Упрочнение режущего инструмента импульсной магнитной обработкой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Упрочнение режущего инструмента импульсной магнитной обработкой

Полетаев Владимир Алексеевич, профессор

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

При изготовлении режущего инструмента должна решаться задача повышения его срока службы. Режущий инструмент работает с высокой нагрузкой, поэтому испытывает большой износ рабочей части. Применяя магнито-импульсную обработку инструмента, можно значительно уменьшить избыточную энергию материала, связанную с концентрацией внутренних и поверхностных напряжений в конкретной детали, и снизить до минимума вероятность ее поломки.

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.

инструмент режущий напряжение поверхностный

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

ш = ш (x,y,z,t) S(б) PS, (1)

где ш (х, у, z, t) учитывает энергетическое состояние материала массой т при объеме Vm; S(б) 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, то P>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.

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.

4. Киселев В.В., Полетаев В.А. Исследование триботехнических характеристик металлосодержащих присадок к маслам, используемым в электрических машинах. // Вестник ИГЭУ. - 2011. - Выпуск 2. - С. 65 - 67.

Размещено на Allbest.ru