Раздел 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ
ОБРАБОТКИ
2.1. Постановка задачи
Теоретические исследования магнитно-абразивной обработки направлены на изучение
распределения магнитного поля в зазоре и действия магнитных сил, роли вихревых
токов, влияния тепловых явлений, кинематики и динамики процесса на
производительность обработки и качество поверхности, а также многих других
вопросов.
Одним из основных направлений исследований являются вопросы, связанные с
механизмом формирования поверхностного слоя деталей под действием
магнитно-абразивного инструмента.
Снятие припуска при магнитно-абразивном полировании (МАП) осуществляется в
результате абразивного резания, пластического выглаживания поверхности, снятия
образующихся химических пленок. На каждое ферромагнитное зерно
магнитно-абразивного порошка (МАп) действует результирующая сила [165]
(2.1)
и момент
, (2.2)
где - сила магнитного притяжения; - момент магнитных сил, ориентирующий зерно в
магнитном поле; - сила, возникающая от действия на зерно, не имеющее свободы
поворота; и - электромагнитные силы, возникающие при движении зерна в магнитном
поле или при пульсациях магнитного поля; и - силы инерционные и центробежные,
появляющиеся при ускоренном движении зерна или при вращении вместе с полюсами
индуктора; - сила тяжести; и - нормальные силы и силы трения в контактах зерна
с окружающими зернами; - сила трения в контакте зерна с заготовкой или
индуктором; , , - плечи действующих моментов.
Схема резания при МАП в реальных условиях показана на рис. 2.1.
При рекомендуемых условиях обработки [165] наибольшие численные значения
(2…15)Ч10-4 имеют силы и . Силы и меньше, чем сила в 10-2 - 10-5 раз, , ,
меньше в 10-2 - 10-3 раз.
Рис. 2.1. Схема резания в реальных условиях
Рис. 2.2. Схема распределения магнитных силовых линий в рабочем зазоре
Можно с уверенностью сказать, что определяющей силой при МАП является сила
магнитного притяжения, возникающая между зернами порошка, как между собой, так
и относительно поверхности заготовки. Появление данной силы связано с наличием
магнитного поля (рис. 2.2), под действием которого МАп приобретает свойства
режущего инструмента.
На каждое отдельное зерно в магнитном поле действует сила
. (2.3)
При допущениях о симметричности формы зерен (шар, эллипсоид, куб), формулу
(2.3) можно привести к удобному для анализа виду
, (2.4)
где - объем магнитной массы зерна; - индукция в рабочей зоне; - магнитная
постоянная; - градиент магнитной индукции в точке пространства, занятой данным
зерном. , при обработке, зависит от концентрации магнитной системы, магнитных
свойств деталей. Направление совпадает с векторной силой .
Зерно, контактирующее с поверхностью заготовки, прижато к ней силой (рис.
2.1), являющейся результатом воздействия на зерно магнитных, инерционных сил
окружающих зерен порошка. В результате действия силы происходит образование
стружки. Сила стремится повернуть зерно и прекратить образование стружки.
Повороту режущего зерна препятствуют силы трения и нормальные силы . При
превосходстве силы над остальными силами происходит поворот режущего зерна и в
работу вступает другая вершина этого зерна.
Абразивное резание сопровождается интенсивным пластическим оттеснением
материала из царапин в навалы с последующим малоцикловым усталостным
разрушением навалов и пластическим выглаживанием, деформированием поверхности.
Коэффициент стружкообразования , равный при МАП 0,09-0,15, показывает, что 9-15
% объема царапин удалено диспергированием металла в стружку, а остальной объем
металла вытеснен из царапин пластически в боковые навалы. В пластическом
деформировании металла участвуют как режущие зерна, так и нережущие участки
зерен МАп. Результатом пластического деформирования поверхности являются
повышение твердости поверхностного слоя, образование в нем остаточных
напряжений сжатия. Кроме того, пластическое деформирование позволяет уменьшить
величину работы, необходимую для разрушения материала. Это объясняется тем, что
в ходе пластической деформации (сдвиговой деформации) исчерпывается запас
пластичности деформируемого материала [166].
Энергетическая оценка роли абразивного резания и действия микротоков позволяют
считать, что основными факторами, определяющими процесс МАО, являются
абразивное резание и пластическое деформирование микронеровностей
обрабатываемой поверхности [167].
Если же процесс резания (стружкообразования) при финишных методах обработки
изучен довольно полно, то вопрос пластического деформирования остается не
решенным.
Целью исследований в данном разделе является моделирование деформирования
материала при обработке и создание методики расчета энергосиловых параметров
упругопластического деформирования при МАП, влияющих на характеристики
поверхностного слоя деталей.
2.2. Силы и давления в рабочей зоне при магнитно-абразивном полировании
Анализ известных работ, в которых рассматриваются силовые характеристики
магнитного поля в пространстве рабочего зазора магнитной системы, позволяют
сделать вывод, что определяющими факторами величины давления ферромагнитного
порошка на обрабатываемую деталь являются силовое воздействие магнитного поля и
механическое заклинивание зерен в рабочем зазоре.
Детальная теория массы ферромагнитного порошка в магнитном поле довольно
сложная. Поэтому при исследовании механизма воздействия сил и давлений на массу
или единичное зерно порошка делаются допущения. Так, в работе [168] не
учитываются касательные напряжения, возникающие в мас
- Київ+380960830922