Магнитно-абразивная обработка

Магнитно-абразивная обработка (МАО) является одним из нетрадиционных методов финишной обработки, который был разработан сравнительно недавно и характеризуется эффективностью и экономичностью, а также обеспечивает хорошее качество обработки внутренних и внешних поверхностей тел вращения, а также плоских поверхностей, изготовленных как из металлических так из неметаллических материалов. В качестве режущего инструмента, как правило, используется ферромагнитный абразивный порошок, состоящий из спеченных между собой ферромагнитных и абразивных частиц. Однако в некоторых случаях могут использоваться и однородно смешанные абразивные и ферромагнитные частицы. На рисунке 1 показан процесс МАО в котором обработка осуществляется благодаря воздействию магнитного поля в зазоре между поверхностью заготовки и вращающимся полюсом электромагнита. На том же рисунке укрупненно показана зона обработки, а также показаны силы резания, действующие на обрабатываемую поверхность и направленные на удаление припуска. Действие магнитного поля приводит к возникновению нормальной силы, которая способствует проникновению абразивного порошка вглубь обрабатываемой поверхности, в то время как вращение абразивной щетки (северный полюс, N) приводит к удалению материала в виде стружки.

Зерна магнитно-абразивного порошка взаимодействуют между собой и расположены между полюсами магнита вдоль силовых линий магнитного поля, создавая тем самым гибкую магнитно-абразивную щетку. Магнитное поле удерживает порошок в рабочем зазоре и выступает в роли связки, прижимающей порошок к обрабатываемой детали [1]. Данный способ позволяет обрабатывать также фасонные поверхности. Регулирование давления абразивного порошка в зоне обработки осуществляется изменением силы тока электромагнитных катушек. Поскольку величина силы резания, создаваемая магнитным полем, не велика, но регулируема, становится возможным получение зеркальной поверхности (достижимое значение параметра шероховатости Ra измеряется в нанометрах). При МАО получение зеркальной поверхности и снижение шероховатости осуществляется без изменения точности формы детали. Благодаря своим положительным качествам метод МАО получил широкий спектр применения. Финишная обработка, снятие заусенцев, а также скругление могут быть выполнены одновременно. Метод магнитно-абразивной обработки может быть использован для выполнения операций полирования и удаления оксидных пленок при высокой скорости вращения заготовок. Shinmura и др. [3] применили МАО для обработки внутренних поверхностей вакуумных ламп и колб.

Рисунок 1 - Схема магнитно-абразивной обработки

На рисунке 2 показана обработка магнитно-абразивной струей внутренней поверхности полой цилиндрической заготовки. Согласно этой схеме, рабочая жидкость, смешанная с магнитно-абразивным порошком, перемещается внутри трубки с расположенными на ее наружной части магнитными полюсами [4]. Во время движения абразивной смеси происходит быстрая и качественная обработка внутренней поверхности заготовки.

Рисунок 2 - Схема струйной магнитно-абразивной обработки

На рисунке 3 представлена типичная схема МАО, согласно которой обрабатываемая заготовка расположена между двумя магнитными полюсами. Зазор между заготовкой и полюсами заполнен магнитно-абразивным порошком. Магнитно-абразивные зерна связаны между собой и полюсами магнита и расположены вдоль силовых линий магнитного поля, формируя тем самым гибкую 2 – 2,5 мм длиной абразивную щетку. Данная магнитно-абразивная щетка используется для финишной обработки поверхности заготовки. Магнитное поле удерживает порошок в рабочих зазорах и прижимает его к детали [5]. Заготовка (например керамический ролик подшипника) вращается между полюсами магнитов. Магнитным полюсам сообщается вибрационное осевое движение, благодаря чему темп полирования увеличивается и качество обрабатываемой поверхности повышается.

Эффективность обработки, интенсивность удаления припуска, а также качество обрабатываемой поверхности зависят от окружной скорости вращения заготовки, плотности магнитного потока, размера рабочего зазора, материала заготовки, типа и зернистости магнитно-абразивного порошка. Регулированием силы тока, поступающего на электромагнитные катушки, можно изменять давление магнитно-абразивного порошка на обрабатываемую поверхность.

Рисунок 3 - Схема магнитно-абразивной обработки наружных поверхностей вращения

Как уже отмечалось выше, благодаря небольшой величине магнитных сил, действующих на заготовку, становится реальным получение значения параметра шероховатости Ra порядка нескольких нанометров. Согласно результатам, описанным в [6], при магнитно-абразивной обработке роликов из нержавеющей стали, было получено значение шероховатости Ra 7,6 нм за 30 секунд обработки, при ее исходном значении – Ra 0,22 мкм.