| Биография | Автореферат | Ссылки | Индивидуальное задание | Отчет о поиске |
| БИБЛИОТЕКА | ENGLISH |
Реферат
Эта статья посвящена механизмам влияния магнитного поля на износостойкость режущих инструментов в процессе сверления. Результаты показывают, что класс лунки износа сверл из быстрорежущей стали и твёрдого сплава подчиняется магнитному полю высокой напряженности, и сильно уменьшается в сравнении с однажды полученными без намагничивания. Кроме того, противоположные изменения осевой силы были зафиксированы в присутствии магнитного поля, когда образцы из стали с содержанием 0,38% углерода обрабатывались сверлами из быстрорежущей стали и твёрдого сплава.
Эти результаты наводят на мысль, что даже магнитный эффект выглядит разнообразным, что может быть сгруппировано по двум основным категориям: 1) изменение механизмов резания; 2) изменение свойств материала и заготовки.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: магнитное поле, износ, сухое сверление, быстрорежущий и твёрдосплавный инструменты, силы резания
1 ВВЕДЕНИЕ
Сверление из-за отсутствия надежного управления износом сверла и избежания катастрофических поломок инструмента до сих пор слабо исследовано и проработано. Много работ, посвященных контролю износа сверла, следуют двум подходам. Одним из них является развивать надежные измерения износа во время работы сверла как итог автоматизации основных сверлильных операций. Другими направлениями является наблюдать за новыми альтернативными методами обработки отверстий в труднообрабатываемых материалах с достаточной точностью. Способы, применяемые для контроля износа в реальном времени, вопреки многим попыткам еще не выявили приемлемой экономичности и технологичности. Новый способ обработки отверстий – задача, стоящая перед производственными исследованиями. Недавно появились два новых способа, среди них инструмент Триллера из «Emuge Corp» (Нортборо, МА), который дает возможность сверлить отверстия, нарезать резьбу, обрабатывать пазы и окончательно обрабатывать всё на одной операции, и «Новатор АВ» (Спанга, Швеция) – процесс сверления на орбите, подвергнутый испытаниям для космического и обычного применений.
Эта статья будет попыткой представить исследование эффектов уменьшения износа с приложением внешней электродвижущей силы (ЭДС), источником которой является, например, магнитное поле, со специальными проявлениями в изображениях и дискуссиях по процессу сверления. Действительно, отображения износостойкости режущих инструментов с применением внешнего электрического тока впервый были исследованы Бобровским, Канджи и Палом. Наблюдения показали прирост стойкости инструмента. Тем не менее, не было выявлено причин этого улучшения. Позднее Багчи и Гош показали, что остаточно намагниченные быстрорежущие инструменты при обработке мягких сталей показывают более высокую износостойкость, чем ненамагниченные инструменты. Чтобы объяснить причины, почему намагниченный инструмент обладает большей стойкостью, Чакраварти предложил качественную модель. В своей попытке моделирования Чакраварти предложил физическую дезорганизацию магнитных элементов. Если бы даже результаты аналитического моделирования были признаны, все равно данная модель была бы предметом сомнений.
Двумя годами позднее Пал и Гупта изучили эффект переменного магнитного поля на поведение износа при сверлении быстрорежущей сталью. Авторы выявили, что присутствие магнитного поля значительно уменьшает класс износа, и возможные причины этого улучшения были предложены. Более значительные объяснения уменьшения износа с приложением магнитного поля получены Муцу и Гошем, когда проводились эксперименты по поведению износа инструмента с намагничиванием резцов из быстрорежущей стали при точении мягкой стали и бронзы. Авторы заявляют, что влияние магнитного поля на механизм адгезионного износа идет по пути уменьшения класса износа тела с низкой магнитной проницаемостью. Кроме того, они полагают, что прирост температуры снижает эффект магнитного поля. Следуя таким рассуждениям, Муцу и Радхакришна сделали вывод, что приложение магнитного поля к контактной паре уменьшает активную энергию износа и диффузии, а также выгодно только тогда, когда Н1/Н2 > 2, где Н1 и Н2 – это твердости тел с высокой и низкой магнитной проницаемостью соответственно. Даже если этот критерий поддерживает некоторые экспериментальные данные, доложенные в предшествующих расчетах, это кажется подходящим только для описания улучшения поведения износа в присутствии магнитного поля, когда механизм адгезионного износа является преобладающим. Таким образом, критерий, который показывает полезный эффект магнитного поля, может не быть подходящим для выбора контактирующей пары.
Недавно мы опубликовали некоторые данные об эффектах магнитного поля на прочность быстрорежущего инструмента во время механической обработки. Испытания резанием состояли в экспериментах с точением. Мы обнаружили высокую величину прочности инструмента и значительное снижение износа на более высоких режимах магнитно-механического возбуждения, которые характеризуются более высокими магнитным полем и скоростью резания.
В этом исследовании сделана попытка подтверждения этого феномена в процессе сверления и прояснить механизмы уменьшения износа с приложением внешней электродвижущей силы (ЭДС), источником которой является, например, магнитное поле.
2 ОБОРУДОВАНИЕ И ПРОЦЕССЫ МАГНИТНОГО СВЕРЛЕНИЯ
2.1 Материалы
Выбор материалов заготовок и инструмента требует особого подхода к достижению лучшего понимания влияния магнитного поля на износ инструмента. В этой связи эффект внешнего магнитного поля был рассмотрен по отношению к свойствам материалов. Следовательно, все опыты сверления были проведены на образцах, изготовленных из болванок ферромагнитной стали с 0,38% углерода.
Поэтому были использованы два вида спиральных сверл: одно – немагнитное твёрдосплавное, другое – ферромагнитное быстрорежущее. Выбор быстрорежущего и твердосплавного инструментов обусловлен их магнитной восприимчивостью и неинертностью по отношению к внешним источникам ЭДС. Основной целью является сравнить их показатели износа для того, чтобы оценить: относится ли эффект магнитного поля к возможным вариациям свойств материалов в большей степени, чем к возможным изменениям схем резания.
2.2 Магнитно-сверлильное оборудование
Опыты сверления были выполнены на вертикальном обрабатывающем центре «МИКРОН VCE 500». Станок развивает максимальную скорость вращения шпинделя 7500 об/мин и максимальную мощность 11 кВт. Чтобы установить некоторые эффекты постоянного магнитного поля при росте износа сверла в условиях сухого резания, было создано специальное сверлильное приспособление. Соответствующие средние значения отверстий, обработанных с использованием магнитного поля, получены без переустановки заготовок в зажимном приспособлении.
Сверление выполнено с подачей намагниченного вращающегося сверла на неподвижный образец, уже соединенный с магнитным потоком. Внешний вид используемого зажимного приспособления показан на рис. 1. Последнее предназначено для закрепления рабочего тела на станке, для наведения магнитного поля и для возможности сопровождающим сверление сил быть зафиксированными во время каждого опыта. Поэтому сверлильное приспособление состоит упрочненной пластины с тремя стальными блоками цилиндрической формы, которые служат в качестве фиксированной опоры катушки. Вложенное в сверлильное приспособление тело – заготовка – закреплено трехкулачковым патроном.
Сверлильный динамометр Кистлера вмонтирован между упрочненной пластиной для измерения сил во время образования отверстия в порядке роста износа сверла. Для выверки перпендикулярности оси шпиндельной головки относительно стола станка идля уверенности, что катушка и заготовка расположены соосно, был изготовлен индикатор позиционирования. Он состоит из трубы, в которой внутренний и наружный диаметры соответственно равны внешнему диаметру заготовки и внутреннему диаметру катушки.
Магнитное поле, которое пересекает как сверло, так и заготовку по осевой линии сверла, было создано введением постоянного электрического тока в катушку, закрепленную вокруг образца, как показано на рис.1. Катушка имела внутренний диаметр 6 мм с зазором под диаметр инструмента, а длина катушки была такой, чтобы значительная часть инструмента была соединена с магнитным потоком. Напряженность магнитного поля лежала в пределах 0-30000 А/м в соответствии с интенсивностью электрического тока.
2.3 Процессы
Эксперименты состоят в сверлении глухих отверстий диаметром 8 и длиной 20 мм в 10-ти полных оборотов сверла, как показано на рис. 2. Такой способ сверления под магнитным полем был взят для эффективного стружкообразования и теплоотвода. Это выглядит соответствующим подходу к оценке фактора магнетизации в общий износ сверла в сравнении с условным сверлением, которое создает много трения и тепла. Действительно, когда рассматриваемый износ подчинен внешнему магнитному полю, то это будет приниматься в расчет как результаты и механического, и магнитного воздействий, которые тесно взаимосвязаны. Таким образом, все эксперименты по сухому сверлению были выполнены, используя этот процесс при заданных режимах резания. Режимы резания выбраны в результате нескольких предварительных опытов при использовании схемы сверления (см. рис. 2) в свободном магнитном процессе. Чтобы получить достоверные результаты, каждый эксперимент был повторен пять раз при таких же режимах. Для каждого отдельного опыта был использован новый инструмент и новый образец заготовки. Средняя осевая сила и окружной момент также оценены для дальнейшего анализа.
Особенности износа инструмента были исследованы с помощью оптического микроскопа и измерены интерферометрическим профилографом белого света «НТ-3300» (прибор Вико). Первым важным преимуществом интерферометра белого света является то, что его высокое разрешение не зависит от объектива. Это позволяет изучить широкие площади (как часто требуется в режущих инструментах) с низким увеличением объективов, пока поддерживается высокое разрешение. Во-вторых, точно для большого разрешения (свыше 2 мм) система может быть использована для измерения как микро- , так и макронеровностей, что позволяет изучить предыдущие стадии процесса износа так же хорошо, как и более точные системы. Кроме того, эта техника позволяет изучать несколько дополнительных критериев, таких как объем, ширина и шероховатость лунки.
Рис 1 - Экспериментальная установка для обработки отверстий под воздействием магнитного поля
Рис 2 - Схема сверления
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
| Биография | Автореферат | Ссылки | Индивидуальное задание | Отчет о поиске |