Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния проблемы полирования деталей машин, содержащих сложные поверхности 10
1.1. Анализ методов полирования сложнопрофильных поверхностей 10
1.1.1. Характер и методы описания сложных поверхностей 12
1.1.2. Схемы и общая характеристика финишных методов обработки 18
1.2. Электрофизические явления процесса электролитно-плазменной обработки 24
1.3. Анализ параметров качества, получаемых при обработке различными финишными методами 34
1.4. Анализ методов оптимизации параметров финишной обработки 44
1.5. Выводы по главе 48
2. Методика исследования ЭПП сложнопрофильных поверхностей 51
2.1. Установка для электролитно-плазменного полирования 51
2.2. Методика планирования полнофакторного эксперимента 53
2.3. Методика исследования параметров качества поверхности 56
2.3.1. Методика исследования шероховатости обработанной поверхности 56
2.3.2. Исследование микроструктуры поверхностного слоя 59
2.3.3. Методика исследования микротвердости 61
2.3.4. Методика исследования остаточных напряжений 62
2.4. Методика спектрально-оптического исследования рабочей зоны ЭПП 65
2.5. Выводы по главе 67
3. Исследование физико-химического механизма процесса ЭПП 68
3.1. Спектрографическое исследование состава газовой анодной оболочки 68
3.2. Калориметрирование тепловых потоков при ЭПП
3.3. Расчет теплового баланса процесса ЭПП 74
3.4. Конечно-элементная модель распределения теплового поля при разрядном воздействии в обрабатываемой поверхности 76
3.5. Исследование поляризационных кривых ЭПП легированных сталей 81
3.6. Выводы по главе 83
4. Исследование параметров качества сложнопрофильных поверхностей после ЭПП 85
4.1. Исследование зависимости среднеарифметического отклонения профиля шероховатости обработанной поверхности (Ra)
от параметров процесса 85
4.2 Исследование влияния ЭПП на уровень остаточных напряжений 92
4.3. Исследование структуры и микротвердости, обработанной ЭПП поверхности 97
4.4. Исследование возможностей электролитно-плазменного полирования сравнительно с электрохимическим полированием 101
4.5. Выводы по главе 106
5. Реализация результатов исследования параметров электролитно плазменного полирования легированных сталей 108
5.1 Определение оптимальных технологических режимов электролитно-плазменного полирования 108
5.2 Расчет программы оптимизации параметров электролитно-плазменного полирования и рекомендации по режимам обработки легированных сталей 113
5.3 Сравнительное исследование ЭПП плоских и сложнопрофильных поверхностей и особенности полирования неплоских поверхностей 119
5.4 Результаты производственных испытаний обработки легированных сталей 125
5.5 Основные положения техники безопасности при работе на экспериментальной установке ЭПП 129
5.6 Выводы по главе 134
Заключение и общие выводы 136
Список литературы 140
- Электрофизические явления процесса электролитно-плазменной обработки
- Методика спектрально-оптического исследования рабочей зоны ЭПП
- Расчет теплового баланса процесса ЭПП
- Исследование возможностей электролитно-плазменного полирования сравнительно с электрохимическим полированием
Введение к работе
Актуальность. Обеспечение эффективности изготовления
конкурентоспособной по основным показателям надежности и долговечности продукции в настоящее время может быть получено за счет постоянного совершенствования технологии обработки заготовок, в том числе технологии финишной обработки. Для получения требуемого качества поверхностного слоя деталей, имеющих наружные сложнопрофильные поверхности, существует целый ряд различных методов обработки, в том числе электрохимическое, химическое, механическое полирования, однако, получить заданную шероховатость поверхности трудоемко, дорогостояще, а зачастую затруднительно, особенно используя экологически чистые методы обработки материалов. В этом отношении электролитно-плазменное полирование (ЭПП) является высокоэффективным процессом обработки изделий из токопроводящих материалов в нетоксичных средах, имеющий более высокие экологические и экономические показатели. Наиболее близким, по получаемым параметрам качества обрабатываемой поверхности и технологическому оснащению, к ЭПП является электрохимическое полирование, но в отличие от него, в электролитно-плазменной технологии используются экологически безопасные водные солевые растворы, которые в несколько раз дешевле токсичных кислотных компонентов. Однако, отсутствие в литературе зависимостей изменения качества обрабатываемой поверхности от параметров процесса ЭПП, моделей распределения температуры в поверхностных слоях заготовки и диапазона рациональных режимов обработки легированных сталей затрудняет разработку технологических процессов с применением метода ЭПП и установлении режимов работы оборудования.
Цель и задачи работы. Целью работы является повышение производительности полирования сложнопрофильных поверхностей заготовок, обеспечивающие требуемое качество поверхностного слоя методом электролитно-плазменного полирования за счет установления взаимосвязей параметров процесса.
Поставленная цель может быть достигнута посредством решения следующих основных задач:
-
Определить состав газовой анодной оболочки, образующейся при ЭПП вокруг обрабатываемой поверхности, позволяющий оценить физическую модель съема материала с анода-заготовки.
-
Разработать математическую модель влияния разрядного источника тепла на изменения в поверхностном слое металла заготовки с учетом зависимостей параметров процесса.
-
Создать целенаправленное формирование параметров качества (уровня шероховатости, структуры, микротвердости, остаточных напряжений) поверхностного слоя сложнопрофилыюй детали, обрабатываемой методом электролитно-плазменного полирования при рациональных режимах процесса.
-
Установить закономерности взаимосвязей параметров ЭПП с производительностью обработки сложнопрофильных поверхностей при условии получения требуемого качества обрабатываемой поверхности.
-
Разработать на основании полученных взаимосвязей параметров ЭПП оптимизационную модель управляющих параметров процесса, выявляющую рациональные режимы и определяющую заданную шероховатость поверхности. Проведение проверочных промышленных испытаний ЭПП деталей с наружными сложными поверхностями.
Методологическая основа исследований. Теоретические и экспериментальные исследования ЭПП базировались на научных положениях теории теплофизики для твердых, жидких и газообразных сред, с использованием математического аппарата, современной вычислительной, измерительной, регистрирующей и анализирующей аппаратуры и оригинальных методик, в том числе по спектральному анализу ГАО и калориметрированию тепловых потоков при ЭПП. Исследование параметров шероховатости проводились с помощью профилометра MarSurf PS1 (Германия); измерение остаточных напряжений в поверхностных слоях заготовок - методом неразрушающего контроля на аппаратуре СИТОН-ТЕСТ (Россия); для исследования поверхностных слоев в работе использован металлографический комплекс Axio Observer Zlm (Германия); микротвердость в локальных объемах поверхностного слоя измеряли по ГОСТ 9450-76 на микротвердомере MicroMet 5103 (Германия); изучение молекулярного (ионного) состава газовой анодной оболочки проводилось на спектрографе ФЭУ-14. Эксперименты проводились по многофакторным планам, а полученные результаты обрабатывались вероятностно-статистическими методами с использованием программы MathCAD 14. Математическое моделирование проводилось на базе программного пакета для конечно-элементного моделирования ANSYS 11, а также оригинальной программы, написанной на языке программирования Visual Basic, реализующей оптимизационную модель ЭПП. Теоретические положения работы подтверждены достоверными данными, полученными в лабораторных условиях.
Новые научные результаты. К основным научным результатам, полученным впервые и защищаемых автором, относятся:
-
Установлен состав газовой анодной оболочки (ГАО), образующейся вокруг обрабатываемой поверхности.
-
Разработана математическая модель распределения температурного поля в поверхностных слоях металла обрабатываемой детали при разрядом воздействии ГАО, прогнозирующая наличие двух подвижных фаз с температурами выше температуры кипения и плавления, а также фазы твердого тела с наличием отпущенного слоя материала, что подтверждается проведенным исследованием топографии обработанной ЭПП поверхности, выявившим наличие лунок диаметром порядка 0,6-0,8 мкм.
-
Выявлена квадратичная закономерность влияния таких параметров ЭПП как величина рабочего напряжения, концентрация
электролита и время обработки на уровень шероховатости обрабатываемой поверхности, одновременно процесс ЭПП не влияет на структуру полируемой поверхности. Влияние на уровни микротвердости и остаточных напряжений составляет не более 10%.
-
Установлены линейные закономерности взаимосвязи величины рабочего напряжения, концентрации электролита и времени обработки с производительностью полирования сложнопрофильных поверхностей. Получено повышение производительности в 2 раза.
-
Проведена оптимизация процесса ЭПП по себестоимости и производительности обработки, определен диапазон рациональных режимов обработки легированных сталей.
Основные положения, выносимые на защиту:
- конечно-элементная модель распределения температурного поля в
поверхностных слоях металла обрабатываемой детали;
- эмпирическая модель целенаправленного снижения уровня
шероховатости и формирования качества поверхностного слоя
обрабатываемой детали с учетом параметров процесса полирования;
- модель оптимизации процесса ЭПП и алгоритм выбора рациональных
режимов полирования легированных сталей, основанные на предлагаемых
экспериментальных зависимостях;
- полученные результаты теоретических и экспериментальных
исследований на основе предложенных моделей и испытаний в
производственных условиях.
Практическая ценность. Разработанный процесс электролитно-плазменного полирования сложных поверхностей деталей из легированных сталей типа «Турбинная лопатка», «Лопасть», «Лопатка водомета» позволяет обеспечить высокую производительность финишной обработки поверхностного слоя и повысить производительность в 2 раза по сравнению с методом электрохимического полирования.
Построенная оптимизационная модель процесса ЭПП выявила диапазоны рациональных режимов обработки деталей из легированных сталей. Выполненные производственные испытания подтвердили результаты проведенных исследований.
Использование метода электролитно-плазменного полирования расширяет возможности финишной обработки сложнопрофильных деталей, т.к. позволяет, сохраняя качество поверхности, обрабатывать сложные поверхности деталей из легированных сталей, за существенно меньшее время обработки.
Материалы диссертации внедрены в учебный процесс и использованы при подготовке профилирующих дисциплин на ММФ ГОУ ВПО «СПбГПУ».
Личный вклад автора состоит в совместных с научным руководителем постановке задач диссертации, а также проведении научных экспериментов, обработке полученных результатов, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, написании статей по теме и самой диссертационной работы.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждались в период с 2004-2009 гг. на ряде научно-технических конференций: XXXIII Неделя науки СПбГПУ. Межвузовская научно-техническая конференция (Санкт-Петербург, 2004); XXXV Неделя Науки СПбГПУ: Всероссийская межвузовская научно-технической конференция студентов и аспирантов (Санкт-Петербург, 2005-2008); XXXV11I международная научно-практическая конференция «Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, 2009); докладывались на расширенных заседаниях кафедры «Технология конструкционЕіьіх материалов и материаловедения» ММФ СПбГПУ (Санкт-Петербург, 2005-2010)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1], [5], [6] - обоснование целесообразности использования предложенного метода для обработки сложных поверхностей деталей из легированных сталей; [2] -математическая модель влияния теплового источника на обрабатываемую поверхность; [3], [4], [8], [9] - анализ и установление связей технологических режимов с параметрами качества обработанной поверхности; [7] -обоснование структуры оборудования; [10] - разработка модели оптимизации и выявления рациональных режимов обработки деталей из легированных сталей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии из 97 наименований и содержит 148 машинописных страниц основного текста, 82 рисунка, 21 таблицу и 9 приложений, которые подтверждают работоспособность разработанных моделей и эффективность предложенных решений.
Электрофизические явления процесса электролитно-плазменной обработки
На основании анализа проведенных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Уровень получаемой шероховатости в значительной степени зависит от таких параметров процесса ЭПП как: величина рабочего напряжения, концентрация электролита, время обработки. Получена эмпирическая зависимость значения величины среднеарифметического отклонения профиля шероховатости поверхности (Ra) для данных параметров процесса ЭПП. Анализируя полученную формулу можно сказать, что значение параметра шероховатости Ra в равной мере зависит от величины рабочего напряжения и концентрации электролита (значения коэффициентов при квадратах данных величин соизмеримыми), в отличии от времени обработки, от которого, параметр Ra зависит линейно. Минимальный уровень параметра Ra (Ra=0,2 мкм) получен при следующем значении параметров ЭПП: рабочее напряжение — 300-310 В, концентрация электролита - 0,2-0,3 моль/л, время обработки - 5-7 мин.
2. Структура поверхности при обработке стали 30ХГСА в водном растворе хлористого аммония и стали 12Х18Н10Т в водном растворе сернокислого натрия температурой 95С не претерпела изменений после ЭПП, а значит, процесс ЭПП не влияет на структуру обрабатываемой поверхности. Микротвердость обработанной поверхности изменяется в процессе ЭПП в пределах 10%, что связано с температурным влиянием разрядов на обрабатываемую поверхность и наличием отпущенного слоя металла - начальный уровень на 50 мкм составляет 230 единиц, на 2000 мкм - 206 единиц. Полученный уровень микротвердости для оптимального режима обработки (U=300B, п=0,2 молъ/л, т=5 мин) на 50 мкм составляет 200 единиц, на 2000 мкм - 220 единиц твердости.
3. Уровень остаточных напряжений (сжатия) после ЭПП изменяется в пределах 10% (порядка 10-15 МПа) по сравнению с исходным значением (-86 МПа), поскольку происходит снятие пластически деформированного в процессе резания металла. Однако, данное изменение не является определяющим в формировании эксплуатационных характеристик обрабатываемой поверхности.
4. Сравнительное исследование методов ЭХП и ЭПП показало, что при небольшом времени обработки (до 10 мин) процесс ЭПП является производительнее процесса ЭХП, поскольку за одинаковое время обработки (9 мин.) при использовании ЭПП достигается более низкий уровень шероховатости, разность между начальным уровнем параметра Ra и полученным для ЭХП составляет 0,76 мкм, а для ЭПП —1,17 мкм. Скорость съема (мкм/мин) при ЭПП в 1,7 раза больше, чем при ЭХП, величина съема металла по массе (оценка производится для наименьшей величины) больше при ЭПП (составляет 0,068 г/мин) в 2 раза по сравнению с ЭХП (составляет 0,038 г/мин).
5. Реализация результатов исследования параметров электролитно-плазменного полирования легированных сталей.
Сложные поверхности могут быть получены различными методами. В зависимости от объемов производства, конструктором могут быть выбраны те или иные методы, обеспечивающие минимальную себестоимость при требуемых эксплуатационных характеристиках. При определённом сочетании параметров процесса ЭПП, может быть достигнута шероховатость порядка 0,1 мкм в сочетании с благоприятным напряжённо-деформированном состоянием поверхностных слоев (рис. 5.1).
Поэтому было принято, что при проектировании деталей со сложными поверхностями целесообразно определение возможностей их обработки ЭПП при достижимых параметрах качества поверхности. При этом целевой функцией может являться себестоимость обработки, как главный критерий, определяющий экономическую целесообразность применения выбранного технологического метода.
На этапе проектирования изделия со сложными поверхностями и при разработке технологии изготовления могут решаться различные задачи, отличающиеся начальными условиями и определяемыми параметрами:
1. На этапе конструирования выбирается материал изделия и требуемая шероховатость поверхности. Необходимо знать, можно ли получить требуемую величину шероховатости предлагаемым технологическим способом, какова принципиально достижимая минимальная шероховатость в сочетании с отсутствием на поверхности микродефектов и при благоприятном напряжённо-деформированным состоянии обработанной поверхности. Решая такую задачу, конструктор может подобрать материал и его свойства, позволяющие обеспечить высокое качество поверхности при низких затратах.
2. На этапе создания технологии изготовления детали, по заданному обрабатываемому материалу и его свойствам, заданной шероховатости требуется определить оптимальные режимы обработки.
Методика спектрально-оптического исследования рабочей зоны ЭПП
Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него тока при значениях 0,6-1,5 мА при-переменном.токе с частотой 50Гщи 5-7 мА при постоянном токе - эти токи называют пороговыми- ощутимыми токами. Большие токи вызывают судороги мышц- и неприятные болезненные ощущения, которые с увеличением усиливаются и распространяются- на все большие участки тела. Так, при 3-5 мА-и 50 Гц раздражающее действие тока ощущается всей кистью, при увеличении тока боль, резко усиливается и охватывает всю руку, сопровождаясь непроизвольными сокращениями мышц кисти и предплечья, появляются судороги мышц рук, человек не в состоянии их преодолеть, в результате он не может разжать руку, в которой зажата токоведущая часть, не может отбросить от себя провод, не. может самостоятельно нарушить, контакт с токоведущей частью. Эти токи называются неотпуекающими, а наименьший из них 10-15 мА при частоте 50 Гц и 50-80 мА при постоянном токе - пороговыми неотпускающими токами.
Ток в 25-50 мА при частоте 50Гц воздействует на мышцы не только рук, но и туловища, в том числе и на мышцы грудной, клетки, в результате чего дыхание сильно затрудняется. Длительное воздействие этого тока может привести к остановке дыхания, после чего наступает смерть от удушья.
Переменный ток от 100 мА до 5 А при частоте 50Гц и постоянный отЗОО мА до 5 А действуют непосредственно на мышцу сердца; что весьма опасно для жизни, поскольку может наступить фибрилляция — хаотическое сокращение сердечных мышц с последующей остановкой сердца. Эти токи называются фибрилляционными, а наименьший из них - пороговым фибрилляционным током. Значения этого тока зависят от массы тела, длительности воздействия и подвержены статистическим колебаниям.
Основные технические способы защиты человека от воздействия тока: защитное заземление, зануление, защитное отключение.
Защитным заземлением электроустановки называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.
Защитное действие заземления основано на снижении напряжения прикосновения при переходе напряжения на хоковедущие части, что достигается уменьшением разности потенциалов между корпусом электроустановки и землей за счет как малого сопротивления заземления, так и повышения потенциала примыкающей к оборудованию поверхности земли.
Различают выносное (до 1000 В) и контурное (свыше 1000 В) заземления.
Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя (металлических проводников, контактирующих с грунтом) и заземляющих проводников, соединяющих заземляющие части электроустановки с заземлителем. Заземлители бывают естественные и искусственные.
К естественным относятся различные металлоконструкции, имеющие хороший контакт с грунтом: арматура железобетонных конструкций, трубопроводы, обсадные трубы и др.
Искусственные заземлители чаще всего выполняют в виде вертикальных электродов, связанных горизонтальными электродами из полосовой стали.
Зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических токоведуших частей, которые могут оказаться под напряжением. Зануление применяется в четырехпроводных сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1ОО0 В. Нулевой провод в схеме зануления служит для создания замыкания: фазы на корпус цепи с малым сопротивлением тока, который благодаря этому резко увеличивается до требуемого значения и вызовет срабатывание защиты. В соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 защитное заземление или зануление электроустановок следует выполнять: при номинальном напряжении 380«В и выше переменного тока, а также 440 В и выше постоянного тока - во всех случаях; при номинальном напряжении от 42 до 380 В переменного тока и от 11 до 440 В постоянного тока - при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных.
В сетях с заземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов, с учетом естественных заземлителей и повторных заземлителей нулевого провода, должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при междуфазных напряжениях 660, 380 и 220 В трехфазного источника питания или 380, 220 и 127 В однофазного источника питания. В сетях с изолированной нейтралью до 1000 В сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом.
Защитное отключение - быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении опасности поражения током. Такая опасность может возникнуть, в частности, при замыкании фазы на корпус электрооборудования; при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела; при появлении в сети более высокого напряжения; при прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением.
Любой из этих параметров, а точнее изменение его до определенного предела, при котором возникает опасность поражения человека электрическим током, может служить импульсом, вызывающим срабатывание защитно-отключающего устройства, то есть автоматическое отключение опасного участка цепи.
При замыкании фазного провода на заземленный или зануленный корпус в начале проявляется защитное свойство заземления (зануления), в результате чего напряжение корпуса будет ограничено некоторым пределом. Затем, если значение напряжения окажется выше заранее установленного предельного допустимого напряжения равного 36 В, срабатывает защитно-отключающее устройство, то есть реле максимального напряжения, замкнув контакты, подает питание на отключающую катушку, которое вызовет отключение электроустановки от сети. Применение этого типа устройств с защитным отключением ограничивается электроустановками до 1000 В с индивидуальными заземлениями [97].
Расчет теплового баланса процесса ЭПП
Образование на металле оксидных пленок при анодной обработке имеет место в ряде процессов промышленного электролиза. Однако процесс анодирования не приводит к повышению блеска поверхности металла. Хотя оксидные пленки, возникающие при анодировании и полировании, имеют общую природу, они существенно отличаются по своим характеристикам. , Результат анодной обработки металла, протекающей- в условиях возможного образования оксидной пленки, зависит от соотношения скоростей формирования пленки-и ее растворения-в электролите. Преобладание первой из них приводит к оксидированию, второй — к травлению металла. Наибольший блеск поверхности достигается при минимальной толщине оксидной пленки, которая должна- быть достаточной, чтобы» предотвратить травящее действие электролита на металл. Сглаживание шероховатости поверхности определяется, в основном, количеством электричества, пропущенного через электролит и следовательно, количественными изменениями в прианодном слое [8]. Добавление в электролит хромового ангидрида заметно изменяет ход процесса — эффект полирования достигается в широком диапазоне плотностей тока. Критические значения потенциалов, соответствующих изменению хода, поляризационной кривой и, следовательно, началу нового анодного процесса, определяются составом электролита [9].
Применяя электрохимическое полирование для чистовой обработки деталей, можно уменьшить шероховатость поверхности. При этом, следует учитывать, что на деталях не должно быть глубоких рисок, забоин, раковин, так как они не устраняются при анодной1 обработке [10].
Химическое полирование менее трудоемко, чем электрохимическое или механическое, оно не связано с затратой электроэнергии. К его недостаткам относятся малый срок службы растворов, трудность, а иногда и невозможность их корректирования. Блеск поверхности металла получается меньше, чем при электрохимическом полировании. Химическому полированию целесообразно подвергать медные, латунные и алюминиевые детали небольших размеров, не требующие получения интенсивного блеска поверхности.
Хотя химическое полирование выполняется без применения внешнего источника тока, оно имеет много общего с электрохимическим полированием. При химическом полировании воздействие раствора на металлі сочетается с действием гальванических пар на его поверхности, что приводит к возникновению пассивирующей окисной пленки. Толщина этой пленки меньше, чем при электрохимическом полировании, что, по-видимому, и объясняет меньшую эффективность сглаживания и повышения блеска поверхности металла. Схема химического полирования представлена на рис 1.9. 1 - банна с электролитом. 2 - заготовка К комбинированным методам в Рис 1.9 Схема химического первую очередь относятся магнитно-полирования абразивное полирование (МАП) и электролитно-плазменное полирование (ЭПП), которое подробнее будет рассмотрено в следующем разделе.
Понятие «магнитно-абразивная обработка» объединяет большую совокупность способов абразивного резания, использующих магнитное поле непосредственно в зоне обработки. С помощью магнитно-абразивной обработки можно механизировать такие операции, как удаление заусенцев и округление острых кромок, удаление окалины и тонких оксидных пленок, получение на поверхностях рельефных изображений, измельчение материалов, сверление хрупких материалов, упрочнение металлорежущих инструментов, полирование разных по форме поверхностей на деталях из материалов любой вязкости.
Схемы магнитно-абразивного полирования классифицируются по трем основным признакам [И]: 1. функциональному назначению магнитного поля, 2. технологическому признаку — форме обрабатываемых поверхностей, 3. типу используемого индуктора, При- анализе известных схем МАП, в которых используются электромагнитные индукторы, прослеживаются две их разновидности. В одних схемах оба полюса электромагнита участвуют в образовании рабочих зазоров. Такие схемы называются биполярными. Здесь замыкание магнитного потока осуществляется через магнитопровод, рабочие зазоры и заготовку. Благодаря малому магнитному сопротивлению магнитопровода МДС намагничивающей катушки используется максимально. При этом в рабочих зазорах удается создать высокие значения магнитной индукции, а размеры намагничивающей катушки и потребляемая мощность электроэнергии сравнительно невелики [12]. При использовании других схем (униполярных) в создании рабочего зазора участвует только один полюс. Использование постоянных магнитов для создания магнитного поля в рабочих зазорах позволяет отказаться от электрических схем питания индукторов, уменьшить вероятность остановок процесса полирования в связи с выходом из строя электрических аппаратов или электрического пробоя намагничивающих катушек. Отпадает необходимость в тщательной герметизации индуктора от попадания внутрь СОЖ. Из-за отсутствия намагничивающих катушек резко уменьшаются габаритные размеры и масса индуктора, что влечет за собой много конструктивных преимуществ. [11]. При полировании фасонных поверхностей форму полюсов нужно выполнить также фасонной. Наибольшую магнитную индукцию на полюсах магнитопроводов мы получим в том случае, если магнит является точной копией формы магнитопроводов и заполняет все пространство между ними.
Магнитно-абразивное полирование применяется на финишных технологических операциях и потому получаемые характеристики микропрофиля поверхности и приповерхностного слоя имеют важное значение для эксплуатационных свойств, обработанных деталей.
Первая стадия полирования характеризуется резким уменьшением высоты неровностей, затем этот процесс замедляется и шероховатость стабилизируется на некотором уровне. Этот уровень удобно назвать «собственной» шероховатостью, поскольку шероховатость, получаемая на более ранних стадиях, является совокупностью как собственных следов воздействия зерен магнитно-абразивного порошка, так и не полностью удаленных следов предшествующей обработки. При этом неудаленными остаются наиболее глубокие исходные неровности. На общем фоне хорошо отполированной поверхности такие невыведенные риски резко выделяются и портят внешний вид [11].
Исследование возможностей электролитно-плазменного полирования сравнительно с электрохимическим полированием
Остаточными называются такие внутренние напряжения, которые сохраняются в материале после снятия внешней, нагрузки, под действием которой эти напряжения возникли. Основной причиной возникновения остаточных напряжений в поверхностных слоях механически обработанных деталей является неоднородная пластическая деформация- поверхностного слоя, вызванная силовым воздействием инструмента и локальным неравномерным нагревом тонких поверхностных слоев под действием теплоты в зоне резания. В зависимости от преобладающего того или иного фактора у поверхности возникают растягивающие или сжимающие напряжения. Процесс образования остаточных напряжений от теплового воздействия таков: при резком нагреве, горячие поверхностные слои стремятся удлиниться, но этому сопротивляются холодные внутренние слои, что вызывает в поверхностном слое напряжения сжатия. Если эти напряжения превзойдут предел текучести, то поверхностные слои окажутся пластически сжатыми, а внутренние холодные слои — растянутыми. При охлаждении сжатые слои будут стремиться сократиться, но не до первоначального уровня, а больше на величину их пластического сжатия. Сокращению этих слоев-препятствуют внутренние слои, в результате чего в верхних слоях возникают напряжения растяжения, а во внутренних слоях — напряжения сжатия [88].
Экспериментальными исследованиями показано, что технологические остаточные напряжения оказывают влияние на многие эксплуатационные свойства деталей машин и конструкции [89]. Величина, знак остаточных напряжений на поверхности и характер распределения эпюры по глубине существенно влияют на усталостную и коррозионно-усталостную прочность, как при малоцикловом, так и при-многоцикловом нагружении, на ударно-циклическую прочность и коррозионную стойкость. При наличии в поверхностном слое напряжений растяжения происходит интенсивное растрескивание элементов конструкций, работающих в коррозионной среде, даже если отсутствуют внешние нагрузки.
Определение остаточных напряжений производилось на аппаратуре СИТОН-ТЕСТ неразрушающим, резистивным электроконтактным методом (калибровка остаточных напряжений в поверхностном слое металлов и сплавов производится с использованием классического разрушающего метода Н.Н.Давиденкова - И.А.Биргера).
Метод неразрушающего контроля остаточных напряжений основан на корреляции между электрическими и механическими характеристиками металлов и сплавов - удельной электрической проводимости у металла и деформирующей способностью остаточных напряжений. При отсутствии механических напряжений металл имеет номинальное значение периода решетки d0 и соответствующее номинальное значение удельной электрической проводимости у0. Под действием механических напряжений Аа имеет место изменение периода решетки металла Ad. В зоне упругих деформаций это изменение можно считать пропорциональным механическому напряжению и изменения электропроводности Ау также пропорциональны механическим напряжениям Аа: где Ка - экспериментально определяемый коэффициент, характеризующий свойства материала.
Таким образом, измеряя электрические свойства проводящих изделий, можно определять механические напряжения в них. При этом необходимо измерять распределение электрических параметров и механических напряжений по глубине изделий [70].
Использование явления скин-эффекта позволяет послойно исследовать проводящее изделие путем подачи в него электромагнитного поля различной частоты и измерения сигнала-отклика, параметры которого связаны с изменением напряженного состояния изделия. Уменьшение частоты посылаемого в изделие переменного тока позволяет увеличивать толщину исследуемого слоя. Выбором полосы рабочих частот можно обеспечить требуемый диапазон исследования по глубине изделия.
Для исследования были представлены однотипные образцы (рис. 2.14) с различными режимами обработки поверхности (см. табл. 4.4). Согласно методике (глава 2) за варьируемые переменные были приняты: величина рабочего напряжения (U); время обработки (т); концентрация электролита (я). Изображения образцов до и после полирования представлены на рис. 4.7. Исходные данные, используемые при проведении данного эксперимента, представлены в таблице 4.4. 8 0,3 1,0 320 5 90 0,3 0,85 350 5 10 0,3 1,0 380 3 11 0,3 1,0 320 3 12 0,3 1,25 350 3 Результаты измерений сведены в таблицу 4.5, по которой построены соответствующие графики зависимости величины остаточных напряжений от глубины обработанного слоя при различных параметрах ЭПП (таких как: концентрация используемого электролита (р-р (NH)4CL), величина рабочего напряжения, время обработки ЭПП), которые представлены на рис. 4.8 и как можно заметить в приповерхностной зоне наблюдаются напряжения сжатия порядка 70 МПа на глубине б мкм от поверхности, то есть имеют место напряжения сжатия и поскольку происходит снятие-слоя деформированного механически металла, то чем интенсивней режим обработки, тем больший слой металла снимается и тем значительнее будет влияние ЭПТТ на уровень остаточный напряжений. Общий характер распределения остаточных напряжений задается на стадии механической обработки- и не изменяется после ЭПП (см. рис. 4:8 образец до ЭПП и образец обработанный ЭПП при п=0,2 молъ/л, U=380 В, т=3 мин).
