирования наружных поверхностей вращения / С. П. Приходько // Повышение эффективности технологических процессов машиностроительного производства. – Барнаул, 1989. – С. 35, 144.
15. Приходько, С. П. Магнитные индукторы для полирования плоских поверхностей / С. П. Приходько // Повышение эффективности технологических процессов машиностроительного производства. – Барнаул, 1989. – С. 52.
16. Приходько, С. П. Моделирование процесса магнитно-абразивной обработки деталей машин на ЭВМ / С. П. Приходько // Отделочно-чистовые методы обработки и инструменты в технологии машиностроения. – Барнаул, 1987. – С. 115-119, 146.
17. Приходько, С. П. Роль вихревых токов в процессе магнитноабразивной обработки / С. П. Приходько // Отделочно-чистовые методы обработки и инструменты в технологии машиностроения. – Барнаул, 1989. – С. 104-107.
18. Приходько, С. П. Технологические закономерности магнитноабразивного полирования индукторами на постоянных магнитах / С. П. Приходько, Ю. М. Барон // Автотракторное электрооборудование. – М., 1983. – № 6. – С. 12-14.
19. Сакулевич, Ф. Ю. Объемная магнитно-абразивной обработка / Ф. Ю. Сакулевич, Л. М. Кожухов. – Минск : Наука и техника, 1978. – 168 – с. 156.
20. Сакулевич, Ф. Ю. Основы магнитно-абразивной обработки / Ф. Ю. Сакулевич. – Минск : Наука и техника, 1981. – 328 с. 157.
21. Сакулевич, Ф. Ю., Минин, Л. К., Олендер, Л. А. Магнитноабразивная обработка точных деталей. – Мн. ; Высшая школа, 1977. – 288 с.
