В статье рассматривается метод применения магнитно-импульсной обработки для стабилизации геометрии прецизионных деталей машин.
В настоящее время развитие направления технологических процессов настолько быстро растет, что приведет существенным образом к изменению экономики в сторону повышения эффективности. Технологические изменения затронут все сферы материального и нематериального производства. Исключением не станет и машиностроительный комплекс.
Ассортимент материалов машин, точность формы и размеров машиностроительных изделий, качество материалов, показатели состояния материалов определяют основные показатели эксплуатируемых изделий: работоспособность, ресурсы, эффективность операций и стратегической подход выбора последующих технологических действий. В современных машинах показатели деталей непрерывно возрастает. Эти детали сильно отличаются высокими показателями, например, как точность, которые могут достигать десятых и даже сотых долей микрометра. Для стабилизации всех показателей размеров после окончательной механической обработки необходимо проведение оптимальной стабилизирующей обработки для снижения уровня остаточных напряжений в деталях машин и стабилизации структурного показателя состояния материала. При этом возможны поводки и снижение точности готовых деталей. Поэтому в настоящее время актуальна задача сохранения геометрических параметров деталей с точностями в несколько долей микрон на финишных операциях, включающих нанесение покрытий.
Для снижения коробления изделий используют такие действия, которые стабилизируют, т. е. нормализуют, выполняют отжиг, но для подобных операций необходимы большие термические печи. Стабилизирующие действия нуждаются в больших материальных затратах, таких как: приобретение печей, затраты на сырье (природный и другие газы), затраты на охрану труда, обучение и оплату труда рабочих термических цехов. На сегодняшний день известны следующие новейшие технические решения сохранения и улучшения геометрии прецизионных деталей:
- термомеханическая правка, применяемая для заготовок и сварных конструкций;
- отжиг в заневоленном состоянии, используемый для заготовок на промежуточных этапах технологии изготовления и для точностей порядка сотых долей миллиметра.
Альтернативным методом может быть механическая обработка, которая снижает величину и неравномерность напряжений. Однако в большинстве случаев экономически нецелесообразно удалять припуск с отдельных участков деталей, так как после этого неравномерность напряжений может ещё больше возрасти, что приведет к потере точности и браку деталей.
Для сокращения технологического цикла, снижения энергоемкости и более полного использования собственных производственных мощностей предприятий наиболее перспективным, как показано в работах [1, 2], является магнитно-импульсный метод обработки. Он позволяет снизить и выровнять остаточные напряжения, вызывающие коробления деталей. Использование нового метода способствует ускорению подготовки производства, повышению качества, снижению трудоемкости, и тем самым повышается конкурентоспособность продукции.
Наиболее существенным явлением, происходящим при магнитно-импульсной обработки, является фактор перераспределения тепловых потоков, который появляется в зоне резания за счет термомагнитного эффекта Риги-Людека. Также происходит повышение механических свойств материала за счет упорядочения зернистой структуры. После обработки деталей машин в специальном магнитном поле снижаются остаточные термические напряжения, концентрированные внутренние напряжения материала, снижается коэффициент трения-скольжения. Также получен эффект снижения скорости коррозии, частичное или полное устранение налипания при кузнечных и прокатных работах. При воздействии внешнего магнитного поля изменяются спин-характеристики вещества. При этом происходит дробление включений, на концах микротрещин возникают пластические деформации. Происходит активная перекристаллизация.
То есть, неоднородность структуры детали, инструмента или любого материала, приводит к тому, что за счет внешнего магнитного потока в местах локальной неоднородности, например, в участках с повышенной концентрацией внутренних напряжений наводятся вихревые микротоки. Величина и характер взаимодействия микровихрей друг с другом зависит от размера кристаллитов материала. При этом в материале наводится тепловое поле, скорость распространения которого по массе детали зависит от её неоднородности.
При магнитно-импульсной обработки, в области контакта технологически перенапряженных зерен (структурных неоднородностей), а также в участках с повышенной концентрацией внутренних и усталостных напряжений, обусловленных условиями производства или эксплуатации изделия, возникают локальные тепловые микрополя, которые в десятки раз могут увеличивать температуру пограничной зоны перенапряженных кристаллитов. При этом перегретые участки изделия в течении десятых долей секунды переводятся в более устойчивое состояние. Выравнивается тензорный спектр отвода тепла при охлаждении, повышая равномерность охлаждения детали или инструмента, улучшается работа узлов трения. Уменьшается избыточная энергия материала. Снижается рост микротрещин, что также ведет к общему повышению стойкости и надежности материала. То есть, при обработке детали достигается улучшение свойств за счет направленной ориентации свободных электронов вещества внешним магнитным полем [3].
При использовании реологической жидкости и расчетных параметров процесса по разработанному способу [4] энергия импульса может быть снижена до 0,6 кДж, при этом плотность энергии повышена в 4 раза, зазор между индуктором и углублением заполнен реологической жидкостью, а время обработки снизилось до 0,3 минуты. Измерения геометрии детали в течение 90 суток показали погрешность 0,05 мм на 1 м длины, что соответствует требованиям к прецизионным деталям, в частности, станкам. Затраты энергии на процесс снижаются в 2,5–3 раза. Эти показатели показывают высокую эффективность метода и что применение магнитно-импульсной обработки экономически целесообразней термической обработки.
Таким образом, современные методы обработки деталей машин приводит к эффективной работе и точности в технологиях машиностроительных процессах.
Литература:
1. Бондарь A. B. Качество и надежность. М: Машиностроение, 2007. — 308 с.
2. Белый И. В., Фертик С. М., Хименко Л. Т. Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов. — Харьков: Вища школа, 1977. — 320 с.
3. Королев, А. В. Способ изготовления колец подшипников из листового проката [Текст] / А. В. Королев, В. В. Болкунов, А. А. Никифоров // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: сб. науч. тр. / СГТУ. — Саратов, 2005. — С. 59–63.
4. Мухамадиева К. Б. Применение тренажеров в системе дистанционного обучения //Журнал Молодой ученый. № 17, II-часть, 32–33стр.
5. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник /Л. А. Кондаков, А. И. Голубев, В. Б. Овандер и др.; Под общ. Ред. А. И. Голубева. М.: Машиостроение, 1986. — 464 с
