УПРОЧНЕНИЕ СВЕРЛ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ИМПУЛЬСНОЙ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКОЙ

№73-1,

Технические науки

Одним из прогрессивных методов упрочнения деталей является магнитная обработка. Электромагнитное поле успешно применяют в современной технике и технологии для управления свойствами твердого тела. Магнитную обработку используют в машиностроении для обработки лезвийного режущего инструмента и динамически нагруженных деталей машин для увеличения их стойкости и надежности работы.

Похожие материалы

При изготовлении режущего инструмента должна решаться задача повышения его срока службы. Режущий инструмент работает с высокой нагрузкой, поэтому испытывает большой износ рабочей части.

Одним из прогрессивных методов упрочнения деталей является магнитная обработка. Электромагнитное поле успешно применяют в современной технике и технологии для управления свойствами твердого тела. Магнитную обработку используют в машиностроении для обработки лезвийного режущего инструмента и динамически нагруженных деталей машин для увеличения их стойкости и надежности работы. Незначительная стоимость и высокая производительность устройств и современных установок, применяемых в промышленности, а также простота технологии магнитной обработки позволяют рекомендовать ее для различных областей народного хозяйства страны.

Снижение металлоемкости, повышение надежности и долговечности деталей машин и конструкций тесно связано с проблемой качества металлических сплавов. Низкое качество массовых марок стали в ряде случаев не позволяет удовлетворять требованиям конструкторов при создании принципиально новых машин и конструкций. Поэтому экономически целесообразно не только разрабатывать новые марки стали, но и совершенствовать упрочняющую технологию материалов.

В настоящее время в промышленности применяют магнитную обработку для упрочнения режущего инструмента. Для исследования влияния упрочнения сверл импульсной магнитной обработкой была сконструирована и изготовлена экспериментальная установка.

Экспериментальная установка (рис. 1) представляет собой поворотный стол 11, который прикреплен к столу 13 двумя болтами 12.

Экспериментальная установка: 1 — пружина;  2 — ползун; 3 — трос;   4 — планка;  5 — основание;  6 — болт;  7 — гайка; 8 — консоль; 9 —  угол; 10 — болт; 11 — поворотный стол; 12 — болт; 13 — основание; 14 — пластина; 15 — болт
Рисунок 1. Экспериментальная установка: 1 — пружина; 2 — ползун; 3 — трос; 4 — планка; 5 — основание; 6 — болт; 7 — гайка; 8 — консоль; 9 — угол; 10 — болт; 11 — поворотный стол; 12 — болт; 13 — основание; 14 — пластина; 15 — болт

Верхняя часть поворотного стола может свободно вращаться, а нижняя неподвижна. С помощью болта 10 к поворотному столу прикреплен трос 3. Другой конец троса прицеплен к ползуну 2. На ползуне также имеется стрелка, показывающая текущее его положение относительно планки 4. Ползун прикреплен к планке пружиной 1. На планке имеются деления, которые пронумерованы. При повороте поворотного стола трос начинает накручиваться на круглый стол, таща за собой ползун, который показывает стрелкой на приложенный в данный момент к столу момент в Н/м. Тем самым определяется крутящий момент при сверлении.

С помощью болтов 15 и Т-образных пазов сверху на поворотный стол прикрепляется приспособление для установки и закрепления заготовок. Приспособление состоит из угла 9, в который ставится круглая заготовка в виде диска, и зажимного элемента в виде консоли 8, упорного болта 6 и зажимной
гайки 7.

Испытаниям подвергаются сверла из быстрорежущей стали марки Р6М5 диаметром 6 мм. Производилось сверление глухих отверстий глубиной 30 мм в стали с содержанием углерода 0,35% на вертикально-сверлильном станке 2Н135 с автоматической подачей. . Для охлаждения применялась СОЖ.

Напряженность магнитного поля при упрочняющей обработке составляла 450 кА/м. Количество импульсов на каждое сверло — 3, длительность импульса –0,1 с, промежуток между импульсами — 1 с.

При магнитном воздействии вещество изменяет свои физические и механические свойства. Улучшение свойств у ферромагнитных деталей, прошедших МИО, достигается за счет направленной ориентации свободных электронов вещества внешним полем, вследствие чего увеличивается тепло- и электропроводимость материала.

Взаимодействие импульсного магнитного поля с заготовкой (деталью) из токопроводящего материала происходит тем интенсивнее, чем выше структурная и энергетическая неоднородность вещества. Поэтому чем выше концентрации поверхностных и внутренних напряжений в металлических заготовках, тем больше вероятность локальной концентрации в них микровихрей внешнего поля и тем длительнее течение релаксационных процессов в веществе. Энергетическое состояние ферромагнетика (например, стальной заготовки) определяется энергетическим и квантовым взаимодействием магнитных моментов всех внешних электронов атомов вещества, образующих конкретную деталь. Для его характеристики вводится условное понятие — функция состояния, называемая обменным интегралом функции состояния. С помощью обменного интеграла можно определять аналитически вероятность изменений процессов, происходящих со всеми атомами твердого тела, например можно аналитически определить вероятные энергетические изменения сплава после термообработки.

Энергетическое состояние ψ конкретного атома сплава (например, стали) с учетом его возбуждения внешним магнитным полем принято записывать

ψ = ψ (x,y,z,t) S(α) PS, (1)

где ψ (х, у, z, t) учитывает энергетическое состояние материала массой т при объеме Vm; S(α) учитывает неравновесное состояние части атомов вещества, способных изменять его под действием внешнего магнитного поля средней напряженности; Ps = ± h/2 характеризует магнитную энергию этих атомов.

При изготовлении реальных деталей в материале неравномерно концентрируется, некоторое количество избыточной энергии F, с увеличением которой возрастает вероятность разрушения детали Р.

Если F > 0, тоPPmах = 1.

Для повышения надежности работы механизма необходимо величину Рmах снизить примерно в 4 раза. Это возможно за счет уменьшения избыточной энергии материала внешними физико-техническими методами.

Применяя МИО, можно значительно уменьшить избыточную энергию материала, связанную с концентрацией внутренних и поверхностных напряжений в конкретной детали, и снизить до минимума вероятность ее поломки.

На рис. 2 показан график зависимости момента резания М от количества просверленных отверстий.

Зависимость момента резания М от количества просверленных отверстий N: 1 — сверло, необработанное импульсным магнитным полем; 2 — сверло, обработанное импульсным магнитным полем
Рисунок 2. Зависимость момента резания М от количества просверленных отверстий N: 1 — сверло, необработанное импульсным магнитным полем; 2 — сверло, обработанное импульсным магнитным полем

Анализ рис.2 показывает, что обработка импульсным магнитным полем приводит к увеличению стойкости сверла в 1,5 раза.

Список литературы

  1. Преображенский А.А. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. М.: Высшая школа, 1972. 460 с.
  2. Барон Ю.М., Сенчило И.А. Изменение эксплуатационных характеристик поверхностей инструментов из быстрорежущих сталей в результате их перемагничивания // Труды Ленинградского политехнического института, вып. 109, 1980. с. 177 – 181.
  3. Малыгин В.Б. Магнитное упрочнение инструментов и деталей машин. - М.: Машиностроение, 1989. - 112с.