Магнитно-абразивная обработка острых кромок и заусенцев

К магнитно-абразивной обработке, как способу доводки кромок на режущих инструментах и деталях, впервые обратился L.G. Simjian. Он предлагал перемещать вверх-вниз изделие в контейнере, заполненном стальной стружкой, и при движении вниз включать магнитное поле индуктора. По-видимому, низкая производительность процесса не привлекла широкого внимания производственников к этому изобретению в своё время.

Метод МАО внедряется в жестокой конкуренции с традиционными и принципиально новыми технологическими процессами, среди которых можно отметить удаление заусенцев при помощи абразивных лент, абразивной среды с наложением вибрации, теплового воздействия с использованием чистого пара или пара с примесью стеклянных и керамических шариков и пластиковых гранул, электрохимического способа, фасочных подпружиненных резцов со специфичной геометрией заточки фирмы Heule (Швейцария), размерных инструментов фирмы T-Z Burr Tool Co (США).

Опыт отечественных предприятий показывает, что скругление фасок и удаление заусенцев различных изделий после токарных операций производится в основном лезвийным инструментом типа резцов, сверл, зенкеров и т.п. с использованием большой доли ручного труда. В процессе зубо- и шлиценарезания на торцах зубьев и шлицевых валов образуются острые кромки и заусенцы, которые ухудшают качество зацепления и снижают срок службы в результате скола острых кромок. В связи с этим для их устранения используют такие методы, как электрохимический, тепловой, фрезерование, строгание, шлифование.

Однако применение лезвийного инструмента для скругления фасок и удаления заусенцев требует наличия многопозиционных или нескольких однопозиционных станков, как, например, для обработки зубчатых колес; тепловой метод достаточно энергоемок и для его реализации необходимо соответствующее аппаратурное оформление; электрохимический также характеризуется специальными источниками питания электрическим током и устройствами для подачи, сбора, хранения и очистки рабочей жидкости, кроме того, необходимо размещение технологического оборудования в отдельных помещениях, что связано с учетом специфических требований безопасности труда; шлифованию свойственны расход остродефицитных и дорогостоящих материалов и частые переточки инструмента.

Ввиду этого поставлена задача определения возможности использования метода МАО для указанных выше технологических операций (в частности, после токарной обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей и зубо- и шлицешлифования). В качестве оборудования применялись экспериментальные установки: для наружной МАО – П-80, для внутренней – ЭУ-6 с оппозитно расположенными магнитными полюсами электромагнитной системы. Для устранения заусенцев и скругления фасок после токарной обработки образцами служили круг Ø 40 мм и труба D х d = 42 х 34 мм, сталь 20 ГОСТ 1050-88, после зубошлифования – зубчатые колеса с т = 2 мм, сталь 40Х ГОСТ 4543-71, 41-45 HRC_Э; после шлицешлифования — шлицевые валы с т = 3 мм, сталь 40Х ГОСТ 4543-71, 35—40 HRC_Э. Параметры и режимы обработки методом МАО данных заготовок: величина магнитной индукции В = (0, 6-1, 2) Т; скорость резания V= (0, 8-1, 4) м/с; скорость осцилляции V_o = (0, 15-0, 25) м/с; амплитуда осцилляции А = (0, 5-1, 5) мм; величина рабочего зазора б = (0, 5-1) мм; ферроабразивный порошок (ФАП) - Ж15КТ ТУ 6-09-03-483-81; зернистость ФАП Δ = 100-315 мкм; смазочно-охлаждающие технологические средства СинМА-1 ТУ 38.5901176-91 с капельной подачей; время обработки t = 0, 5-3 мин.

Устранение заусенцев на кромочных выступах заготовки определяется их расположением в пространстве и размерами, а также процессом образования. Например, диапазон размеров заусенцев при зубо- и шлицешлифовании составляет 0, 04-0, 07 мм по высоте и 0, 01-0, 03 мм по толщине, в то время как при токарной обработке размеры соответственно равнялись 0, 2-0, 5 и 0, 1-0, 2 мм. Данные отличия потребовали указанного выше расширения применяемых параметров и режимов МАО. Профиль кромки пруткового материала и труб измерялся со стороны внешней и внутренней цилиндрических поверхностей и торца заготовки, а зубчатых колес и шлицевых валов, во-первых, по наружному диаметру и торцу зуба и, во-вторых, по наружному диаметру и рабочей поверхности зуба. Критерием степени скругления фаски при обработке методом МАО был выбран ее радиус, который определялся согласно ГОСТов 10948-84 (для пруткового материала и труб), 13755-81 (для зубчатых колес) и 6033-80 (для шлицевых валов с эвольвентным профилем зуба) при помощи шаблонов.

Рисунок 10.3. Зависимость размерности заусенцев, образованных зубошлифованием (а) и токарной обработкой в результате продольного (1) и поперечного (2) точения (б), от времени, затраченного на их удаление.

На рисунке, а показаны результаты измерений на каждом отрезке времени обработки путем отметки, сделанной на обрабатываемой поверхности зубчатого колеса после шлифования по наружному диаметру. Шлифовальный круг образует заусенцы во взаимно перпендикулярных плоскостях, что усложняет последующую операцию как лезвийным, так и жесткосвязанным абразивным инструментом. МАО, обладая подвижно скоординированным зерном в режущем инструменте, устраняет этот недостаток, связанный с пространственным расположением заусенцев, снимая их по обеим поверхностям и производя зачистку поверхности и скругление фасок.

Заусенцы, полученные зубо- и шлицешлифованием, были полностью устранены за 45 с, а применение пакетного способа обработки уменьшает это время в 8 - 10 раз. Одновременно достигается требуемое скругление кромки в течение 60 с обработки. На основании проведенных исследований установлено, что обработка методом МАО кромок зубчатых колес и шлицевых валов и снятие заусенцев осуществляются с высокими производительностью и качеством. Например, для указанного типоразмера (прутковый материал Æ =40 мм) диапазон радиусов скругления составил (0, 2-0, 3) мм; для труб D x d = 42 х 34 мм - (0, 2-0, 3) мм; для зубчатых колес - (0, 2-0, 3) мм и для шлицевых валов - (0, 2-0, 25) мм, что соответствует приведенным выше требованиям ГОСТов.

В работе авторы, в своих исследованиях занимаясь округлением кромок (рисунок 10.4) на зубчатом колесе шестерёнчатого насоса, сравнили четыре процесса финишной обработки кромок.

Рисунок –10.4 Обрабатываемая поверхность зуба (стрелками указаны округленные продольные кромки зуба)

На рисунке 10.5 показаны поперечные сечения кромки зуба до финишной обработки и после округления кромки разными способами.

a	б	в	г	д

Рисунок 10.5 – Поперечная форма кромки: до округления (a), после скругления щёткой (б), электрохимическим процессом (в), абразивной лентой (г), магнитно-абразивной обработкой (д)

Наиболее точное приближение поперечной формы кромки к дуге окружности получено после магнитно-абразивной обработки с обеспечением меньших значений радиуса округления и с равномерным округлением кромки по всей длине зуба (таблица 10.3.).

Таблица 10.3 – Результаты скругления кромок зубьев стального зубчатого колеса

Исследования показали, что на шестернях 260-1006244 (m = 2, 5 мм) из стали 18 ХГТ (62…64 НRС) после МАО образуется округление продольной кромки зуба r = 40 ÷ 50 мкм. Измерения геометрической точности обработанных деталей подтвердили округление продольных кромок зуба после МАО. Продольная кромка зуба после обработки соответствует ГОСТ 16531-83.

Это объясняется тем, что магнитный поток концентрируется на кромке ферромагнитного материала и магнитно-абразивная " щетка" у этой кромки действует с большей эффективностью, чем на остальной части детали. Существенных отличий по съему заусенцев, скруглению фасок как в продольном, так и поперечном сечениях шлица и зуба отмечено не было, что позволяет рекомендовать данный метод для проведения этой технологической операции. Резкие перепады диаметральных размеров, которые свойственны зубчатому контуру шестерен и шлицевых валов, не являются препятствием для целенаправленного формообразования деталей с притуплением острых кромок и удалением заусенцев.

После МАО детали, если они изготовлены из ферромагнитного материала, в обязательном порядке должны быть демагнитизированы с целью исключения остаточной намагниченности.