ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ НА ПАРАМЕТРЫ ШЕРОХОВАТОСТИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ОКСИДНОЙ КЕРАМИКИ

Аннотация

В статье рассмотрено влияние скоростей детали и инструмента на шероховатость поверхности при магнитно-абразивной обработке. Сделаны расчёты по проведенному эксперименту, показан график зависимости режимов обработке на качество обрабатываемой поверхности.

Ключевые слова

магнитно-абразивная обработка, фасонная поверхность, магнитно-абразивный инструмент

Введение

Керамические материалы выгодно отличаются от металлических и полимерных высокой коррозионной стойкостью и возможностью регулирования свойств материала в широких пределах за счет изменения структуры. Керамические материалы наряду с высокой твердостью, как правило, имеют повышенную хрупкость, низкое сопротивление изгибу и ударным нагрузкам. Среди современных керамических материалов – оксид алюминия находит самое широкое применение. Основные свойства материала: очень высокая прочность, высокая твёрдость, стабильность при высоких температурах, высокая износоустойчивость, высокое сопротивление коррозии, даже при высоких температурах, высокая теплопроводность, устойчивость к агрессивным средам.

Одним из методов улучшения микрорельефа поверхностного слоя является магнитно-абразивное полирование (МАП) [1, 2]. Сущность метода: магнитно–абразивный порошок располагается между полюсами электромагнитов, создавая режущий инструмент в виде своеобразной «полирующей щетки». В роли связки абразивных зерен используется магнитное поле, обладающее упругими силами воздействия на единичные зерна. При движении заготовки через рабочую зону порошок оказывает давление на деталь в каждой точке поверхности, что приводит к съему металла и сглаживанию микронеровностей. Он обеспечивает получение параметров шероховатости Ra 0,01-1 мкм, снижение волнистости в 8-10 раз, гранности до 2 раз. При этом повышается контактная прочность и износостойкость деталей в 2-3 раза, увеличивается опорная длина профиля до 75-85% [1]. Способ обладает возможностью обрабатывать как мягкие и вязкие, так и неметаллические материалы.

В данной статье рассмотрен вопрос выбора режима МАП керамики из оксида алюминия по критерию обеспечения минимального среднеарифметического отклонения профиля (Ra) при обработке внутренних поверхностей.

Целью данной работы является исследование влияния скоростей вращения заготовки и инструмента на шероховатость поверхности при магнитно–абразивной обработке.

Основная часть

На кафедре металлорежущих станков и инструментов ДонНТУ разработано устройство для экспериментальных исследований МАО внутренних поверхностей на базе токарно-револьверного станка 1341 [3], показанное на рис. 1. Предоставленная схема обработки представляет собой вращение магнитно–абразивного порошка внутри отверстий наведенным извне магнитным полем. Обрабатываемый образец представляет собой втулку, изготовленную из Al2O3, с внутренним отверстием диаметром 28 мм. Втулки предварительно обрабатывались с помощью алмазного шлифовального круга 1А1 20x10х10 АС4 250/200 - 4 - М2-01 и 1А1 10x10x6 АС4 100/80 - 4 - В2-01 ГОСТ 16167-90, что помогало обеспечить необходимую исходную шероховатость по параметру Ra = 0,25мкм, а также требуемую геометрическую точность отверстия.

Рисунок 1. Устройство для экспериментальных исследований МАО внутренних поверхностей на базе токарно-револьверного станка 1341[3]

Четыре магнитных неодимовых кольца, установленные на оправке полировального шпинделя, расположены по отношению друг к другу противоположной полярностью и обеспечивают суммарную магнитную индукцию 0,8 Тл. Между магнитами установлены стальные кольца, которые пропускают через себя магнитный поток, создаваемый двумя соседними магнитами. В качестве магнитно-абразивного порошка использовали железно-абразивный порошок с синтетическим алмазом в виде абразивных включений производства НТЦ ВИИ «Электрон» г. Донецк. Размер фракции порошка 180/100, размер абразива 7/5, содержание абразива в зерне 40%. Станок работает следующим образом. В зажимное устройство (патрон) устанавливается заготовка. На полировальную оправку наносится абразивный порошок. Затем приводится в движение шпиндель вращающее зажимное устройство с установленной туда заготовкой и полировальный шпиндельный узел. Зазор между оправкой и заготовкой устанавливался равным 1,5 мм, в пределах которого может содержаться не менее 4-х слоев магнитного абразивного материала и достигается наименьшее значение установившейся шероховатости.

При исследовании влияния скоростей вращения заготовки (Vд) и инструмента (Vи) на шероховатость поверхности был проведён 2^2 эксперимент. Значение уровней и интервалов варьирования факторов приведены в таблице 1. В соответствии с принятыми уровнями варьирования был проведен полный факторный эксперимент. В каждой точке факторного пространства число повторов составляло трем. Средние значения результатов определения среднеарифметического отклонения профиля приведены в таблице 2 (y).

Таблица 1 – Уровни и интервалы варьирования факторов

Таблица 2 – Матрица планирования и результаты опыта

Зависимость параметра Ra от исследуемых факторов будем искать в виде уравнения регрессии степенного вида:

В результате обработки экспериментальных данных получено уравнение:

Для перехода от кодированных факторов к натуральным представляем x1 и x2 в виде:

в уравнение (2).После преобразования получим

Полученную зависимость проверили на адекватность по критерию Фишера. Расчетные значения параметра микрорельефа Ra (yрасч) приведены в таблице 2.

Для анализа полученной зависимости 4 построим двумерные поверхности отклика в области изменения факторов (рис.2). Из рисунка видно, что с увеличением скорости заготовки (Vд) значение шероховатости керамики по параметру Raвозрастает. В результате при Vд ? 0, 25 м/с микрорельеф поверхностного слоя не улучшается по сравнению с исходным значением. Увеличение скорости инструмента приводит к уменьшению Ra.

В соответствии с полученными данными допустимая радиальная составляющая силы резания P_у при обработке отверстия Ø 20 мм с допуском 7-го квалитета составляет 33 Н, а при обработке отверстия Ø 100 мм с допуском 7-го квалитета – 56 Н. В то же время при обработке отверстия Ø 20 мм с допуском 6-го квалитета сила резания P_у не должна превышать 22 Н, а при обработке отверстия Ø 100 мм с допуском 6–го квалитета – 30 Н, что обуславливает существенные технологические затруднения при шлифовании отверстий с точностью выше 7-го квалитета.

Рисунок 2. Двумерные поверхности отклика параметра Ra при варьировании скоростями заготовки (Vд) и инструмента (Vи)

Выводы

1. При поведении экспериментальных исследований с применением полного факторного эксперимента была получена регрессионная зависимость среднеарифметического отклонения профиля при магнитно абразивной обработке внутренних поверхностей детали из керамики (Al2O3) от скоростей вращения заготовки и инструмента.

2. Полученная регрессионная зависимость позволяет выбирать скорости вращения заготовки и инструмента из условия обеспечения требуемого среднеарифметического отклонения профиля внутренней поверхности отверстий в деталях из оксида алюминия при МАП.

Список литературы:

1. Барон Ю. М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инструментов.— Ленинград: Машиностроение, 1986. - 176 с.
2. Скворчевский Н. Я. Эффективность магнитно-абразивной обработки/Н. Я. Скворчевский, Э. Н. Федорович, П. И. Ящерицын. — Минск.: Наука i техника, 1991.-215 с.
3. Гусев В.В. Магнитно-абразивная обработка внутренних поверхностей с использованием постоянных магнитов/В.В. Гусев, С.В. Кучеренко, Е.С. Сухоручко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія Машинобудування і машинознавство. – Донецьк: ДонНТУ. – 2011. – Вип. №8 (190). – С.145-151.