Вступ

Волока - волочильний інструмент, що є невід'ємною частиною волочильного устаткування, необхідного для виробництва дроту. Проте саме цей надтвердий прецизійний інструмент фактично визначає кінцевий успіх або невдачу в будь-якому процесі волочіння дроту, оскільки вони дійсно роблять великий внесок в економічну ефективність кабельного заводу.

Актуальність

У даній роботі пропонується рішення поліпшення якості робочої поверхні волочильного інструменту «волоки» методом магнітно-абразивного полірування (МАП). Цей метод є одним з найперспективніших в області полірування, сприяє збільшенню продуктивності за допомогою автоматизації, оскільки на даний момент забезпечення вимог до поверхневого шару, шорсткості і забезпечення якості досягається використанням ручної праці.

Постановка завдання

Метою даної роботи є конструювання системи для магнітно-абразивної обробки «волоки», дослідження процесів полірування, а так само аналіз їх переваг та недоліків.

На початку необхідно все ж таки визначити, які вимоги пред'являються до волоки. В узагальненому вигляді технічні вимоги волочильного інструменту можна визначити наступним чином:

1. Форми, розміри волоків-заготовок повинні відповідати зазначеним на кресленні.

2. Волоки-заготовки повинні виготовлятися: з твердих спечених сплавів за ГОСТ 3882-74. Щільність твердого сплаву для виготовлення волоків-заготовок форми 20 має бути: для ВК6 -14,7-15,1 г/см3; для ВК8-14 ,4-14, 9 г/см3.

3. Граничні відхилення зовнішнього діаметра D і висоти Н волоків-заготовок ± 0,6 мм.

4. Граничні відхилення каналу отвору діаметра d волоків-заготовок не повинні бути більш -0,6 мм.

5. Граничні відхилення кутових розмірів не повинні бути більше ± 1О

6. Граничні відхилення інших лінійних розмірів встановлені для прес-форми й не повинні бути більше ± 0,5 мм.

7. Місця переходів всіх зон отвору каналу волоків-заготовок повинні мати плавні сполучення.

8. У місцях переходу вхідної і вихідної розпушок на торцях волоків-заготовок, допускається закруглення радіусом не більше 0,5 мм, задирки розміром не більше 0,5 мм.

9. Викришування на робочих поверхнях волоків-заготовок в отворі каналу не допускається.

10. Глибина викришування на неробочих поверхнях волоків-заготовок не повинна перевищувати 1 мм для волоків-заготовок із зовнішнім діаметром до 30 мм і 2 мм для волокон-заготовок із зовнішнім діаметром до 100 мм.

11. Макроструктура волоків-заготовок в зламі повинна бути однорідною. Раковини, розшарування і сторонні включення не допускаються.

12. На поверхнях волоків-заготовок (внутрішньої і зовнішньої ) не повинно бути корочки, спучування, розшарування, тріщин. Заготівлі слід постачати в очищеному вигляді. [1].

Волоки для волочіння дроту можна оцінити за якістю дроту, виготовленого за допомогою конкретного волочильного інструменту. Це означає, що для досягнення максимальної економічної ефективності необхідно, головним чином, оптимальне збільшення терміну служби інструменту.

Стан поверхонь і приповерхового шару деталей та ріжучих інструментів значною мірою визначає їх експлуатаційні властивості.

Критерії якості волочильного інструменту:

• матеріал волоки повинен бути зносостійким;

• коефіцієнт тертя низьким;

• тривалість приробляння маленька;

• виконання геометрії (профілю волоки й полірування її поверхні);

• кількість повторних обробок після виявлення початкового зносу-мінімальним;

• наявність дефектів у вигляді мікротріщин, внутрішні залишкові напруження, корозійна стійкість;

• високий термін служби волоки і надійності

Розглянемо більш детально викладені вище критерії.

Матеріали, які використовуються для виготовлення волок: тверді сплави, натуральний алмаз, полікристалічний синтетичний алмаз.

ВВолоки (волочильні фільєри) з твердих сплавів:

Волоки з заготовками з твердих сплавів в десятки, а в деяких випадках у сотні разів більш стійкі, ніж сталеві волоки, і у багато разів дешевше алмазних волок. У ці волоки може бути успішно і найбільш економічно протягнутий дріт з усіх чорних і кольорових металів та їх сплавів.

Переваги:

- висока якість поверхні;

- низька ціна;

- висока гнучкість.

Недоліки:

- швидка зношуваність;

- не можуть використовуватися для волочіння тонкого дроту.

Волоки (волочильні фільєри) з натурального алмазу:

Натуральні алмази широко використовуються у виробництві дроту, особливо при обробці кольорових металів, де потрібна висока чистота обробки при волочінні малих діаметрів. Точні і постійні профілі робочих частин (робочий конус і калібрувальний циліндр) необхідні для належного волочіння, забезпечуються високою точністю шліфування, гарантують якість дроту, а також збільшення стійкості волок.

Переваги:

- дуже висока якість поверхні;

- тривалий термін служби;

- широка область застосування.

Недоліки:

- можливі домішки (у складі натурального алмазу;

- нерівномірний знос;

- високі витрати на придбання;

Синтетичні алмази поєднують у собі відмінну стійкість до деформації і теплопровідність, властиві натуральним алмазам, і ударну міцність карбідів вольфраму. На відміну від натуральних алмазів, у синтетичних алмазах немає певних площин розколювання, за якими може відбутися розлам у процесі волочіння. Ці властивості роблять його ідеальним матеріалом для використання при волочінні сталевого дроту та дроту з кольорових металів.

Преимущества:

- дуже високий термін служби;

- рівномірність спрацьовування.

Недоліки:

- більш низька якість поверхні в порівнянні з волоками з натурального алмазу.

Волоки (волочильні фільєри) з кераміки

Завдяки своїм неповторним властивостям, таким, як найвища зносостійкість, неймовірно гладка поверхня і практично відсутність негативної взаємодії, наприклад, з дротом та кабелем вони набувають широкого розповсюдження.

Оксид цирконію (ZrO2) - сучасний технологічний матеріал, який зараз використовується в різних сферах і галузях промисловості. У "цирконієвої кераміки" твердість за шкалою Мооса 8,2-8,7 одиниць, це третій по твердості матеріал після алмазу і корунду (у сталі за цією шкалою максимально 6,2 одиниць), а також низький коефіцієнт тертя і найнижча з усіх відомих керамічних матеріалів теплопровідність.

Оскільки протягується дріт з чорних металів, найбільш ефективними інструментами, що використовуються в нашому випадку, будуть волоки, виготовлені з твердих сплавів і кераміки. Їх використання є економічно найбільш доцільним.

Значить, необхідне зниження коефіцієнта тертя і позбавлення від появи внутрішніх залишкових напружень, а також дефектів, мікротріщин і раковин.

Практична цінність

Одним з перспективних методів фінішної обробки інструментів, у результаті якого отримуємо низьку шорсткість і позбавлення від шкідливих залишкових напружень, є метод магнітно-абразивного полірування (MAП). Полірування в магнітному полі дозволяє отримати високоякісні, високоточні сферичні і плоскі поверхні оптичних виробів, у тому числі поверхні тонких лінз і деталей мікрооптики.

В даний час у світі технологічний процес закінчується поліруванням волоки, в результаті чого забезпечується необхідна мікрогеометрія поверхневого шару. Зарубіжними верстатами є ЕТС-1 / Н, КРМ 3 CNC, КРМ 4/АС і HGM-22, кожен з яких представляє собою напівавтоматичну шліфувальну і полірувальну машину для обробки за допомогою алмазних шліфувальних голок круглих фільєр з карбіду вольфраму що сприяє досягненню високоякісної геометрії оброблюваних фільєр за рекордно короткий час. Після налагодження ця проста в експлуатації машина працює в основному в автоматичному режимі.

На першому етапі фільєра виймається з касети, і спочатку робоча зона, а потім калібруючий поясок відновлюються за допомогою алмазної шліфувальної голки.

Потім фільєра піддається чистовій поліровці за допомогою сталевої полірувальної голки з нанесеною на неї алмазною пастою. У процесі роботи датчики безперервно вимірюють діаметр отвору фільєри, що забезпечує оптимальну точність. Нарешті готова фільєри виштовхується, і наступна, що підлягає обробці, виймається з приймача.

Однак при поліруванні в поверхневому шарі можуть утворитися великі залишкові напруги, що позначається на зменшенні часу експлуатації волоки. На відміну від полірування МАП створює в поверхневому шарі стискаючі залишкові напруги.

Метод МАП перевершує багато традиційних процесів полірування (хіміко-механічне, магніто-реологічне), очищення і зачистки поверхонь по технологічним можливостям, економічним та екологічним показниками.

Суть методу така: магнітно-абразивний порошок розташовується між полюсами електромагнітів, створюючи ріжучий інструмент у вигляді своєрідної "поліруючої щітки". При русі заготовки через робочу зону порошок чинить тиск на деталь в кожній точці поверхні, що призводить до знімання металу і згладжування мікронерівності. У ролі зв'язки абразивних зерен використовується магнітне поле, що володіє пружними силами впливу на одиничні зерна. Причому ступінь пружності цієї зв'язки легко регулюється зміною напруженості магнітного поля, забезпечуючи різні етапи обробки (чорнове, чистове полірування). Тим самим МАП може наближатися до шліфування вільним або пов'язаним абразивом, дозволяючи використовувати переваги першого або другого в одному робочому циклі.

Однак застосування енергії магнітного поля у технологічних цілях є складним науковим та технічним завданням. Поряд з використанням положень теоретичного і прикладного електромагнетизму, а також електротехніки потрібне проведення комплексних досліджень для визначення найбільш оптимальних умов функціонування магнітного поля. Для більш поглибленого вивчення топографії магнітного поля, його динамічних, кінематичних та інших характеристик необхідне створення найбільш оптимальних параметрів пристроїв, що генерують магнітне поле.

Ріжуча поверхня у волоки як така відсутня, всю роботу з деформації дроту взяв на себе робочий конус. Робочий конус повинен бути симетричним відносно осі волоки. Поверхня робочого конуса повинна бути гладкою, відполірованою до блиску. На поверхні робочого конуса не допускаються подряпини, раковини, поздовжні і поперечні риски, вибоїни та інші дефекти, що знижують стійкість волок.

При магнітно-абразивному поліруванні отворів утруднені розміщення полюсів електромагнітних індукторів в отворі і створення там сильних магнітних полів. Малі градієнти магнітної індукції на межі утворюваних всередині отворів робочих зазорів є причиною низької продуктивності. Надана схема обробки представляє собою обертання магнітно-абразивного порошку всередині отворів наведеним ззовні магнітним полем.

Схема процесу обробки

Помістивши волоку з немагнітного матеріалу всередину статора трифазного струму, можна навести в отворі втулки обертове магнітне поле, але це ще не означає, що поміщений туди ж магнітно-абразивний порошок почне обертатися услід за полем. Сили магнітного походження притискають порошок до поверхні отвору і створюють сили тертя, що перешкоджають руху порошку слідом за полем. Сили магнітного (наприклад, гістерезисного) походження і сили Лоренца, здатні захоплювати феромагнітні і електропровідні частинки, виявляються недостатніми, щоб подолати сили тертя з оброблюваною поверхнею. Посилюючи поле, ми одночасно посилюємо і сили тертя,що перешкоджають руху.

На сьогодні відсутні обладнання для МАП. На заводах процеси доведення і полірування відбуваються в ручному режимі за допомогою лещат і голки з порошком із синтетичних алмазів зернистістю АСМ 7 / 5; АСМ 10 / 7; ЛОМ 14/10. Нами пропонується заміна операції полірування з використанням абразивної пасти на магнітно-абразивне полірування.

Завданням є проектування спеціального верстата магнітно-абразивної обробки, призначеного для чистової і фінішної обробки внутрішніх отворів з циліндричною і конусною поверхнями. Верстат складається з наступних основних вузлів: станини, магнітної системи, шпиндельного вузла, що обертає затискний пристрій.

Верстат працює таким чином. У фіксуючий пристрій встановлюється волока. Робочий зазор заповнюють абразивним порошком типу ТiCFe50 і включають магнітне поле. Потім приводиться в рух фіксуючий пристрій,що обертається, з встановленою туди волокою і шпиндельніий вузол, який здійснює осцилюючих рух.

Основні результати

На сьогоднішній день були проведені випробування з полірування фільєр. Отримані дані показали, що після шліфування проведене полірування дозволяє отримати за 1,5-2 хв. шорсткість Ra0, 12, яка нижче необхідної Ra0, 16. Після порівнянь круглограм видно, що профіль і геометрія залишаються незміненими, а змінюється шорсткість в кращу сторону. Також відсутні перепади в мікрорельєфу.

Рис.2 Круглограма після полірування

Рис.3 Круглограма після МАО

Висновок

Стабільність і надійність роботи магнітно-абразивного обладнання залежать від правильного розрахунку динамічних навантажень. Тому увага приділяється силовим характеристикам процесу, обумовленим дією магнітних полів, в тому числі величині й напрямку дії магнітних сил в робочій зоні.

Метод МАП перевершує багато традиційних процесів полірування (хіміко-механічне, магнітно-реологічне), очищення і зачистки поверхонь по технологічним можливостям, економічним та екологічним показникам.

Литература

1. Кучеренко С.В., Гусев В.В. МАГНИТО-АБРАЗИВНОЕ ПОЛИРОВАНИЕ ВОЛОК/ Севастопольский национально технический университет. – Севастополь, 2009 — № 6. - c. 100–101.
2. Курт Г. Эдер,/ Ситуация с фильерами для волочения проволоки [Электронный ресурс] / компании,EDER Engineering GmbH(Австрия), - [PDF] http://www.kp-info.ru/images/File/2005_2_23-26.pdf

3. Минцветмет СССР. ГОСТ 9453-75. Волоки-заготовки из твердых спеченных сплавов для волочения проволоки и прутков круглого сечения [Электронный ресурс]: < [PDF] http://www.complexdoc.ru/scan/ГОСТ%209453-75
4. Гавриш А.П., Мельник Е.А. Влияние технологических режимов магнито – абразивной обработки на параметры шероховатости деталей ИЗ магнитомягких материалов [Электронный ресурс]: http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Rits/2008_74/articles%5C07.htm
5. Барон Ю. М. МАГНИТНО-АБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКАСУЩНОСТЬ, КЛАССИФИАЦИЯ И КИНЕМАТИКА ПРОЦЕССОВ МАО/http://www.twirpx.com/file/187210/
6. Корягин С.И. Пименов И.В. Худяков В.К. Способы обработки материалов/ http://www.log-in.ru/books/10935/
7. Плешанов В.С./ КЕРАМИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ C НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ И РЕГУЛИРУЕМОЙ ПОРИСТОСТЬЮ./[PDF] www.sbras.nsc.ru/dvlp/rus/pdf/387.pdf
8. Градиський Ю.О. Аналіз напруженого стану поверхневих шарів, отриманих електромагнітним наплавленням/ [PDF] http://www.nbuv.gov.ua/portal/Natural/Vikit/2008_38/p_141-145.pdf
9. By Dr. LaRoux K. Gillespie Using magnetic abrasive finishing for deburring produces parts that perform well and look great.a href="http://www.ctemag.com/pdf/2008/0804-Magnetic.pdf"> [PDF] http://www.ctemag.com/pdf/2008/0804-Magnetic.pdf
10. Masahiro Anzai, Takumi Yoshida, and Takeo Nakagawa. Magnetic abrasive automatic polishing of curved surface. [PDF] http://www.riken.go.jp/lab-www/library/publication/review/pdf/No_12/12_015.pdf

Примечание

При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение - 1 декабря 2009 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.