1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
В настоящее время в машиностроительных изделиях удельный вес деталей, изготовленных из композиционных, пластиковых, пластмассовых, резиновых материалов постоянно увеличивается. Такие изделия эффективно формируются на термопласт-автоматах. Основным видом технологической оснастки термопласт-автомата является пресс-форма. Пресс-формы преимущественно изготавливают из алюминиевых сплавов. Качество поверхностей изделий определяется шероховатостью формообразующей поверхности пресс-формы. Шероховатость поверхности обеспечивают фрезерованием концевой фрезой и последующим ручным полированием. Ручное полирование не обеспечивает стабильные показатели качества поверхности, требует высокой квалификации рабочего и имеет низкую производительность.
Автоматизация финишных операций является актуальной технологической проблемой. Выполнение финишных операций на станках с ЧПУ позволяет обеспечивать стабильное качество обрабатываемых поверхностей, повышает производительность и снижает себестоимость готового изделия. Одним из наиболее эффективных способов финишной обработки сложно-профильных поверхностей является процесс магнитно-абразивной обработки. Магнитное поле, действующее на зерна, удерживает их в рабочем зазоре, тем самым обеспечивая их эластичную связку, позволяя копировать контур обрабатываемого изделия.
Съем металла и формирование шероховатости при магнитно-абразивной обработке (МАО) определяется массовым взаимодействием абразивных зерен с материалом заготовки. Зерна имеют случайные геометрические характеристики, случайно расположены на поверхности инструмента и внедряются в обрабатываемый материал на глубину, также имеющую случайные составляющие. Зерно воздействует на поверхность заготовки лишь несколькими гранями, поэтому для расчета шероховатости после магнитно-абразивной обработки требуется знать геометрические параметры данных вершин.
2 Материалы и методы
В работе применялись теоретические исследования на базе научных основ технологии машиностроения, теории резания, системного анализа, сопротивления материалов, теории пластичности и упругости. Подтверждение теоретических положений обеспечивалось экспериментальными методами лабораторных исследований с обработкой экспериментальных данных. Применялись физические методы анализа качества микрорельефа. Результаты экспериментов обрабатывались с помощью методов математической статистики.
3 Результаты исследований
Для математического моделирования глубины резания магнитно-абразивного зерна необходимо знать размер его внедряемого элемента. Магнитно-абразивное зерно имеет сложную форму (рис. 1) с различными режущими кромками. При прохождении в рабочем зазоре зерно контактирует несколькими гранями, тем самым оно погружается в материал не полностью, а на часть глубины данных режущих кромок (рис. 2). Каждая режущая кромка имеет свой радиус округления (чуть больше написать почему не острая грань, а радиус скругления), для определения данных радиусов нами был проведен эксперимент.
А, В – размеры зерна, r – радиус округления вершины зерна, e – угол при вершине зерна
Рисунок 1 – Магнитно-абразивные зерна
А – абразивное зерно; ВС – линия среза; Н – глубина резания;
V – скорость резания; Z – заготовка
Рисунок 2 – Стохастический характер магнитно-абразивной обработки
При измерении радиусов возможно использование любого материала, обеспечивающего копирование профиля вершин. Было принято решение заменить дюралюминий на органическое стекло, т.к. магнитная проницаемость материалов практически одинаковая и на стекле остаются достаточно глубокие риски, после магнитно-абразивной обработки.
Для получения профилей режущих вершин анализировали профили царапин, нанесенных зернами инструмента на поверхности полированного органического стекла. Для этого пластина органического стекла прижималась к индуктору с зернами с усилием 1000 Н. Затем производилось перемещение пластины относительно неподвижного инструмента. На рисунке 3 приведена фотография установки для получения рисок, а на рисунке 4 – фотография образцов с рисками.
