автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Исследование и разработка процесса магнитно-абразивной обработки отверстий

Академия наук Беларуси ' ^ _ • Физико-технический институт ' "" " . "

Р Г Ь ОД . Акг,—.^ •■* ,\с1

УЖ" 621.923 — >

,-.{/:; с:: ..

СЕРГЕЕВ ЛЕОНИД БШЮБИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА !ЛАГНИТН0-АБРАЗИЕН0Й ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ

05.03.01 - Процессы механической' и физико-технической обработки, станки и инструмент

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1995

Работа выполнена в Физико-техническом институте Академии наук Беларуси

Научный руководитель: доктор технических наук

Скворчевский Н.Я.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, академик Витязь П.А.

кандидат технических наук

Кожуро Л.М.

Оппонирующая организация - Производственное объединение "БелавтоМАЗ"

Минский автомобильный завод

Защита диссертации состоится " " ". . . 1995 в " - ЧЭС09 на заседании совета по защите диссертаций Д.01.18.01 в. Физико-техническом институте Академии яаук Беларуси по адресу: 220141, г.Минск, Академгородок, ул. Жодинерая,4, к.502.

С диссертацией можно ознакомиться, в библиотеке Физико-технического. института Академии наук Беларуси.

Автореферат разослан " . ■ , ., 1995 г.

Ученый 'секретарь .." совета по защите диссертаций . д.т.к.

. М.К.Мицкевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Обработка внутренних поверхностей в машиностроении представляет более сложную задачу, чем наружных, что вызвано интегрированием целого ряда причин. Вместе с тем выполнение комплекса технологических требований к качеству и надежности изделий является актуальной проблемой независимо от вида поверхности и профиля деталей.

Это приводит к поиску эффективных отделочных операций, обеспечивающих наравне с долговечностью выпускаемой продукции и высокую производительность. Одним из таких перспективных методов является магнитно-абразивная обработка (МАО). Анализ априорной информации показывает, что к настоящему времени МАО отверстий содержит ряд отдельных работ, которые имеют узкопрофильную направленность. Отсутствие системного подхода к характеру и сущности метода снижает его потенциальные возможности. В основном исследования МАО отверстий были связаны с обработкой ферромагнитных материалов и по этой причине остался неизученным класс немагнитных, а также группы внутренних поверхностей, как длинномерные, глухие, конические. Режущий инструмент, которым является континуальная среда в виде ферроабразивного порошка (ФАП) и смазывающе-охлавдающих технологических средств (СОТС), имеет ограниченный набор компонентов, что не позволяет расширить технологические возможности метода. Отсутствуют научные основы динамической и кинематической картины процесса.

Работа выполнена в соответствии с республиканскими научно-техническими программами "Машиностроение", проект 4.13, "Инструмент", раздел 2.10, "Триботехника", раздел 4.08.

Цель работы. Комплексное исследование и оптимизация процесса МАО внутренних поверхностей различных типов; определение физической сущности МАО отверстий при использовании различных технологических сред; реализация высокопроизводительных способов обработки и оборудования.

Методы исследования. Осуществлено использование теории абразивного резания, теоретических положений МАО, электромагнитного поля, трения и износа, математических методов планирования экспериментов и обработки данных. Применялись современные

метода рентгеноструктурного и рентгенографического анализа, электронно-сканирующей микроскопии, металлографического анализа, комплексы для измерения шероховатости. Обработка экспериментальных данных проиводилась с использованием ЭВМ. Теоретические положения получили подтверждение в результате лабораторных и производственных испытаний.

Научная новизна. Разработана классификация схем МАО внутренних поверхностей и на ее основе предложены наиболее эффективные пути реализации процесса.

Аналитически рассчитана силовая топография магнитного поля и установлен динамический баланс в условиях неголономной механической системы, какой является МАО внутренних поверхностей. Определены особенности миграции зерен ФАЛ в рабочей зоне при данном процессе.

Получены математические модели, тождественно отражающие МАО отверстий и позволяющие оптимизировать технологические параметры. Рассмотрена значимость факторов на протекание процесса обработки и выявлено, что превуалирующими в отличие от наружной МАО являются скорость резания и скорость осцилляции, а затем магнитная индукция.

Установлен эффект кольцевой магнитной системы, определяемой растеканием магнитного потока по поверхности ферромагнитной детали. Зона перебега частиц ФАП трансформируется в дополнительную зону обработки. Динамическое и кинематическое воздействие обусловлено намагниченностью рабочих сред й изделия, а сохранение концентрации ФАП+СОТС - обрабатываемой поверхностью детали. Это позволяет применять пониженные на 10-20% в сравнении с наружной МАО значения магнитной индукции.

Выявлено сближение оптимальных значений магнитного поля при обработке ферромагнитных и немагнитных материалов в отличие от МАО наружных поверхностей.

Раскрыт характер контактирования режущих элементов рабочей среды с обрабатываемой поверхностью и механизм их взаимодействия в пределах одного цикла в результате'изменения режимов резания. Локальная дискретность воздействия ферроабразив-ной частицы с поверхностью детали обеспечивается повышением скорости осцилляции и уменьшением скорости резания, а их изменение приводит к ее скольжению в сочетании с переменой давле-

ния в течение времени контакта.

Определено воздействие внешнего магнитного поля на процесс диспергирования металла единичным абразивным зерном. Установлено, что наличие магнитного поля уменьшает усилия микрорезания примерно на 10$ и увеличивает его глубину в 1,3-1,5 раза по сравнению в обработкой без его наложения.

Практическая пенность. В результате экспериментальных и теоретических исследований намечены пути совершенствования традиционных и предлагаемых перспективных схем МАО отверстий:

- оптимизированы параметры МАО отверстий с учетом физико-механических свойств различных материалов;

- разработаны технологические рекомендации для получения высококачественной поверхности изделий после МАО;

- исследованы и предложены новые виды ФАЛ и СОТС с улучшенными характеристиками;

- разработаны схемы МАО внутренних поверхностей для обработки длинномерных и конических отверстий;

- разработано и внедрено следующее оборудование: установка для обработки длинномерных отверстий СФТ.2.143.00.00.ООО; станок для обработки отверстий модели ЭУ-6.

Апробация -работы. Основные разделы работы докладывались и были обсуждены на Республиканских и международных конференциях: научно-технические конференции "Современные материалы, оборудование и технология упрочнения и восстановления изделий" (г.Новополоцк, 1993), "Новые материалы и технологии" (г.Минск, 1994), "Технология отделочно-упрочшшцей обработки в машиностроении" (г.Минск, 1994), "Проблемы качества и надежности машин и механизмов в условиях рынка" (г.Могилев, 1994).

В целом работа обсуждена на заседании лаборатории физики магнитно-абразивных процессов Физико-технического института АН Беларуси.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 9 статей и I а.с.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и приложения, изложена на 98 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 36 таблиц и список использованных источников, включающих III наименований.

ч

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы на основе современных тенденций развития машиностроения.

ГЛАВА I СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работах Е.Г.Коновалова, Г.С.Шулева, Ф.Ю.Сакулевича.Ю.М» Барона, Л.К.Минина, В.И.Едановича, П.И.Ящерицына, В.Н.Чачина, Н.С.Хомича, В.Е.Оликера, Л.М.Кожуро, В.Д.Ефремова, Н.Я.Сквор-чевского, В.М.Панченко и др. выявлены основные закономерности процесса, влияющие на его качество и производительность. Вместе с тем полученные данные относятся большей частью к наружной МАО. Анализ литературы показал, что к настоящему времени исследования процесса МАО внутренних поверхностей проводились в сравнительно узком диапазоне. С данной тематикой связана работа В.М.Нестерова по обработке отверстий с использованием индукторов на постоянных магнитах (ИПМ), а также ряд отдельных публикаций.

Поэтому показаны особенности внутренней МАО в сравнении с наружной и другими отделочными операциями по обработке отверстий. На основе отличия применяемых способов отделочных операций как кесткозакрепленным абразивным зерном, так и свободным дан их анализ и приведены базовые характеристики достигаемого уровня качества и параметры обработки. Осуществлено теоретическое обоснование возможности МАО отверстий, раскрыт механизм контакта и образования поверхности в течение процесса. Обоснована перспективность развития метода внутренней МАО. Проведен анализ схем метода на базе ИПМ и электромагнитных индукторов (ЭМИ). Намечены пути совершенствования существующих и тенденция развития вновь предлагаемых схем на основе разработанной классификации схем МАО внутренних поверхностей рис.1.

Вместе с тем не исследован механизм образования высококачественной поверхности после МАО. Подбор компонентов континуаь-ной среды - ФАП+СОТС носит виртуальный характер.

Не определен оптимальный диапазон параметров МАО отверстий как ферромагнитных, так и немагнитных материалов. Не исследо-

Рис. I

и

ваш характеристики макро-и микрогеометрии, а также работоспособность трущихся поверхностей деталей после обработки данным методом. Не рассмотрены динамический и кинематический режимы МАО внутренних поверхностей.

На основании вышеизложенного поставлены следующие задачи:

1. Выявление особенностей МАО внутренних поверхностей и определение оптимальных технологических параметров процесса;

2. Исследование механизма формирования качественных характеристик поверхности после МАО;

3. Установление воздействия магнитного поля на физико-механические характеристики металлов и процесс диспергирования поверхности деталей при МАО;

4. Определение влияния разработанных ФАН и СОТС на качество и производительность МАО отверстий;

5. Исследование новых схем МАО внутренних поверхностей с целью расширения технологических возможностей метода;

6. Создание оборудования для практической реализации процесса, повышение его производительности и качества на основе разработки рекомендаций по дальнейшей интенсификации МАО внутренних поверхностей.

ГЛАВА 2 МЕХАНИЗМ ДИНАМИЧЕСКОГО И КИНЕМАТИЧЕСКОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБРАБАТЫВАЕМУЮ ПОВЕРХНОСТЬ В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ

Разработана силовая топография магнитного поля в зоне обработки рис.2 и на ее базе установлен динамический баланс в условиях МАО внутренних поверхностей, являющейся веголономной механической системой. Осуществлен анализ сил макро-и локальных микрополей, действующих на ферромагнитную частицу в рабочем зазоре, на основании чего определены критерии выбора оптимальной геометрии рабочего инструмента. Проведенными исследованиями по обработке внутренних поверхностей различными типами полюсных наконечников установлено, что диапазон значений углов охвата концентратора магнитного потока, гарантирующий наибольшую производительность, составляет 60-90 . Сравнительный анализ одновременно участвующих в диспергировании металла абразивных зерен указывает на более высокие результаты метода МАО перед другими отделочными операциями. Выявлена причина повышения массового

Рис. 2

Картина магнитного поля в криволинейном рабочем зазоре.

о

съема металла, заключающегося в импульсном воздействии режимов обработки на ферроабразивный инструмент и приводящая к постоянной переориентации зерен в общей их массе.

Особенностью кинематики зерен ФАП в рабочей зоне при. МАО отверстий является более высокая степень участия каждого отдельного зерна в процессе диспергирования материала в сравнении с наружной. Это обусловлено повышением значений режимов резания и минимизацией рабочих зазоров, а также состоянием постоянного резания поверхностного слоя ферроабразивной частицей порошка. Если при наружной МАО зерна вместе с поверхностью детали переносятся в противоположный зазор, то при внутренней -они, подчиняясь закону поведения заряженной частицы в магнитном поле, осуществляют обработку поверхностного слоя в зоне перебега, приводя к прирощению производительности процесса в среднем на 15-25$.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОШЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАО ОТВЕРСТИЙ

Представлена разработка математической модели на базе основных факторов процесса для получения оценки их влияния на данную стохастическую систему. На первом этапе при помощи линейной модели установлены наиболее значимые факторы, какими оказались режимы резания, т.е. скорость резания, (Х^) и

скорость осцилляции, Цосц , (Х2). а также магнитная индукция, 6 , (Х3). Методом многофакторного планирования экспериментов определены зависимости массового съема материала ( (у ) и шероховатости обработанной поверхности ( Яа. ) от вышеуказанных факторов:

Ао-0,0??-0А05Х1-010095Ь +0,0015*5-о,оот1хг~о1оо1х,х5+ ... + о, оог^ + 0,0055Х$ * 0,0035X] Щ

При данном методе, где зона обработки - сама обрабатываемая поверхность, первостепенную роль в ходе процесса играют режимы резания в отличие от МАО наружных поверхностей, при которой наиболее значимым фактором является магнитная индукция, согласно таблицы I.

Таблица I

Влияние технологических факторов на массовый съем материала (б- )

Факторы

Степень влияния факторов, %

наружная МАО : внутренняя МАО

У~реъ , скорость резания, м/с 1Хощ • скорость осцилляции, м/с 6 » магнитная индукция, Тл остальные Факторы_

15 24,5 34,3 26.2

38,4 22,4 20,2 19

Установлены диапазоны режимов МАО отверстий, обеспечивающие максимальную производительность и качество поверхности. Отличием данного метода является возможность обработки пониженными на 10-20% в сравнении с наружной МАО значениями магнитной индукции. Это обусловлено эффектом кольцевой магнитной системы, заключающимся в трансформации зоны перебега ФАЛ- в дополнительную зону обработки. В зависимости от конструкции ЭМИ эта зона составляет 20-40% от .всего объема обрабатываемого изделия, а доля ФАЛ, переносимого из одного рабочего зазора в другой -15-25% от всей его массы. Кинематическое и динамическое воздействие ФАН вышеуказанной зоны определяется намагниченностью как самой детали, так и рабочих сред. Сохранение концентрации ФАЛ и СОТС обеспечивается обрабатываемой поверхностью, предотвращающей выброс компонентов из зоны обработки.

Установлен механизм взаимодействия системы ФАЛ - обрабаты-; ваем^я поверхность в результате изменения режимов резания. Характер контактирования зависит от угла сетки обе » который оп-

Уменыпение скорости резания и увеличение скорости осцилляции повышает угол «¿с и обеспечивает дискретность воздействия ферроабразивной частицы с поверхностью детали в течение цикла контактирования, а их изменение приводит к ее скольжению в сочетании с переменой давления.

Анализом различных видов обработки длинномерных и коничес-

ределяется:

ких отверстий, обоснована конкурентноспособность метода МАО для решения данной технологической проблемы. В отличие от традиционно применяемых ИПМ, в которых постоянные магниты устанавливались перпендикулярно оси обрабатываемого отверстия, режущий инструмент для обработки длинномерных отверстий имеет их параллельное крепление. Это приводит к экономичности ИПМ и обеспечивает простоту и надежность конструкции, а также его эффективность. При разработке данной схемы МАО был использован ряд конструкторско-технологических усовершенствований; компактная магнитная система; наличие гибкого вала; модульный вариант соединения магнитных систем. Реализация способа МАО конусных отверстий осуществляется как ЭМИ, так и ИПМ с достижением равных показателей характеристик поверхности деталей.

Намечены пути дальнейшей интенсификации метода, что позволяет повысить его производительность.

ГЛАВА 4 ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ПРИ МАО ОТВЕРСТИЙ

В настоящее время сведения о воздействии магнитного поля на процесс диспергирования поверхностного слоя деталей абразивным инструментом носят противоречивый характер. Следует отметить, что во всех случаях выявлено влияние магнитного поля, однако результаты в большинстве исследований имеют качественную оценку. Отличительной особенностью абразивного резания при МАО является то, что процесс диспергирования изделий производится с наложением магнитного поля, принимающего в рабочем пространстве различные значения, обусловленные особенностью процесса. Поскольку комплекс явлений, определяющий процесс микрорезания единичным зерном абразивного инструмента практически не имеет отличий от процесса в целом, то данное положение послужило предпосылкой к изучению закономерностей процесса. На базе созданной установки и согласно разработанной методики испытаний были проведены эксперименты по выявлению особенностей воздействия магнитного поля на диспергирование ферромагнитных материалов, в результате чего отмечается следующее: глубины микрорезания металла при наложении магнитного поля в 1,3-1,5 раза выше в зависимости от величины поля; усилия резания составляют 0,9-0,95 величин усилий при отсутствии магнитного поля. Результаты ис-

следований характеризуются выводом о пониженной диспергирующей функции СОТС во время процесса пластического деформирования ферромагнитных материалов в отличие от процесса без наложения магнитного поля. Это объясняется устойчивостью доменной структуры металла в отсутствии магнитного поля, а также тем, что эффективность действия СОТС достигает наибольшего значения при минимальной глубине срезаемого слоя. Данные выводы доказывают многофункциональность магнитного поля, существенный потенциал его воздействия на ход процесса и высокую степень у*во-тия поля в диспергировании ферромагнитных материалов абразивным зерном.

Проведенные исследования макро-и микрогеометрических характеристик поверхностного слоя ставили своей целью определена их уровней путем сравнения различных отделочных операций. Отклонения от круглости оценивались по овальности, а от профиля продольного сечения - по конусности отверстия. Полученные результаты указывают, что вышеуказанные отклонения шлифованных деталей после МО уменьшаются на 20-30% и находятся на уровне хонингованных. Сформированный МАО технологический микрорельеф поверхности обладает улучшенными показателями, наиболее приближенными к эксплуатационным. Шероховатость поверхности составляет - Кх3 0,063-0,088 мкм, радиус вершин и впадин -160-180 мкм, =110-130 мкм, относительная опорная дойна профиля - tp~ 50$~60-70, что приводит к увеличению работоспособности и надежности сопрягаемых поверхностей деталей.

Рентгеноструктурные исследования показали, что МАО осуществляет увеличение остаточных сжимающих напряжений по сравнению со шлифованием в 2 раза и хонингованием - на 40$. Значения блоков когерентного рассеяния выше, что в сочетании с ростом напряжений 1-го и П-го рода оказывает положительное влияние на характер и текстуру обрабатываемой поверхности. Металлографический анализ поверхности деталей, обработанных различными отделочными операциями установил образование высококачественной структуры, определяемой равномерным распределением и высокой дисперсностью аустенита в матрице металла. Содержание остаточного аустенита снижается в 1,4 раза по сравнению со шлифованием. Это приводит к получению субмикрорельефа, обладающего повышенной износостойкостью, что подтверждается

1С.

экспериментальными исследованиями. Совокупность гарантированных значений вышеуказанных параметров после МАО вызывает- образование вторичных структур трущихся пар, механические характеристики которых выше, чем у основного металла, что увеличива-. ет долговечность изделий. Эксперименты показали, что использование данного метода обработки обеспечивает рост износо-и коррозионной стойкости в среднем на 15-25%. Определены величины удаляемого слоя при МАО отверстий, которые составляют 20-30 мкм, что приводит к удалению дефектного слоя и равномерности физико-механических характеристик поверхности деталей.

ГЛАВА 5 ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАО ОТВЕРСТИЙ СОЗДАНИЕМ НОВЫХ ФАП И СОТС

В результате проведенного анализа установлено, что ни один из известных видов ФАЛ и СОТС не является универсальным, позволяющим эффективно использовать их в производстве. Применение одной группы ФАП приводит к загрязнению обрабатываемой детали, у второй - высокая себестоимость изготовления, третья обладает низкой стойкостью в процессе обработки. Грубодисперсные СОТС значительно вязки и интенсивность съема материала носит затухающий характер. Кроме того, резко ухудшается санитарно-гигиеническое состояние рабочей зоны. Синтетические СОТС, будучи подвержены микробному поражению, недолговечны при хранении. Данная ситуация требует дальнейшего поиска эффективных видов рабочих сред ФАП+СОТС.

Вновь разработанные ФАП на основе оксидов тугоплавких металлов V и Л с различным содержанием показали перспективность их использования. Они характеризуются разнообразием применения, т.е. в зависимости от количественного состава оксидов в ФАП производится либо диспергирование металла и его максимальный съем, либо выглаживание поверхности и снижение ее шероховатости. ФАП ПФО P6M5-I, адекватный базовым Ж15КТ и ПолиМАМ, имеет высокие полирующие свойства и долговечность в ходе воздействия на обрабатываемую поверхность. Вышеуказанные ФАП отличаются простотой технологии их получения, не дают загрязнений рабочей зоны, обладают гарантированным периодом стойкости, превышающим показатели ныне применяемых.

Созданные в настоящее время СОТС "СИНМА-I" и СИНМА-2" пред-.

ставлягот собой синтетические водные растворы поверхностно-ак-тивнызс веществ (ПАВ) определенной концентрации. Проведенные исследования позволили интенсифицировать данные СОТС путем введения лигносульфаната как анионных ПАВ. СОТС с его добавками дешевы и просты в эксплуатации, проявляют хорошие диспергирующие и моющие свойства, а также высокую фильтрующую способность. Это позволило повысить в 1,4 раза производительность и в 2 раза понизить шероховатость поверхности в сравнении с базовыми. При разработке и создании ФАП ПФО КМ5-1 и модифицированной СОТС "СИНМА" было осуществлено выполнение принципов безотход-ности технологии и произведена утилизация отходов производства.

ГЛАВА 6 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Определены технологические параметры различных схем МАО отверстий ферромагнитных и немагнитных материалов, таблица 2, что позволяет рекомендовать вышеуказанный метод для его промышленного внедрения. Предложены группы ФАЛ и СОТС, а также их сочетания для реализации принципа управления системой качественных показателей. Выявлен ряд условий, необходимых для эффективного функционирования МАО отверстий. Результатом данных исследований явилось создание технологического процесса и оборудования для его осуществления.

Таблица 2

Рекомендуемые технологические параметры МАО отверстий

Технологические : Ферромагнитные факторы : материалы

Немагнитные материалы

мг : Ко.мкм : & . мг : Яа.мкм

Скорость резания, м/с, 1-4 1-3 2-4 2-3

Скорость осцилляции, м/с, 0,17-0,22 0,22-0,27 0,2-0,25 0,2-0,25 Магнитная индукция, Тл, 0,8-0,9 0,8-0,9 0,85-0,95 0,8-0,95 Амплитуда осцилляции, мм, 0,5-1,5 1,5-3 1-3 1-3 Время обработки, с, 45-60 60 60-75 60

Зернистость порошка, мкм 100/220 100/160 100/220 100/160

Установлено сближение значений магнитной индукции, необходимых для МАО отверстий ферромагнитных и немагнитных материалов в отличие от наружной МАО. Поскольку процесс МАО внутренних поверхностей происходит при пониженных величинах магнитной индукции, то оборудование для реализации данного метода является более экономичным при достижении равных выходных параметров обработки. При его разработке на стадиях проектирования и изготовления был использован ряд конструкторско-техно-логических решений, позволивших обеспечить достаточную конкурентноспособность и точность обработки. Вышеуказанное оборудование для МАО отверстий отвечает предъявляемым требованиям электробезопасности, охраны труда и эргономики.

Результаты исследований были использованы при проектировании установки для обработки длинномерных отверстий СФТ2.143. 00.00.000.МАО отверстий детали "каркас" обеспечила повышение ее точности и качество поверхности по сравнению с традиционным процессом (ПО "Электроизмеритель", г.Витебск).

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

I.Разработана классификация схем МАО внутренних поверхностей определяющая пути и перспективные направления развития метода. Системная организация данной классификации характеризуется ее универсальностью за счет использования различных магнитных устройств и возможностью адаптации к труднообрабатываемым отверстиям, таким как длинномерные, глухие и конусные.

2. Аналитически рассчитана и экспериментально проверена силовая топография магнитного поля при МАО внутренних поверхностей с различным типом криволинейной образующей. Установлен динамический баланс в условиях МАО отверстий, являющейся неголо-номной механической системой. Определены критерии выбора оптимальной геометрии полюсных наконечников на базе расчета действующих в зоне обработки сил.

3. На основании математических моделей, тождественно страдающих процесс МАО отверстий, определен диапазон режимов, обеспечивающий максимальную производительность и качество метода. Показано, что наиболее значимыми факторами в отличие от наружной МАО являются, в первую очередь, скорость резания и скорость осцилляции, а затем магнитная индукция.

4. На базе оптимизации процесса разработаны технологические режимы параметров МАО отверстий. Экспериментально доказано, что обработка данным методом осуществляется меньшими на 10-20$ величинами магнитной индукции, чем при наружной МАО. Выявлено сближение значений магнитной индукции при внутренней МАО ферромагнитных и немагнитных материалов.

5. При МАО отверстий ферромагнитных деталей установлен эффект кольцевой магнитной системы, который заключается в трансформации зоны перебега ФАЛ в дополнительную зону обработки. В зависимости от конструкции ЭМИ объем зоны составляет 2040$ от величины обрабатываемой поверхности детали, а доля ФАЛ, переносимого из одного рабочего зазора в другой - 15-25$ от всей его массы. Динамическое воздействие и особенности кинематики режущих частиц в данной зоне обусловлены намагниченностью рабочих сред и изделия, а сохранение концентрации ФАП и СОТС -обрабатываемой поверхностью детали, предотвращающей выброс компонентов из зоны обработки.

6. Исследован механизм формирования характеристик поверхности в процессе МАО на базе моделирования процесса микрорезания единичным абразивным зерном при наложении внешних магнитных полей. Установлено, что магнитное поле приводит к снижению усилий резания примерно на 10$ и увеличению их глубин на 30-50$. Показано, что в реальных условиях МАО отверстий увеличивает остаточные сжимающие напряжения в 2 раза по сравнению со шлифованием и в 1,4 раза - с хонингованием, количество остаточного аустенита снижается в 1,4 раза. Выявлена более высокая интенсивность съема металла (на 20-30$) при внутренней МАО в отличив от наружной.

7. Исследованы и предложены к эксплуатации новые виды ФАП на основе оксидов тугоплавких металлов V и 77. и отходов стали Р6М5, имеющие высокие режущие, полирующие и экологические характеристики. Установлено повышение производительности обработки на 25-40$ и улучшение микрорельефа поверхности при модификации базового состава СОТС "СИНМА" поверхностно-активными добавками типа лигносульфоната. При их создании реализован принцип безотходности технологии и осуществлена утилизация отходов производства.

8. Определены особенности создания оборудования для МАО внутренних поверхностей, включая длинномерные, на основе ЭМИ и

ипм.

Разработаны следующие его виды:

- ЭУ-6 для обработки отверстий на базе токарного станка IA6I6;

- СФТ2.143.00.000 для обработки длинномерных отверстий.

Технология и оборудование для магнитно-абразивной обработки отверстий внедрены на Витебском ПО "Электроизмеритель".

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Сергеев I.E..Скворчевский Н.Я..Базарнов Ю.А. Исследование магнитно-абразивной обработки отверстий различными типами магнитных систем. Деп. ВИНИТИ й I565-B93.

2. Сергеев I.E..Скворчевский Н.Я. Формирование характеристик поверхностного слоя при магнитно-абразивной обработке отверстий. Деп. ВИНИТИ В I993-B93.

3. Ящерицын П.И. .Скворчевский Н.Я. .Сергеев I.E. и др. Повыше- ' ние прочности материалов магнитно-абразивной обработкой // Тез. докл.РНТК "Современные материалы, оборудование и технология упрочнения изделий", г.Новополоцк, 1993, с.17

4. Ящерицын П.И. .Скворчевский Н.Я. .Сергеев I.E. Оптимизация режимов магнитно-абразивной обработки отверстий // Весц! АН РБ, серия физ-техн.наук, 1994 }е I с.38-42

5. Скворчевский Н.Я. .Орлов Ю.Г. .Сергеев I.E. и др. Структура и свойства распыленных ферроабразивных порошков, покрытых оксидами // Тез.докл. РНТК "Новые материалы и технологии", Минск, I9S4, с.38

6. Сергеев I.E..Скворчевский Н.Я. Технология магнитно-абразивной обработки длинномерных отверстий //Тез.докл. МНТК "Технология отделочно-упрочняющей обработки в машиностроении", г.Минск,, I9S4, с.55

7. Сергеев I.E. Магнитно-абразивная обработка отверстий деталей из немагнитных материалов // Тез.докл. РНТК "Проблемы качества и надежности машин и механизмов в условиях рынка", г.Могилев, 1994, с.46

8. Сергеев I.E..Скворчевский Н.Я. Особенности магнитно-абразивной обработки отверстий // Тез.докл. РНТК "Новые материалы и технологии", г.Минск, 1994, с.154-155

9. Скворчевский Н.Я. .Орлов Ю.Г. .Сергеев I.E. и др. Структура и свойства ферроабразивных порошков на основе оксидов тугоплавких металлов // Весц! АН РБ, серия физ-техн.наук, 1994,

Ü 2 с.8-12

10. A.c. № 1779540, СССР, Устройство для загрузки деталей // Гэлеев A.A., Сергеев I.E., 1992.

РЭЗЮМЭ Сяргееу Леан!д Яф!мав1Ч

Даследаванне I распрацоука працзсу иагн1тна-абраз!унай апрацоук! адтул!н

МагнНная ¿ндукцыя, рэжымы апрацоук!, асцыляцыя працзсу, ра-бочы зазор, ампл!туда асцыляцы!, фераабраз!уны парашок - ФАП, зма-зачна-ахаладжалышя тэхналаг!чныя сродк! - ЗАТС, градыент магн!т-нага поля, сдавая тапаграф1я ыагнНнага поля, масавае зн1 манне металу, шурпатасць паверхн! дэтал!, схема впрацоук! метадам МАА, к!немагыка працзсу, дынаш'чнэе уздзеянне рабочага асяроддзя у зоне апрацоук!.

У дысертацы! падводзяцца вын!к! тэарэтычных I экспериментальных даследаванняу па апрацоуцы метадам МАА унутраных паверхняу вы-рабау рознай формы I проф1лю. Мзта гэтай працы заключаецца у выву-чзнн! заканамернасцей працзсу ! росце яго эфектыунасц! ва умовах вытворчасц!. Для выяулення ф1з!чнай сутнасц! МАА адтул^н был! вы-карыстаны фундаментальный с!стэмы тэоры! электрамагн!тнага поля, яе тэарэтычныя I разл!ковыя палахэнн!, а таксама сучасныя метады даследаванняу. Ажыццеулена матэматычнае планаванне I ф!з!чнае ма-дзл!раванне з прымяненнем ЭВМ I аутаматызаваных комплексау. Рас-працавана клас1ф1кацыя схем МАА унутраных паверхняу, якая забяс-печвае лерспектыуныя напраик! разв1цця ыетаду. Вызначана дынам1ч-ная I к!нематычная карц!на працзсу. Устаноулена, што рэал!зацыя унутранай МАА розным! тыпам! магн!?ных с!стэм выконваецца пан!ха-ным! у рараунанн! са знешн!м! вел!чыняи! магн!тнай !ндукцы!. Ус-таноулены узроун! якасных характарыстык паверхняу дэталяу пасля МАА I стан субм1крарэльефу. Даследаваны ! распрацаваны новыя в!-ды рабочага асяроддзя. ФАП + ЗАТС, як!я валодаюць павышаным! рэжу-чым!, пал!равальным! ! зкалаг!чным! уласШвасцяи!. Створана высо-капрадукцыйнае абсталяванне для ажыццяулення працзсу. Метад МАА прызначаецца для ф!н!шнай апрацоук! адтул!н дэталяу з суцэльнай •! перарыв!стай паверхняй з фера-, пара- I дыямагн!тных матэрыя-лау. Працэс скарыстоуваецца у ав!яцыйнай, харчовай, тэкстыльнай, машынабудаун!чай I ¡ншых гал!нах народнай гаспадарк!.

РЕЗЮМЕ Сергеев Леонид Ефимович

Исследование и разработка процесса магнитно-абразивной обработки отверстий

Магнитная индукция, режимы обработки, осцилляция процесса, рабочий зазор, амплитуда осцилляции, ферроабразивный порошок -ФАП, смазывающе-охлаждающие технологические средства - СОТС, градиент магнитного поля, силовая топография магнитного поля, массовый съем металла, шероховатость поверхности детали, схема обработки методом МО, кинематика процесса, динамическое воздействие рабочей среды в зоне обработки.

В диссертации излагаются результаты теоретических и экспериментальных исследований по обработке методом МАО внутренних поверхностей изделий различной формы и профиля. Цель данной работы заключается в изучении закономерностей процесса и росте его эффективности в условиях производства. Для выявления физической сущности МАО отверстий были использованы фундаментальные системы теории электромагнитного поля, ее теоретические и расчетные положения, а также современные методы исследований. Осуществлено математическое планирование и физическое моделирование с применением ЭВМ и автоматизированных комплексов. Разработана классификация схем МАО внутренних поверхностей, обеспечивающая перспективные направления развития метода. Определена динамическая и кинематическая картина процесса. Установлено, что реализация внутренней МАО различными типами магнитных систем производится пониженными в сравнении с наружной величинами магнитной индукции. Выявлены уровни качественных характеристик поверхности деталей после МАО и состояние субмикрорельефа. Исследованы и разработаны новые виды рабочей среды ФАП + СОТС, обладающие повышенными режущими, полирующими и экологическими свойствами. Создано высокопроизводительное оборудование для осуществления процесса. Метод МАО предназначен для финишной обработки отверстий деталей со сплошной и прерывистой поверхностью из ферро-, пара- и диамагнитных материалов. Процесс применяется в авиационной, пищевой, текстильной, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства.

SUMMARY Sergeev Leonid Efimovich

Investigation and Development of Magnetic abrasive Machining of Holes

Magnetic abrasive machining ( MAM ), magnetic induction, machining condutions, working clearance, oscillation amplitude, ferromagnetic abrasive powder (PAP), lubricants, magnetic field gradient, bulk material removal, surface roughness, force topography of magnetic field, MAM manufacturing scheme, process kinematics, working medium dynamics of machining area.

The thesis describes the results of theoretical and experimental investigations devoted to a magnetic abrasive machining of internal surfaces of varions shape and profile items. The work is aimed at studying the mechanisms and effectiveness increase of the OM-process under production conditions. The physical essence of MAM of holes was revealed using the fundamental systems of electromagnetic field theory, the latter theoretical and calculated statements as well as advanced investigations methods. The mathematical planning and physical modelling were carried out with the aid of a computer and automated complexes. The classification of MAM schemes intented for machining internal surfaces was elaborated. Itensures perpective trends of the method development. The dynamic and kinematic picture of MAM-process was determined. It is established that MAM of internal surfaces can be effected using different types of magnetic systems and decreased values of magnetic induction as compared to MAM of external surfaces. The evalu-tion was made of the levels of qualitative surface characteristics of parts after their subjecting to MAM. The submicrorelief surface state was-also determined. Novel types of ferromagnetic abrasive powders and lubricants were investigated and developed. They possess increased cutting, polishing and ecological properties. The high-productive equipment was designed for realization of the MAM-process. The MAM-process is intended for finishing the part holes having discontinuous and continuous surfaces and made of ferromagnetic, paramagnetic and diamagnetic materials. The MAM-method is used in aircraft, textile, machine-building, food and ofher industries.

Подписано к печати 08.08.1995 г. Формат 60x90/ 16 Объем 1,2 печ.л. Зак. 106. Тир. 100. Бесплатно.

Отпечатано на ротапринте ФТИ АН Беларуси. Минск, ул.Жодинская,4.