При изготовлении режущего инструмента должна решаться задача повышения его срока службы. Режущий инструмент работает с высокой нагрузкой, поэтому испытывает большой износ рабочей части.
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.
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 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, тоP→Pmах = 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.
Анализ рис.2 показывает, что обработка импульсным магнитным полем приводит к увеличению стойкости сверла в 1,5 раза.