ПОЛЮСНЫЕ НАКОНЕЧНИКИ

Сакулевич Ф.Ю.

Источник: Сакулевич Ф.Ю. Основы магнитно-абразивной обработки. - Мн.: Наука и техника, 1981. - с. 56 - 61.

      Полюсные наконечники, являясь частью магнитопровода, предназначены для передачи магнитного поля непосредственно в рабочую зону. От формы их рабочей поверхности зависит конфигурация рабочей зоны, определяющая параметры режущей щетки ферромагнитно-абразивных зерен.
      Вторая функция полюсных наконечников заключается в расширении технологических возможностей магнитно-абразивного оборудования за счет их замены и соответственно обработки ряда изделий, различающихся по размерам и форме.
      В общем случае полюсные наконечники разделяют на два вида: неподвижные относительно магнитопровода электромагнитной системы и подвижные. Рассмотрим более подробно каждый из указанных видов. Неподвижные полюсные наконечники характеризуются жестким соединением с магнитопроводом. Основное условие, которое необходимо выполнять при этом - обеспечение минимально возможных магнитных потерь, возникающих в результате нарушения сплошности сечения. Возможные схемы крепления полюсных наконечников к магнитопроводу показаны па рис. 1. Наиболее простым является соединение с помощью немагнитных накладок, располагаемых по боковым сторонам магнитопровода (рис. 1, а). Для увеличения точности посадки полюсных наконечников на магнитопроводе выполняют паз (рис. 1, б). В случае невозможности бокового креплении (близкое расположение катушек, малая рабочая зона и др.) целесообразно крепление полюсных наконечников, в зависимости от их ширины, одним винтом или несколькими (рис. 1, в). Крепежные винты должны быть изготовлены из материала полюсных наконечников.

      При магнитно-абразивной обработке ряда однотипных деталей, отличающихся только по размерам, например цилиндрических или сложнопрофильных валов, втулок, пресс-форм и др., целесообразно применять схему крепления, представленную на рис. 1, г. В этом случае изготавливают ряд полюсных пластин, которые также закрепляют боковыми немагнитными накладками или ферромагнитными винтами в их центре. При этом возможно изготовление пластин небольшой толщины, что позволяет экономить материал. Эту схему целесообразно применять также при интенсивном износе рабочих поверхностей полюсных наконечников. На рис. 1, д показана схема крепления полюсных наконечников, вращающихся совместно с магнитопроводом. Для более точного их базирования, особенно при обработке боковыми поверхностями полюсных наконечников, следует выполнять на магнитопроводе центрирующие пояски (рис. 1, е), размеры которых не должны превышать 2—3 мм.
      Во всех перечисленных случаях жесткое соединение полюсных наконечников с магнитопроводом обусловлено тем, что осциллирующее движение сообщается обрабатываемой детали или вообще отсутствует. Следует отметить, что во многих случаях движение осцилляции не является необходимым. При реализации схем, показанных па рис. 1, д, е, роль осцилляции выполняет вращательное движение полюсов.
      Подвижные полюсные наконечники характеризуются наличием определенных перемещений относительно магнитопровода. Их применяют, как правило, в тех случаях, когда обрабатываемым изделием из-за их габаритов, массы или других причин нельзя сообщить осциллирующее движение.
      Полюсным наконечникам осциллирующее движение может быть создано с помощью различных приводов, которые по виду используемой энергии разделяют на механические, пневматические, гидравлические и электрические.
      Основными требованиями, предъявляемыми к узлам осцилляции полюсных наконечников, являются минимальный расход энергии и надежность в эксплуатации. Подвижные соединения располагаются, как правило, вблизи основной массы ферромагнитно-абразивного порошка, который может проникать в соединения деталей и вызывать нарушение работы узла.
      Пневматический и гидравлический приводы не могут работать без наличия дополнительных устройств, что усложняет конструкцию и уменьшает их эффективность.
      Рассмотрим более подробно варианты, наиболее оптимальные с точки зрения энергетических затрат и простоты конструкции.
      Авторами предложены электромеханический, электродинамический и поляризованный приводы осцилляции полюсных наконечников.
      Электромеханический привод создан на базе кривошипошатунного механизма (рис. 2, а). Полюсные наконечники 1, связанные с магнитопроводами 2 шариковыми направляющими 3, имеют кронштейны 4 из немагнитного материала, в отверстие которого входит скалка 5. При перемещении сердечников в процессе настройки скалка скользит в отверстиях кронштейнов. Амплитуда осцилляции регулируется эксцентриком 6, а частота - двигателем постоянного тока или сменными шестернями.

      Электродинамический привод (рис. 2, б) основан на взаимодействии переменного тока, протекающего по введенным в полюсные наконечники 1, 2 витками обмоток 3, 4 с постоянным магнитным потоком магнитопровода. В этом случае, согласно известным законам электродинамики, на витки действует переменная по величине и направлению сила, смещающая эти витки, а соответственно и жестко скрепленные с ними полюсные наконечники. При этом последние приводятся в осциллирующее движение, причем смещение происходит синхронно или в противофазе, в зависимости от вида соединения обмоток 3 и 4. Части витков обмоток 3 и 4, находящихся вне зоны полюсов и магнитопровода, по мнению авторов, не препятствуют движению осцилляции, так как сами витки являются гибкими и длина их выбрана с учетом возникающих деформаций. Амплитуда и частота осцилляции регулируются соответственно изменением величины и частоты тока в обмотках 3 и 4.
      Как видно, в этой схеме отсутствуют подвижные соединения, испытывающие инерционные нагрузки, несложно регулирование частоты и амплитуды осцилляции. К недостаткам следует отнести работу витков обмоток 3 и 4 на перегиб, что ограничивает амплитуду осцилляции и снижает надежность работы устройства.
      Более совершенна схема, показанная на рис. 2, в, где, в отличие от предыдущей, применены подковообразные сердечники 1, 2, каждый из которых снабжен парой подвижных полюсных наконечников 3, 4 и 5, 6. Наконечники каждой пары жестко связаны между собой немагнитной стяжкой 7 и сквозь них пропущены внешние обмотки 8 переменного тока. Принцип действия аналогичен предыдущей схеме, однако здесь витки работают только на изгиб. Авторы рекомендуют предложенную схему преимущественно для обработки длинномерных деталей.
      Поляризованный электромагнитный привод (рис. 2, г) включает в себя маломощный электромагнит переменного тока, состоящий из подковообразного ярма 1 и обмотки 2. Ярмо 1 установлено непосредственно на сердечнике 3 таким образом, что наконечник 4 расположен между его полюсами с некоторыми зазорами. Сам полюсный наконечник связан с сердечником плоскими пружинами 5 с возможностью колебаний на них. При прохождении переменного тока по обмотке 2 возникает переменный магнитный поток, который взаимодействует с потоком магнитопровода, создаваемым намагничивающими катушками следующим образом: в первую половину периода концы ярма 7 получают определенную полярность N и S. Полюсный наконечник 3, предварительно поляризованный постоянным магнитным потоком магнитопровода и, следовательно, имеющий постоянную полярность, например N, будет притягиваться к южному полюсу ярма и отталкиваться от северного. В результате произойдет его смещение вдоль обрабатываемой поверхности. Во вторую половину периода полярность концов ярма 1 изменится и полюсный наконечник сместится в противоположную сторону. В результате он получит интенсивное осциллирующее движение с частотой, равной частоте переменного тока, и амплитудой, пропорциональной его величине. Пружины 5 играют двоякую роль: с одной стороны, они являются направляющими, обеспечивая зазор между полюсным наконечником и магнитопроводом, с другой - будучи упругими элементами, возвращают полюсный наконечник в среднее положение и стабилизируют процесс осцилляции.
      Однако наибольшее применение на практике получил электромеханический привод, разработанный в Физико-техническом институте АН БССР (рис. 2, д). Вращение от электродвигателя 1 передается на эксцентричные втулки 2, соединенные жестко с сухарем 3, который совершает возвратно-поступательное перемещение в пазу рычага 4. Последний совершает качательное движение вокруг оси 7, сообщая осциллирующее движение полюсным наконечникам 8. Величина амплитуды осцилляции регулируется эксцентриситетом втулок 2. Качательное движение полюсных наконечников 8, жестко соединенных с рычагом 4, обеспечивает переменный рабочий зазор, способствуя более интенсивному перемешиванию ферромагнитно-абразивного порошка в рабочем зазоре. Недостатком такой схемы является некоторое снижение эффективности магнитной системы за счет размещения рычага 4 в отверстии катушки 6.
      В схемах, изображенных на рис. 2, а - в, реализуется возвратно-поступательное перемещение полюсных наконечников; в схеме, представленной на рис. 2, г - качательное относительно оси, проходящей между плоскими пружинами; в схеме, показанной па рис. 2, д - качательное относительно оси полюсного наконечника.
      Следует отметить, что при осцилляции полюсов электромагнитов реальная траектория движения режущих частиц может снижаться на 30 - 60%. В случае осцилляции самой детали это снижение не превышает 10 - 20%.