Турбоабразивная обработка поверхностей деталей
В последние годы разработан новый метод отделочной обработки сложнопрофильных поверхностей деталей в потоке шлифовального материала, приведенного сжатым воздухом в псевдоожиженное состояние.
а) б)
Рисунок 17.5 – Схемы турбоабразивной обработки
а) одностороннее вращение детали; б) реверсивное вращение детали
В шлифовальный материал 1(рисунок 17.5), приведенный в псевдоожиженное состояние, погружают деталь 2, установленную на шпинделе 3. Для ожижения шлифовального материала используется керамическая решетка 5, через которую подают сжатый воздух. Для обработки используется шлифзерно от 16 до 40 или их смеси. Детали сообщают вращение со скоростью 15..20 м/с.
Турбоабразивная обработка позволяет удалять заусенцы, снимать окалину после термообработки, скруглять острые кромки, подготавливать поверхности детали под гальванопокрытие.
Обработка может производиться при горизонтальном расположении шпинделя и одностороннем вращении детали (рисунок 17.5,а), или при вертикальном положении шпинделя и реверсивном вращении детали (рисунок 17.5,б).
Кипящий слой создается следующим образом. В емкость 4, дном которой служит газораспределительная решетка 5, насыпают слой шлифовального зерна, затем через распределительную решетку подают снизу вверх поток воздуха (см. рисунок 17.5). Происходит уравновешивание твердых абразивных частиц аэродинамическим давлением, при этом слой приобретает свойства жидкости, становится вязким и текучим.
Процесс обработки происходит за счет контактного взаимодействия абразивных частиц с поверхностью металла.
Качество и производительность обработки зависит от размера абразивного зерна, скорости воздушного потока, скорости перемещения детали, времени обработки. Основным параметром, определяющим величину съема металла, является скорость движения обрабатываемой детали, которая достигает 10 – 30 м/ с. Время обработки составляет 1…5 мин. Поверхность, обработанная турбоабразивным способом, имеет кратерообразный рельеф, состоящий из большого числа микроцарапин.
Обработка в слое псевдоожиженного абразива обеспечивает получение поверхностей с шероховатостью до Ra=1,25 … 1,16 мкм.
Способ может успешно применяться при финишной обработке нежестких, легкодеформируемых деталей. Однако интенсивность съема металла невелика вследствие малой величины контактного давления. Ограничена также возможность увеличения скорости относительного перемещения детали и абразива. При увеличении скорости перемещения детали свыше 20 м/с происходит образование у поверхности детали пограничного воздушного слоя, препятствующего соударению абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью. Поэтому этот способ отделочной обработки получил ограниченное применение при высоких требованиях к качеству поверхности, особенно закаленных деталей.
Магнитно- абразивная обработка поверхностей деталей
Обработку производят ферромагнитными абразивными порошками 1, называемыми керметами (рисунок 17.6), представляющими собой продукты спекания порошка железа и абразива, которые под действием магнитного силового поля ориентируются и прижимаются острыми гранями к обрабатываемой поверхности детали 2. При относительном перемещении частиц ориентированного ферромагнитного порошка и детали происходит обработка. Обрабатываемой детали обычно сообщают два движения – вращение вокруг собственной оси и осциллирующее движение вдоль оси.
Рисунок 17.6 – Принципиальная схема магнитно-абразивной обработки деталей
Ферромагнитный порошок, уплотняемый силами магнитного поля, создаваемого электромагнитом 3, является своеобразным эластичным режущим инструментом, имеющим большое количество режущих кромок, ориентированных в магнитном поле. Магнитное поле выполняет роль связки, формирующей из отдельных частиц порошка эластичный инструмент, и обеспечивает контактное давление частиц кермета на обрабатываемую поверхность, необходимое для микрорезания. Так, при магнитной индукции в зазоре между полюсами индуктора постоянного тока 0,5..1,8Т (Т- тесла), контактное давление уплотненного кермета на деталь составляет 0,8..1 МПа]. При обработке используют частицы кермета размерами 0,1..0,3 мм (при величине частиц абразивной фракции 30..50 мкм). При исходной шероховатости поверхности Ra=0,25..0,63 мкм за один переход может быть достигнута поверхность с параметрами шероховатостиRa=0,16..0,04 мкм. Магнитно-абразивная обработка является финишным процессом и предназначена для снятия тонких (5..30 мкм) слоев металла и улучшения качественных характеристик обработанных поверхностей, в том числе упрочнения тонкого поверхностного слоя.
Наиболее широкое применение этот способ получил при чистовой обработке плоских поверхностей, наружных и внутренних поверхностей вращения простой и фасонной формы.
Установлено, что значительное влияние на интенсивность съема металла и качество обработанных поверхностей деталей оказывают форма и радиус Rппрофиля рабочей поверхности полюсных наконечников. Применяют различные формы рабочих зазоров (рисунок 17.7). При использовании прямоугольного зазора (см. рисунок 17.7, а) зерна кермета легко выбрасываются из зазора и результаты обработки нестабильны. При эквидистантном зазоре (см. рисунок 17.7, б) достигаются достаточно высокие производительность съема металла и качество поверхности.
Рисунок 17.7 – Форма конусных наконечников при обработке
Наиболее эффективна серповидная форма зазора, при которой ширина зазора в центре полюсного наконечника больше, чем в зонах концентрации магнитного потока (см. рисунок 17.7, в). При этой форме зазора создаются благоприятные условия для удержания зерен кермета и повышения производительности обработки. Однако серповидная форма зазора значительно значительно более трудоемка в изготовлении по сравнению с первыми двумя формами.
Следует отметить недостатки, которые ограничивают применение этого метода в промышленности:
глубина фасонного профиля обрабатываемой поверхности не должна
превышать 4..5 мм, а величина биения - 0,03..0,05 мм, так как происходит искажение формы профиля детали;
для создания рабочего контактного давления уплотненных частиц на поверхность детали необходимы сложные магнитные системы;
требуется применение специальных ферроабразивных материалов (керметов).