Майборода, Віктор СтаніславовичЗаставський, Костянтин Олегович2024-06-182024-06-182024Заставський, К. О. Формування інструментального середовища при магнітно абразивному обробленні в великих магнітних зазорах : дис. … д-ра філософії : 131 – Прикладна механіка / Заставський Костянтин Олегович. – Київ, 2024. – 137 с.https://ela.kpi.ua/handle/123456789/67228Заставський К.О. Формування інструментального середовища при магнітно абразивному обробленні в великих магнітних зазорах. – 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, 2024. В дисертаційній роботі розроблено методики визначення сил, що діють на деталь з боку магнітного інструменту (МАІ), які дозволяють встановити особливості формування МАІ в процесі магнітно-абразивного оброблення (МАО). В перше встановлено реальну величину сил при МАО, а також визначено процеси та явища, що на них впливають з урахуванням зміни технологічних факторів, таких як індукція магнітного поля, швидкість рухів при обробленні, типу, форми та розміру частинок МАП та матеріалу деталі. Розроблено рекомендації щодо інтенсифікації процесу МАО з огляду на особливості формування МАІ та реальну величину сил. Експеримент виконували на установці для МАО виготовленій на базі вертикально фрезерного верстату типу ОЦ – Іжевськ, що забезпечує оброблення деталей у великому магнітному зазорі кільцевого типу. Зразками для проведення дослідження були циліндричні квадратні та трикутні призми висотою 30 мм і характерним розміром 8, 12 та 16 мм з феропара- та діамагнітних матеріалів, а також лопатка ГТД товщиною 1 мм та висотою 30 мм зі сплаву титану. Для вимірювання сил при МАО було використано методики вимірювання ефективного крутного моменту на валу двигуна, що обертає деталь, та вимірювання сили опору за допомогою тензодатчика. Розроблено відповідне обладнання, що дозволило виконувати дослідження з врахуванням необхідних факторів. Для формування МАІ використовували порошки: оскольчастий Полімам-Т з розміром зерен 200/100 мкм, 400/315 мкм, та округлий Полімам-М 200/100 мкм, 400/315 мкм. Для визначення інтенсивності оброблення було використано квадратні призматичні зразки висотою 5 мм та розміром сторони 8, 12 та 20 мм. Параметром інтенсивності у цьому дослідженні виступав радіус заокруглення кромок деталі, що вимірювався за допомогою профілометра. Встановлено, що ефективний момент тертя при обробленні феромагнітної деталі (при даних зразках та технологічних умовах) становить до 1,4 Нм, при обробленні немагнітних деталей – до 0,9 Нм. Показано, що ефективний момент тертя прямо залежить від величини магнітної індукції, швидкостей руху деталі в робочій зоні та навколо своєї осі. Встановлено області МАО при яких відбувається: формування квазістабільного МАІ (при швидкості обертання навколо власної осі 0 – 10 рад/с), область стійкого МАІ (10 – 65 рад/с) та область з аномальним ростом/падінням сил тертя (більше 65 рад/с). Показано, відмінності в характері взаємодії між МАП та деталлю при використанні порошків з округлої форми, що спричиняє переважно пластичне деформування поверхневого шару оброблюваної поверхні. Визначено, що сила опору при обробленні циліндричних деталей має лінійну залежність від величини магнітної індукції та становить 720 Н/Тл для порошку з зернистістю 200/100 мкм та 960 Н/Тл для 400/315 мкм. Показано, що сила опору при обробленні немагнітних матеріалів Д16Т, ВТ8, БрОц не має суттєвих відмінностей. Встановлено, що сили лобового опору при МАО феромагнітних зразків як і для немагнітних зразків не залежать від швидкості оброблення і змінюються в діапазоні від 160 до 220 Н, це в 1,2-1,5 разів вище, ніж для немагнітних деталей (80 – 180 Н). Роз’яснено відмінність сили опору при оброблені магнітних та немагнітних деталей за рахунок особливостей взаємодії структурних елементів МАІ з оброблюваними поверхнями та формуванням зон заклинювання порошку. Зростання зернистості порошку з 200/100 до 400/315 мкм спричиняє зростання сили опору в 1,2 – 1,3 рази. За результатами аналітичного представлення функцій зміни величин питомих сил тертя і сил лобового опору розраховано співвідношення між питомими силами тертя і опору –Fтер/Fоп = n – параметр коефіцієнту тертя при МАО. За характером зміни величини η встановлено, що зі збільшенням швидкості руху деталей навколо осі кільцевої ванни, переважно, має місце монотонне зменшення параметру коефіцієнту тертя. Зростання швидкості обертання деталей навколо власної осі призводить в досліджуваному діапазоні практично до пропорційного збільшення величини n. В перше визначено, що при обробленні парамагнітних деталей приріст сили опору зі зростанням діаметру не пропорційний зростанню діаметру (при збільшенні діаметра в 2 рази відбувається приріст сили опору в 1,5 рази), що пояснюється відмінностями характеру оброблення різними структурними елементами МАІ. Натомість, оброблення феромагнітних деталей характеризується пропорційним приростом сили опору від зростання розміру деталей. Підтверджено, що середовище МАІ можна віднести до типу бінгамівського через характер впливу швидкості на процес оброблення, особливо при малих значеннях магнітної індукції (0,2 – 0,22 Тл). Тобто МАІ має ознаки «квазірідкого» середовища при малих значеннях магнітної індукції (малій жорсткості) та «квазітвердого» - при великих значеннях індукції (більше 0,22 Тл). Визначено, що при оброблені малих діаметрів (8 мм), феромагнітні властивості матеріалу деталі створюють умови для псевдо розрідження магнітно-абразивного середовища, через яке значення сили опору при обробленні сталевого зразку нижче ніж при обробленні титанового на 10 – 20%. Натомість при обробленні деталей великого розміру сила опору сталевої деталі була на 10 – 30 % більшою ніж для титанової деталі через значний вплив магнітних властивостей деталі при її взаємодії з формоутвореннями МАІ. Встановлено, що співвідношення питомого опору, що має місце між деталями різної формами і МАІ (відносно площі безпосередньо оброблюваної поверхні) може бути описане коефіцієнтом форми деталі. Де найбільший коефіцієнт відповідає деталі з квадратним перерізом, а найменший – у вигляді циліндру. Визначено, що при обробленні феромагнітних деталей великого розміру (16 мм) присутнє явище розширення мертвої зони з МАП, яка формується на магнітних наконечниках, що суттєво (від 20 до 70 %) підвищує силу опору. Явище зумовлене магнітною взаємодією між деталлю та МАІ при безпосередній близькості полюсних наконечників до поверхонь деталі. Запропоновано схему взаємодії МАІ з феро- та парамагнітними деталями, що враховує напрямок переміщення МАП в робочій зоні зумовлений силами магнітного притягнення. Підтверджено, що при обробленні тонких деталей типу лопатки ГТД на великих швидкостях оброблення 3 – 3,5 м/с виникає явище розриву веретеноподібного утворення МАІ, що супроводжується різким (до 25%) зниженням сили опору (це явище є характерним тільки для відносно тонких деталей та відносно крупного порошку). Розглянуто явище періодичних коливань сили опору та вплив технологічних параметрів на величину цих коливань. Визначено, що періодичні коливання залежать від швидкості оброблення, тобто збільшенні швидкості оброблення з 1 до 3,5 м/с відбувається зменшення коливань з 40% до 15% відносно середнього значення сили опору. Визначено, що наближення оброблюваних поверхонь феромагнітних деталей до робочих поверхонь полюсних наконечників не тільки підвищує величину сили опору на 20 – 70 %, але й інтенсифікує процес різання на 20 – 30%. Це відбувається через взаємодію оброблюваних поверхонь деталі з ущільненими формуваннями МАІ (такі як «мертва» зона та конусоподібні формоутворення). З огляду на це було запропоновано враховувати наявність ущільнених зон МАІ при розробці технологічних процесів МАО. Робота дозволила вперше дослідити вплив реологічних властивостей МАІ в умовах великого магнітного зазору на процеси силової взаємодії, що відбуваються між МАІ і реальною деталлю при МАО з урахуванням характеристик оброблюваної деталі та магнітно-абразивних порошків. В ході роботи було експериментально підтверджено теоретичні припущення, щодо впливу характеристик МАІ та технологічних факторів на силову взаємодію деталі з МАІ при МАО у великих магнітних зазорах. Визначено зв'язок сил, що виникають між оброблюваною деталлю та МАІ та процесами видалення матеріалу при МАО. Результати роботи дозволили уточнити механізм формування МАІ і особливості його взаємодії з поверхнями деталей складної форми в умовах великих магнітних зазорів кільцевого типу, що зробило можливим розширення можливостей методу МАО і підвищення його ефективності і продуктивності.137 с.ukмагнітно-абразивне оброблення (МАО)магнітноабразивний порошок (МАП)магнітно-абразивний інструмент (МАІ)гібридний інструментрізальний інструментрізаннясила різаннярежими різанняшвидкість різаннятехнологічний процестехнологічна системаінноваційний процесМАО в великому магнітному зазорімагнітне полесила опорутертякоефіцієнт тертяМАО пара- та феромагнітних деталейшорсткістьдеформаціяпластичне деформуванняMagnetic Abrasive Finishing (MAF)Magnetic Abrasive Powder (MAP)Magnetic Abrasive Tool (MAT)hybrid toolcutting toolcuttingcutting forcecutting conditionscutting speedtechnological processtechnological systemprocess innovationMAF in a large magnetic gapmagnetic fieldresistance forcefrictioncoefficient of frictionMAF on para- and ferromagnetic detailsroughnessdeformationplastic deformationThesis Doctoral621.923