Источник: Источник: Proc. 2003 Winter Simulation Conf., New Orleans, LA, 2003.
http://www.premalab.re.kr/paper/paper_data/Chracterization%20of%20magnetic%20abrasive%20finishing%20method.pdf
В работе анализируется эффективность использования магнитно-абразивного финиширования (МАФ) при удалении заусенцев в просверленных отверстиях. Основные элементы оборудования при этом методе: магнитный индуктор; порошок с магнитными и абразивными свойствами, который служит режущим инструментом, а также электромагнитный индуктор и вибростол, которые были разработаны для снятия заусенцев и финиширования плоских поверхностей. Новая методика была разработана с целью сравнения эффективности магнитно-абразивных порошков, и найти порошок, который подходит для финиширования поверхности отверстий, размещенных на плоской поверхности стола.
Заусенцы – это распространенные дефекты обработки. Их устранение требует дополнительных технологических операций, времени и стоимости. Заусенцы часто удаляются вручную, несмотря на высокий уровень сегодняшней автоматизации. Заусенцы образуется при сверлении, и доставляют сложные технологические проблемы. Удаление этих неровностей после сверления не всегда имеет положительные результаты: создает вторичный заусенец внутри отверстия, образует нежелательных фаски на краях отверстия [1]. Магнитно-абразивное финиширование (МАФ) может решить эту проблему. Оно не создает неровности, а производит круглые края, радиусом которого можно управлять [2]. МАФ было с успехом применено для удаления заусенцев на изделии по контуру после штамповки листового металла [3]. Тем не менее, для снятия заусенцев на плоскостях заготовок методом МАФ требует дополнительного изучения. Авторы опубликовали аспекты их исследований в этой области [4, 6]. В данной работе авторы описывают их исследование удаления заусенцев с помощью электромагнитного индуктора и вибростола.
Электромагнитная катушка индуктивности. Электромагнитная катушка индуктивности использовалась как источник магнитного поля. Внутренние и внешние полюса на нижней плоскости были разделены на сектора колец. Увеличение концентрации магнитного потока в рабочем зазоре и создание дополнительных радиальных ребер позволило порошку вращаться в поле катушки индуктивности.
Рабочая поверхность образцов с заусенцами, образовавшихся после сверления отверстий, находится на том же уровне в верхней плоскости крепления. Рабочий зазор между рабочей поверхностью и полюсами индуктора. Рабочий зазор выравнивается магнитно- абразивным порошком для снятия заусенцев.
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 Fm которая действует на каждое зерно порошка, определяется по формуле [2]:
где µ0 - магнитная проницаемость вакуума;
Vgr - 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 ti:
Как следует из формулы. (3), чем дольше время работы ti, 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.
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. 1. 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.
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.