Введение к работе
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 смазывэюще-охлаждэющих 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 ФАП 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 и 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 ценность. 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.2.143.00.00.000; 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-упрочнящей 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.