РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СРЕДСТВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ
2.1. Определение условий, способствующих активизации движения рабочей среды
При классической схеме виброабразивной обработки используются вибровозбудители, расположенные в нижней точке U-образного контейнера, приводящие его в колебательное движение, в котором находятся обрабатываемые детали, размещенные в рабочей среде. Такой способ подачи энергии в рабочую среду не обеспечивает однородного воздействия гранул на обрабатываемые детали по всему объему контейнера.
Для активизации движения рабочей среды, потерявшей часть энергии при прохождении через уплотненные и разрыхленные слои гранул и при взаимодействии с обрабатываемыми деталями и друг с другом необходимо ввести дополнительный источник по передаче силового импульса в наиболее пассивную зону. Наиболее рациональным является активизация движения рабочей среды в данной зоне без уменьшения рабочего пространства контейнера, что возможно в случае использования гранул, которыми можно было бы управлять извне, и которые при этом по-прежнему выполняли бы двойную роль, т.е. роль режущего инструмента и носителя силового импульса.
Перспективным решением обработки деталей из немагнитных материалов, нуждающихся в интенсификации процесса ВиО из-за своих характеристик (соразмерность масс гранул и обрабатываемых деталей, плоскостность, склонность к слипанию друг с другом, возможное налипание на стенки контейнера), является возможность управления процессом ВиО в результате наложения условно жестких связей также путем введения в рабочую среду помимо простых неуправляемых абразивных гранул специально созданных гранул, о которых упоминалось выше. Ими могут быть гранулы с ферромагнитными свойствами (ГФС), воздействие на которые оказывает дополнительный пространственный вибровозбудитель - электромагнитная система, создающая импульсное магнитное поле высокого градиента [92]. ГФС, перемещаемые под воздействием магнитного поля, передают силовой импульс, повышая способность активного движения гранул рабочей среды в любой заданной зоне контейнера. С целью обеспечения ГФС не только ферромагнитными, но и режущими свойствами, их можно изготавливать из абразивного и ферромагнитного составляющего. При обработке ферромагнитных деталей для интенсификации процесса ВиО достаточно использовать в качестве "новых" гранул сами детали.
Для создания высокоградиентного магнитного поля в объеме контейнера предлагается использовать приспособление в виде катушки, состоящей из отдельных секций, размещенных в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Преимущество выбора приспособления, основанного на использовании электромагнитного поля, обуславливается возможностью расположения источника вне объема контейнера. Следует отметить, что можно было бы расположить вне контейнера и, например, дополнительный механический вибровозбудитель, однако только в первом случае возникает возможность создания управления движением избирательных единичных элементов рабочей среды (или деталей), т.к. любой другой источник будет воздействовать на всю массу загрузки контейнера в целом. Также одним из преимуществ выбора дополнительного источника в виде электромагнитной системы, создающей поле высокого градиента, является отсутствие массивных, вращающихся узлов, присутствующих в инерционном вибровозбудителе. Данный источник по сравнению c ферромагнитными сердечниками [91] будет обладать также значительно меньшей массивностью, металлоемкостью и в то же время меньшей потребляемой мощностью.
Введение в ВиО-станок приспособления - пространственного вибровозбудителя в виде предлагаемой электромагнитной системы делает возможным наложение условно жестких связей на систему станок - приспособление - инструмент, что ранее в ВиО не осуществлялось.
Приспособление, упрощенная схема которого показана на рис. 2.1, в дальнейшем будет называться приспособлением в виде рамочных индукторов (РИ). Если РИ используются как дополнительный источник энергии при наличии других видов вибровозбудителей ВиО-станка, он может иметь только вертикальные или только горизонтальные катушки.
Для создания электромагнитного поля заданного градиента в каждую секцию катушки подается импульс тока определенной амплитуды и полярности. Величина тока и его полярность для каждой секции может быть определена путем синтеза электромагнитного поля [56, 62]. Сообщение импульсов энергии магнитного поля в рабочую среду, в которой находятся ферромагнитные тела (ФТ), т.е. либо ферромагнитные обрабатываемые детали либо гранулы с ферромагнитными свойствами (ГФС), увеличит интенсивность абразивной обработки и сделает ее равномерной по всему объему контейнера, что в конечном итоге повысит производительность обработки деталей.
Схема установки РИ показана на рис. 2.1. В контейнере размещаются четыре прямоугольные токовые секции катушки, которые запитываются импульсами тока большой амплитуды (до 15?103 А). Путем коммутирования катушек с источниками импульсов различной полярности и величины в объеме контейнера можно создавать импульсное магнитное поле различной топографии. В контейнер помимо абразивных гранул размещаются ГФС, т.е. гранулы, выполненные из материала, у которого относительная магнитная проницаемость ???1. Под действием импульсного магнитного поля возникает пондеромоторная сила, которая перемещает ГФС в рабочей среде, создавая дополнительное воздействие на обрабатываемые детали.
Зоны интенсивного действия пондеромоторной (в дальнейшем магнитной) силы, которые можно создавать путем коммутации обмоток, показаны на рис. 2.1 заштрихованными.
На рис. 2.2 показано расположение гранул ГФС среди гранул рабочей среды. На каждую ГФС, расположенную в магнитном поле (при этом объем
Рис. 2.1. Схема расположения РИ в контейнере:
1 - контейнер; 2 - основной вибровозбудитель; 3 - дополнительные РИ.
Рис. 2.2. ГФС в рабочей среде контейнера:
1 - гранулы рабочей среды; 2 - ГФС.
Рис. 2.3. Зависимость среднего знач