Магнитное поле удерживает порошок в рабочем зазоре, создавая нормальные силы в контакте порошка с полюсами индуктора и рабочей поверхностью [2]. Магнитные силы и силы трения между полюсами и порошком больше, чем те, которые между рабочей поверхностью и порошком. По этой причине, порошок попадает в полюса вращающегося индуктора. Вектор и значение магнитной силы F_m которая действует на каждое зерно порошка, определяется по формуле [2]:

      где µ₀ - магнитная проницаемость вакуума;
      V_gr - объем зерна;
      В and gradB - индукция магнитного поля и его градиента в точке расположения зерна.

Количество порошка размещеного в рабочем зазоре определяли с помощью рекомендации [2].

Вибростол.Предыдущие исследования [2,3, и 6] показали, что колебания заготовки или полюсов индуктора увеличивает производительность МАФ и улучшает шероховатость обрабатываемой поверхности. Дополнительное увеличение колебаний зерен порошка в рабочем зазоре повышает режущие способности порошка. Прерывание контакта колебаний уменьшает трение между зерном порошка и поверхностью заготовки, которая помогает удержать порошок от рассеивания. Кроме того, дополнительные колебания перпендикулярно направлению увеличивают относительное движение и улучшают шероховатость обрабатываемой поверхности.
      В этих исследованиях, вибростол было использовано, чтобы выяснить роль колебаний для снятия заусенцев методом МАФ. Вибростол (рис. 2) позволяет придать колебательные движения образцам в поперечном или продольном направлении подачи. Образцы установлены на верхней панели, которая сделана из ферромагнитной стали. Сконструированный вибростенд позволяет управлять частотой и амплитудой колебаний.

Характеристическое уравнение для метода магнитно-абразивного финиширования. Магнитно-абразивные порошки выполняют роль абразивного инструмента. Эффективность удаления заусенцев зависит от характеристик порошка. Порошки характеризуются многими параметрами, свойства которых приведены в соответствии с магнитным полем и зависят от условий эксплуатации. Метод оценки порошков, которые могут быть применены в любом магазине с машинами для МАФ приведены ниже. Характеристики обработки и срок службы порошка в поверхностной обработке являются очень важными для эффективной работы МАФ. Экспериментальная зависимость для определенного удаления заусенцев (q) при поверхностном финишировании представлены на рис. 3. Следующее характеристическое уравнение для удаления массы при поверхностной финишной операции МАФ предлагается на основе экспериментального опыта [2]:

      где q, mg/cm² - удалённая масса с 1 cм² площади рабочей поверхности за время t;
      q₁,мг/(cм²*мин) - удалённая масса с 1 cм² площади в первую минуту (1 секунду или 1 час, также можно выбрать в качестве единицы времени);
      m - показатель, описывающий производительность процесса МАФ.

      Параметр q₁ используется для сравнения режущих свойств порошков при данных условиях МАФ. Параметр m удобен для косвенной оценки долговечности порошка. Конечно, параметры q₁ и m в формуле (2), зависят не только от свойств порошка, но и от магнитной индуктивности и других условий МАФ. Таким образом, сравнение порошков рекомендуется при поддержании постоянных условий МАФ. В этом случае параметры q₁ и m будет полностью отражать режущие свойства порошков. Способность порошка уменьшаться, попадая в рабочий зазор из-за износа и разрушения абразивного зерна. Также уменьшение количества порошка происходит из-за его дисперсии.

Параметры q₁ и m были получены путем математической обработки из экспериментального отношения q = f(t). Зависимость параметра "m" от инструментальной долговечности порошка можно увидеть в следующем уравнение. Производная q и t относятся к скорости удаления с поверхности порошка на данный момент t_i:

Как следует из формулы. (3), чем дольше время работы t_i, тем ниже скорость удаления q^’_i мг/(cм²*мин). Найдя минимальную скорость удаления q^’_i= q^’_мин, , когда порошок следует заменить, становится возможным рассчитать допустимую продолжительность операции, Т (4). Время T относится к стойкости порошка и может быть использовано для сравнения производительностей порошка.

Эксперимент для сравнения производительности при порошковой полировки поверхности.Серия опытов была выполнена для композиционных магнитно-абразивных порошков, которые сделаны компанией НПЦ "Реактивэлектрон" НАН Украина специально для полировки методом МАФ. Порошки приведены в таблице 1. Зерна каждого порошка содержат абразивные частицы, например TiC или NbC и ферромагнитные компоненты, такие как железо или полимеры (структура последнего неизвестна). Ферромагнитные компоненты одновременно обладают магнитными и механическими свойствами зерна и служат в качестве связующего материала. Порошки имеют различную гранулярность и места абразивов в композитных зернах т. е. на поверхности распространяться по всему объему.

      Эта серия испытаний была выполнена для получения экспериментальных отношений q = q₁t^m q1?m при полировки поверхности для сравнения магнитно-абразивных порошков. Аналогичные образцы были предоставлены без дырок и размещены в разделе "С", как показано на рис. 1, b, однородности производительности. Использованный магнитный индуктор изображен на рис. 1a. Условия испытаний были следующими: образец материала легированной стали SM45C, объем части порошка V_p is 19 cм³; n = 130 мин^-1; f = 187 мм/мин; I = 1.0 A;высота разрыва 2 мм; и продолжительность испытания каждого порошка t= 6.4 мин. Охлаждающую жидкость вводили периодически в рабочий зазор в ходе испытания.
      Для каждого порошка из списка в таблице 1, характеристическое уравнение (3) получается путем эксперимента и приближения. Параметр q₁ и срок службы T инструмента были выбраны в качестве критериев для сравнения порошков. Первоначальная производительность q₁ характеризует режущую способность порошка в своем первоначальном состоянии. Чтобы рассчитать срок службы инструмента T по формуле. (4) условно принято считать, что минимальная скорость удаления, q^’_min, равна половине начальной скорости удаления у t=1 и q^’_min= 0.5*q^’₁. Подставляя t=1 в формулу (3), q^’1=m*q₁ и q^’_min=0.5*q^’₁. Поэтому q^’_min=0.5*m*q₁ можно подставить в уравнение (4). Тогда срок службы инструмента порошка получается просто T = 21/(1-m).Срок службы инструмента рассчитывается и приводится в таблице 1. Общий уровень стойкости порошка в таблице 1 небольшой, что можно объяснить относительно небольшой индукцией магнитного поля B = 0,47 T в рабочем зазоре, по этой причине происходит постепенное рассеяние порошка из рабочего зазора. Тем не менее, результаты позволяют произвести анализ характеристик порошков.

      Значения q₁ и T для порошков с одинаковой химической структурой были усреднены и представлены на рисунке 3. Режущие свойства порошка Fe-TiC выше, чем порошков Полимер-TiC, хотя они же из абразивного компонента карбида титана. Можно предположить, что большая режущая способность q₁ порошка Fe-TiC объясняется более сильными магнитными свойствами его ферромагнитного компонента, Fe. Срок службы порошка Полимер-TiC больше, потому что инструмент более высокого уровня долговечности так, как его ферромагнитный компонент, ’полимер’. К сожалению, производительность порошка не влияет на магнитные и механические свойства порошка, в связи с чем мы не можем подтвердить наши предположения.

      Влияние размеров зерен порошка показано на рисунке 4, на примере Fe-TiC состава. Данные для порошков с различными абразивными размерами частиц и различных композитных мер зерна были усреднены для получения более достоверного результата. Уменьшение размера зерна приводит к снижению режущей способности порошка Fe-TiC и повышению срока службы инструмента. Эти результаты соответствуют формуле 1. Уменьшение магнитных сил действует на зерно с меньшими размерами. Таким образом, силы резания, также снижаюются.

Рис.4. Первоначальная производительность и срок службы инструмента из порошков с различной зернистостью

      Порошок номер 4 имеет высокую первоначальную производительность q₁, а порошки номер 7, 10, 12 и 13 большой срок службы инструмента при достаточно высокой первоначальной производительности. Из-за большого срока службы инструмента, последние порошки предпочтительным для устойчивости процесса МАФ. Таким образом, порошки номер 4, 5, 7 и 13 используются в последующих исследований по удалению заусенцев.

Снятие заусенцев с помощью метода МАФ. Возможно, предсказать режущую способность порошка в соответствии с характерной кривой, полученной из теста поверхностной обработки. Снятие заусенцев изучено с помощью того же порошка, как при полировки поверхности. Порошки для эксперимента выбраны в соответствии с характеристической кривой, т. е. были отобраны три различные композиции порошка для эксперимента удаления заусенцев на основании результатов тестирования: Fe-TiC (№ 4), Полимер-TiC (№ 7) и Fe-NbC (№ 13) - хорошо зарекомендовавшие себя на полировочных работах. Они же композитных размеров зерна 500/400 мкм. Заусенцы были сформированы путем бурения пластины SM45C использованием сверла диаметром 3 мм. Регулярные заусенцы были подготовлены и измеряны с помощью лазерного датчика. Образцы находятся в разделе "С", как показано на рисунке 1, для получения эффекта равномерного снятия заусенцев. Усредненной высоты заусенцы представлены на рисунке 5 в зависимости от запланированного числа таблицы проходов с использованием трех порошков выбранных ранее. Достоверности результатов измерений с лазерным сенсором, обсуждается в предыдущей работе [6].
      В порошке номер 4 заусенцы удаляются почти после 3 проходов, как показано на рис. 5. Они по-прежнему после трех ударов, когда порошок номеров 7 и 13 были использованы для снятия заусенцев. После 7 ударов всех порошков, однако, они были удалены полностью. Она занимает около 40-60 секунд, чтобы удалить заусенцы с первоначальной высоты 0,15 мм с помощью порошка номер 4. В то же время, верхняя поверхность полируется. Заусенцы удаляются из каждого отверстия в разделе "С" на арматуре. Результат этого сравнения доказывает надежность характеристической кривой, полученной из полировочных испытаний. Этот результат предполагает важность применения характеристической кривой к выбору надлежащего порошка для эффективного удаления заусенцев. Кроме того, метод может быть использован для оценки эффективности недавно разработанных порошков.

Рис.5. Уменьшение высоты заусенца для различных порошков

      Что касается снятия заусенцев, эффективность также доказана: метод магнитно-абразивного удаления заусенцев очень эффективный. Форма краев после снятия заусенцев был очень острая. Углами заусенцев можно управлять, контролируя условия, такие как продолжительность снятия заусенцев, надлежащий порошок, и другие.

Выводы

1. Электромагнитный индуктор применяется для удаления заусенцев после сверления компонентов. Заготовки должны быть расположены в секторе "С" верхней поверхности арматуры для равномерного снятия заусенцев.
2. Разработанная методика для сравнения магнитно-абразивных порошков позволяет выбрать надлежащие порошки для конкретных технологических операций. Первоначальная производительность q₁и срок службы инструмента Т предлагается в качестве критериев для сравнения и оптимизации.
3. Выполнение операции удаления заусенцев каждым порошком может быть оценена по результатам эксперимента порошока. Среди испытанных порошков, порошков Fe-TiC, с размером зерна 500 ~ 400 мкм и размером абразивных 40 ~ 28 мкм, расположены на поверхности композитных зерен, является оптимальными для удаления заусенцев из стальных заготовок.
4. Магнитно-абразивный метод более эффективный и точный при удалении заусенцев, так как ее усилие резания может быть изменен путем контроля тока.

Литература

1. S.L.Ko and J.K.Lee: Analysis on Burr formation in Drilling with New Concept Drill, J. of Materials Processing Technology, Vol,113/1-3(2001), pp392-398.
2. Y.M.Baron: Technology of abrasive finishing in the magnetic field (Mashinostroenie, - Leningrad 1975).
3. Y.M.Baron, M,Manchenko and A.V.Chubais: Magnetic-abrasive finishing of parts made from non-magnetic steel, Proc. «Technology of mechanical engineering for light and food industry and household device. – Moscow: TSIITAI light and food industry, 1976. Issue.10, p.9-19 (Rus).
4. S.L.Ko, J.W.Chae, J.I.Park, Y.M.Baron and V.S.Polishuk: Proc. On 7th Int. Conf. “Burr Formation, Deburring & Surface Finishing”, 2004, Berkeley CA, USA, pp355-363.
5. T.Shinmura, K.Takazawa and E.Hatano: Study on Magnetic-abrasive Finishing (1 st Report) –On Process Principal and a Few Finishing Characteristics, JSPE-52-05(1986).
6. S.L.Ko: 3rd PSFDT, 2003, Melborn, Australia.