Магнітно-абразивне полірування площин індукторами на базі високоенергетичних магнітів
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Буріков О.О. Магнітно-абразивне полірування площин індукторами на базі високоенергетичних магнітів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 – Механічна інженерія за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Д Дисертаційна робота виконувалася відповідно до наукового напряму "Дослідження властивостей магнітно абразивного інструменту при обробці в умовах кільцевої ванни" на кафедрі конструювання машин КПІ ім. Ігоря Сікорського. Результати дисертаційної роботи використані при виконанні ініціативної НДР "Освоєння нових технологій виробництва матеріалів, їх оброблення і з'єднання, створення індустрії наноматеріалів та нанотехнологій" (№ державної реєстрації 0122U000084). В дисертаційній роботі використано методики визначення якісних параметрів оброблюваних поверхонь, що утворюються внаслідок взаємодії магнітно-абразивного інструменту (МАІ) та поверхонь заготовок, які дозволяють провести комплексну оцінку впливу складових технологічних параметрів при проведенні магнітно-абразивної оброблення (МАО) площин торцевими індукторами. Вперше визначено вплив технологічних параметрів оброблення таких як, швидкість обертання індуктора, робочий зазор, швидкість подачі, початкова шорсткість та конструктивні, такі як, тип та розмір магнітно-абразивного порошку, форма робочої поверхні індуктора, компонування індуктора. Розроблено рекомендації, щодо підбору раціональних технологічних параметрів для інтенсифікації процесу МАО, що базуються на особливостях утворення МАІ. Експеримент виконували на установці для МАО, що реалізована на універсальному верстатному обладнанні – вертикально-фрезерному верстаті мод. 6Б75ВФ1, що дає змогу вести оброблення в умовах малих магнітних зазорів. У якості дослідних зразків для проведення дослідження були використані феромагнітні матеріали у формі пластин розмірами 440х80х20 мм із сталі 40Х та пластин розмірами 65х8х0,8 мм із вуглецевої інструментальної сталі У9. Для оцінки фізико-механічних та якісних параметрів поверхонь отриманих внаслідок впливу МАО було використано якісні методи – візуальний та безконтактний способи та кількісні методи – контактні та безконтактні із використання спеціальних вимірювальних приладів – мікроскопів, профілометрів та профілографів. Розроблено технологічні пристосування для закріплення та зчитування отриманих результатів оброблення. Для формування МАІ були використані наступні порошки: оскольчастий рівновісний Феромап та Царамам з розміром зерен 630/400, 400/315, 315/200, 200/100 мкм, округлі рівновісні ПР6М5 200/100 мкм, ДЧЛ 1800/1300 мкм, S330 1400/1000 мкм, оскольчасті алмазні пасти типу АСМ 40/28 мкм, 20/14 мкм, 5/3 мкм, 3/2 мкм, а також суміші на основі даних порошків. Встановлено, що в залежності від величини фракції МАП існують раціональні значення величини магнітних зазорів, що відповідають певній величині фракції порошку, при якому відбувається ефективне оброблення та відсутній ефект шаржування. За величини зазору менше ніж 1,5 мм відбувається процес активного видалення матеріалу, але при цьому спостерігаються часті випадки шаржування. При проведенні МАО із величиною магнітних зазорів понад 5 мм оброблення не відбувається внаслідок недостатньої абразивної та магнітної взаємодії МАІ та оброблюваної поверхні. В більшості випадків раціональним значенням робочого зазору для випробуваних МАП становить близько 3-х мм. Показано, що за швидкості подачі головки при проведенні МАО в межах 20, 30 і 50 мм/хв. Відбувається переважне видалення вершин мікронерівностей поверхні без активної обробки западин. При швидкостях подачі в межах 5-15 мм/хв виконується повне розполіровування мікропрофілю із активним видаленням елементів спадковості оброблення, отриманих внаслідок застосування первинних методів оброблення. Визначено, відмінності в характері взаємодії між МАП та деталлю при використанні порошків округлої форми, що виконує переважно пластичне деформування поверхневого шару оброблюваної поверхні без значного видалення матеріалу заготовки. Встановлено, що при проведенні МАО зі швидкостями обертання індуктора в межах до 1000 об/хв отримані значення шорсткості є мінімальними. Збільшення швидкості обертання індуктора понад 1000 об/хв веде до порушення механізму взаємодії МАІ із оброблюваною поверхнею – відбувається активне просковзування та проворот частинок МАП відносно оброблюваної поверхні, що не забезпечує сприятливих умов для протікання процесів полірування та мікрорізання, тобто МАІ не встигає відновлювати свою форму у магнітному полі, а й відповідно не виконує активного видалення матеріалу. Результатами моделювання магнітних полів за різного компонування індуктора доведено, що раціональною конструкцією є головка з одним великим магнітом завдяки більшій однорідності поля, енергоефективності, простоті управління, меншій складності та низьким ризиками механічних збоїв. Така конструкція дозволяє досягти стабільних та прогнозованих результатів оброблення та вимірювань. Досліджено множину варіацій робочих поверхонь індуктора. Встановлено, що найраціональнішою конструкцією робочої поверхні торцевої головки з МАІ типу щітка є поверхня, що містить у своїй будові 9 – 12 променеподібних виступів трикутної форми. Використання подібних головок дозволяє забезпечувати формування шорсткості оброблених поверхонь з Ra < 0,03 мкм при вихідній Ra на рівні 0,8 мкм. При цьому практично повністю усувається мікрохвилястість, що формується внаслідок попередніх методів оброблення. За характером зміни величини відносної опорної поверхні мікропрофілю проаналізовано кінетику його формування. Показано, що на початковому етапі відбувається переважне видалення мікровиступів із подальшим активним обробленням мікровпадин та вигладжуванням мікропрофілю. Встановлено, що найбільші значення стискаючих залишкових напружень, до 100 МПа, формуються після МАО плоских поверхонь індукторами типу "щітка" на базі постійних високоенергетичних магнітів з використанням округлих порошкових матеріалів, які забезпечують переважне пластичне деформування поверхневого шару, його мікронаклепування без значного видалення матеріалу, яке притаманне МАО порошками з осколковою формою частинок типу Феромап. Показано, що найбільше значення збільшення ступеню наклепу знаходиться на глибині 5–5,5 мкм. При цьому зростання ступеню наклепу понад 35% відбувається після МАО зразків порошками з найменшими радіусами округлення різальних кромок – таких як Феромап – 30–60 мкм та Царамам – 10–50 мкм. Встановлено, що зміна твердості по глибині не є рівномірною. Результати демонструють, що після МАО порошком Феромап відбувається зростання твердості на глибині 120 – 320 мкм, в той час як після проведення МАО порошком Царамам зростання твердості в поверхневому шарі відбувається на глибині 100 – 150 мкм. Найбільші значення підвищення твердості в поверхневому шарі матеріалу зразків на глибині до 200 мкм має місце після виконання МАО округлим порошком S330 з розміром частинок 1200/900 мкм, який виконує переважне пластичне деформування поверхневого шару. Отримані результати взаємозалежні із даними отриманими при визначенні залишкових напружень – найбільше зростання показника твердості в поверхневому шарі відповідає найбільшим залишковим напруженням. Пояснення зазначеному факту пов’язано з структурною і дефектною перебудовами матеріалу зразків і потребує подальших ретельних мікроструктурних досліджень. Вперше встановлено, що для МАО із використанням сферичних порошків, характерним є відносно низький рівень зниження шорсткості, за рахунок форми поверхні МАП, яка не має множини різальних кромок, а при обробленні поверхонь такими порошками спостерігається високий вплив на поверхневі напруження внаслідок інтенсивної ударно-фрикційної взаємодії. Встановлено, що застосування сумішей МАП для проведення МАО забезпечують зниження рівня мікрохвилястості поверхні. Про це свідчать положення зон на кривих залежності зміни величин tp від рівня відносних висот профілю р, де відбувається перехід від мікровиступів до мікрозападин профілю поверхонь. Для сумішей порошків Феромап з розміром частинок 630/400 і 315/200 мкм розташування зазначених зон зміщується від відносного рівня перетину р=25,5% після оброблення МАП із розміром частинок 630/400 мкм до рівня р=50% при використанні сумішей порошків з розміром частинок 630/400 і 315/200 мкм за умов зростання вмісту відносної кількості дрібної фракції і суміші до 0,4. Використання при МАО інструменту, який сформований із суміші крупних округлих частинок порошку ДЧ 1800/1300 мкм із дрібними оскольчастими частинками порошку Феромап з розмірами частинок 630/400, 315/200 і 200/100 мкм дозволяє за умов оброблення із раціональними значеннями робочих зазорів встановити, що як і у випадку використання оскольчастих МАП величина робочого зазору не має значного впливу на вихідні параметри шорсткості, що підтверджує попередні результати досліджень. Показано, що найкращі результати оброблення отримано при використанні сумішей округлих порошків ДЧ 1800/1300 мкм і оскольчастих Феромап 630/400 мкм при їх співвідношенні в МАІ 1:1. За таких умов оброблення округлі крупні порошки, виконують роль рухомо-скоординованого притиру, передаючи силове навантаження на дрібні частинки. При цьому у процесі взаємодії з оброблюваною поверхнею крупні округлі частинки забезпечують як пластичне деформування мікронерівностей поверхні, так і безпосередньо поверхневого шару. Доведено, що формування МАІ з порошку ДЧ 1500/1300 мкм та алмазних паст типу АСМ дозволило встановити, що найкраща поліруюча спроможність відповідає МАІ, який сформовано з порошку ДЧ 1500/1300 мкм з додаванням пасти АСМ із розміром зерен 5/3 мкм. При цьому отримано шорсткість оброблених поверхонь з Ra на рівні 0,03 - 0,04 мкм. Результати роботи дозволили уточнити механізм формування МАІ на основі сумішей і особливості його взаємодії з поверхнями типу площина в умовах малих магнітних зазорі, що зробило можливим розширення номенклатури застосування методу МАО і підвищення його ефективності і продуктивності.
Опис
Ключові слова
Магнітно-абразивне оброблення (МАО), Магнітноабразивний порошок (МАП), Магнітно-абразивний інструмент (МАІ), шорсткість, опорна поверхня, полірування, поверхнева твердість, залишкові напруження, різання, режими різання, технологічний процес, індуктор, інноваційний процес, МАО в умовах малих магнітних зазорів, магнітне поле, ударно-фрикційна взаємодія, рухомо-скоординований притир, МАО феромагнітних деталей, деформація, пластичне деформування, механічна суміш, Magnetic abrasive finishing (MAF), Magnetic abrasive powder (MAP), Magnetic abrasive tool (MAT), roughness, support surface, polishing, surface hardness, residual stresses, cutting, cutting modes, technological process, inductor, innovative process, MAF in conditions of small magnetic gaps, magnetic field, shock-friction interaction, motion-coordinated lapping, MAF of ferromagnetic parts, deformation, plastic deformation, mechanical mixture
Бібліографічний опис
Буріков, О. О. Магнітно-абразивне полірування площин індукторами на базі високоенергетичних магнітів : дис. … д-ра філософії : 131 – Прикладна механіка / Буріков Олексій Олегович. – Київ, 2025. – 145 с.