Возможности магнитной обработки и магнитных установок

№82-1,

технические науки

В статье приведены данные об эффективности применения магнитно-импульсной обработки зубчатых колес. Приводятся результаты экспериментов, указаны значения магнитных полей и времени действия импульса. Приведен перечень оборудования, применяемого для проведения данной обработки.

Похожие материалы

Анализ работ, посвященных исследованию различных методов упрочняющей и отделочной обработки, показывает, что они позволяют добиваться повышения износостойкости деталей пар трения, работающих в различных условиях. Однако отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору оптимальных для конкретных пар трения технологических процессов из всех существующих методов упрочнения. Большинство упрочняющих методов позволяют управлять только частью параметров, требуемых для повышения износостойкости. Поэтому они применяются в сочетании с другими финишными методами, и существует необходимость применения комбинированных методов упрочнения или разработки новых способов обработки для конструкционных сталей. Известно много традиционных способов упрочнения поверхностных слоев деталей. К ним относятся методы поверхностной закалки, различные химико-термические способы обработки (цементация, азотирование, борирование и т.д.), наплавки, гальванические методы и т.д. Возможности этих методов в значительной мере уже исчерпаны.

Одним из эффективнейших методов упрочнения является поверхностное пластическое деформирование, которое существенно изменяет состояние и свойства поверхностных слоев. В последнее время интенсивно расширяется применение новых технологий упрочнения деталей, основанных на воздействии на их поверхность концентрированных потоков высокоэнергетических квантов и более крупных частиц (электронов, ионов, атомов, молекул). К ним относятся лазерные, электронно-лучевые (пучковые), вакуумные, ионно-плазменные и другие технологии. Мощный импульс получили также применение газотермических методов нанесения покрытий в связи с развитием плазменных и детонационных технологий напыления самых различных порошковых материалов.

Режущий инструмент обрабатывают как постоянным магнитным полем, так и магнитно-импульсным полем напряженностью 100–2000 кА/м, при длительности импульса 0,1–4,5 с. Время и величина напряженности магнитного поля зависит от материала инструмента и его размеров. При этом стойкость инструмента, обработанного в магнитном поле, повышается в 2–4 раза.

Применяемые на практике методы магнитной обработки материалов различны как по своим физическим и технологическим принципам, так и по конструктивным исполнениям установок. Магнитную и магнитно-импульсную обработку применяют для упрочнения различных деталей, конструкций и сборочных единиц, например, заклепочных, сварных, резьбовых соединений; зубчатых и червячных передач; опорных устройств и муфт; рессор и пружин; стальных канатов и тросов грузоподъемных машин; режущего инструмента и т.д.

Крупногабаритные детали из серого, ковкого и высокопрочного чугуна, конструкционных и легированных сталей обрабатывают локально по всей рабочей поверхности контакта в шахматном порядке за 2–10 циклов. Опыты показывают, что благодаря импульсной магнитной обработке улучшаются свойства материалов деталей, работающих в узлах трения, снижается износ.

Стальные тросы, канаты и другие металлические тяговые детали обрабатывают в полости соленоида при равномерном перемещении вдоль оси соленоида. Испытания канатов показали, что обработка импульсным магнитным полем повышает их долговечность в 1,5–2 раза.

Симметричные детали машин (валы, оси, подшипники, штоки и т.д.) диаметром меньше диаметра внутренней полости соленоида (индуктора) обрабатывают непосредственно в этой полости напряженностью 200–800 кА/м при продолжительности импульса 0,3–1,0 c, а диаметром более диаметра соленоида локально напряженностью поля 600–1000 кА/м и продолжительностью импульса 0,6–I,0 с. Испытания таких деталей показали, что магнитно-импульсная обработка повышает долговечность узла на 50 %.

В работе приводятся сведения об обработке магнитно-импульсным полем зубчатых колес и шестерен. Обработка проводилась по трем схемам: при свободном перемещении колес в полости соленоида, локальной обработки колес по контуру, профильной обработке колес большого диаметра. Стальные колеса обрабатывались при напряженности поля 300–650 кА/м и импульсе 0,2–0,6 с, а из сплавов меди и титана — 800–1500 кА/м и импульсе 0,5–1,0 с. Опыты показали, что магнитно-импульсная обработка повышает стойкость зубчатых колес в 1,2–2 раза.

В работе приводятся сведения о магнитно-импульсной обработке резьбовых крепежных деталей (болтов, шпилек, гаек) из сталей и сплавов цветных металлов. Режимы обработки: напряженность 400–1000 кА/м, длительность импульсов 0,2–1,0 с. Испытания резьбовые соединений показали, что ударная вязкость материала крепежных изделий повышается на 15 %, а износ резьбы уменьшался на 30 %.

Качество рессор и пружин часто определяет работоспособность машин и механизмов в сложных динамических условиях. Проводилась магнитно-импульсная обработка рессор и пружин напряженностью 500–1000 кА/м и импульсом 0,5–1,0 с, число циклов 2–10, интервал между циклами 3–5 мин. Результаты испытаний показали, что многократная магнитно-импульсная обработка повышает долговечность рессор и пружин в 1,3–2 раза.

На практике для обработки деталей магнитным полем в основном применяются установки BHBVH, ЭМО, МИУРИ, УМОИ-50, «Импульс-ЗМ», БУР-83, «Контакт» и др., которые различаются конструктивно, напряженностью магнитного поля, назначением. Имеющиеся установки для МИО создают магнитное поле напряженностью 50–2000 кА/м (максимальная сила тока в соленоидах 50–2030А) при мощности (рассчитанной для нормальной работы) до 200 кВт. Для расположения установок в цехах или на полигонах необходима площадь не более 5–10 м2.

Список литературы

  1. Сонин, В.И. Газотермическое напыление материалов в машиностроении / В.И. Сонин. – М.: Машиностроение, 1978. – 152 с.
  2. Полетаев В.А., Басыров И.З., Самок Г.С. Влияние импульсной магнитной обработки на физико-механические свойства углеродистой стали. /В.А. Полетаев, И.З. Басыров, Г.С. Самок // Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов: материалы межд. конф. – Воронеж: ВГТУ, 2003. – с.134–136.
  3. Самок, Г.С., Полетаев В.А. Упрочнение поверхностей деталей электронасосов комбинированным способом /Г.С. Самок, В.А. Полетаев // Прогрессивные технологии в Машино– и приборостроении: сб. статей. – Нижний Новгород – Арзамас: НГТУ – АФНГТУ. – С.121–124.
  4. Насосы: Каталог–справочник 3–е изд. испр / Д.Н. Азарх, Н.В. Попова, Л.П. Монахова. – ВНИИгидромашиностроение. – Л..: – Машгиз (Ленингр. отд–ние), 1960. – 552 с.