Доводка, являясь одной из финишных операций технологического процесса изготовления деталей из магнитных материалов, оказывает существенное влияние на эксплуатационные параметры изделий.
В зависимости от характера производства и серийности изготовляемой продукции может быть использована как ручная, так и машинная доводка.
Результаты исследований позволили определить основные закономерности влияния технологических факторов ручной доводки на высоту неровностей магнитно-мягких сплавов. Установлено, что состав магнитно-мягких сплавов (независимо от абразивного инструмента, способа и режима доводки) существенного влияния на шероховатость поверхности не оказывает.
С увеличением зернистости абразивных брусков и микропорошков шероховатость поверхности возрастает. Так, для сплава 80НХС при доводке с давлением 68 кПа увеличение зернистости микропорошков от 1 до 5 мкм обусловливает увеличение высоты неровностей с 0,197 до 0,263 мкм. Аналогичные выводы получены при сравнении результатов доводки абразивными брусками различной зернистости. При прочих равных условиях материал бруска одинаковой зернистости, но различного рода абразива не оказывает существенного влияния на высоту неровностей. В то же время установлено, что шероховатость поверхности зависит от способа доводки. При доводке магнитно-мягких сплавов можно выделить следующие группы обработки: 1) отделочная; 2) чистовая; 3) получистовая; 4) черновая.
В первую группу — отделочная обработка — включены: доводка на чугунных плитах, шаржированных микропорошками электрокорунда или монокорунда М5, М3, Ml с окончательной доводкой на смоляных дисках с пастой ГОИ Ml.
Во вторую группу — чистовая обработка — входят: доводка на чугунных плитах, шаржированных микропорошками монокорудна М5, М3, Ml, и доводка на чугунных плитах, шаржированных микропорошками монокорунда или электрокорунда зернистостью 1 мкм.
В третью группу — получистовая обработка — включены: доводка на брусках электрокорунда 22АМ20С1Б, карбида кремния зеленого 63СМ20СТ1К, доводка на чугунных плитах, шаржированных микропорошками монокорунда зернистостью 3 мкм, и доводка на чугунных плитах, шаржированных микропорошками монокорунда зернистостью 5 мкм.
В четвертую группу — черновая обработка — включена только доводка на бруске электрокорунда белого зернистостью 50 мкм — 22А5СТ1 К.
Чистовая обработка (в зависимости от давления) создает шероховатость в среднем на 40—45 % больше, чем отделочная обработка. По сравнению с отделочной обработкой при получи- стовой обработке шероховатость поверхности в среднем на 80—110 %, а при черновой обработке в среднем в 4,2—6,5 раз больше. С учетом полученных выводов можно сформулировать требование для ручной доводки магнитно-мягких сплавов с минимальными параметрами шероховатости Ra: обработка магнитно-мягких сплавов
должна выполняться по следующей технологической схеме: черновая обработка (обдирка), получистовая—чистовая обработка (промежуточный этап), отделочная обработка (заключительный этап).
Давление при доводке влияет на шероховатость поверхности. С ростом давления наблюдается тенденция к увеличению параметра шероховатости Ra для каждого способа (группы) обработки.
На рис. 9 показана зависимость Rt = [(p) от способа доводки. Увеличение шероховатости с ростом давления может быть объяснено увеличением глубины внедрения в обрабатываемый металл зерен абразива и ростом сечения стружки а2, снимаемой одним зерном. Учитывая изложенное, а также принимая во внимание, что с ростом давления увеличивается износ притиров, целесообразно доводку магнитно-мягких сплавов выполнять с давлениями 68—98 кПа. При этих давлениях, применяя для доводки методы чистовой отделочной обработки, возможно получить шероховатость поверхности в пределах параметра Ra = 0,02 — г-0,03 мкм.
Точность при ручной доводке магнитно-мягких сплавов изучалась применительно к магнитным головкам, сердечники которых изготовлены из магнитно-мягких сплавов.
Изменение неплоскостности большого числа полублоков при чистовой и отделочной обработке показало, что в большинстве случаев независимо от материала сердечников отклонение от плоскостности не превышает 0,5—0,6 мкм. При обработке рабочей поверхности головок седлообразность (бочкообразность) находится в пределах 0,5—0,8 мкм. У 60 % головок, подвергнутых ручной обработке (независимо от вида доводки), существует перекос максимальной линии цилиндрической части рабочей поверхности относительно плоскости зазоров многодорожечной магнитной головки.
Результаты исследований закономерностей образования наклепа при ручной доводке магнитно-мягких сплавов показали, что с уменьшением зернистости абразивных брусков и микропорошков наклеп уменьшается. Уменьшение наклепа может быть объяснено уменьшением сечения среза аг и соответствующим уменьшением усилий резания, обусловливающих деформации в микрообъемах металла. Необходимо отметить, что наклеп определяется зернистостью абразивного инструмента, применяемого на последних переходах доводки. Так, обработка на чугунных плитах, шаржированных микропорошками монокорунда зернистостью 5; 3 и 1 мкм, и обработка на чугунных плитах, шаржированных микропорошком монокорунда зернистостью 1 мкм, обусловливают возникновение наклепа одного порядка. Материал зерна исследуемых микропорошков при любых давлениях существенного влияния на параметры наклепа не оказывает.
Сравнение параметров наклепа позволяет сделать вывод о том, что каждый способ обработки отличается от другого способа.
1. Доводка (последовательно) на чугунных плитах, шаржированных микропорошками М5, М3, Ml.
2. Доводка на чугунной плите, шаржированной микропорошками М5.
3. Доводка на бруске электрокорунда белого зернистостью 20 мкм — 22АМ20С1Б.
4. Доводка на крупнозернистом бруске электрокорунда белого зернистостью 50 мкм — 22А5СТ1К.
Черновые способы обработки сопряжены с возникновением наклепа на 30—40 % большего, чем при чистовых отделочных видах доводки. Эти выводы подтверждаются для всего исследованного диапазона давлений.
Экспериментальные данные свидетельствуют о наличии связи между параметрами наклепа и давлением при доводке (рис. 10).
Независимо от способа обработки и вида применяемого для доводки абразивного инструмента наблюдается некоторое увеличение наклепа с ростом давлений.
При доводке на крупнозернистых абразивах давление оказывает несколько большее влияние на наклеп, чем при чистовой отделочной обработке. При чистовой доводке с использованием мелкозернистых брусков и доводочных микропорошков и паст параметры наклепа с ростом давлений изменяются незначительно. Рост наклепа при повышении давления может быть объяснен увеличением сечения стружки аг, снимаемой одним зерном. Учитывая изложенное, целесообразно для обеспечения минимального наклепа доводку магнитно-мягких сплавов выполнять с минимальными давлениями. Необходимо отметить, что полученные выводы по изучению закономерностей образования наклепа подтверждаются принципиально различными физическими методами исследования — рентгеновским и металлографическим анализами и высокочастотным зондированием.
Рис. 10. Зависимость параметров наклепа от давления при ручной доводке магнитномягких сплавов: а — ширина интерференционной линии Язи; б — напряжения II ро- |
1 — доводка (последовательно) на чугунных плитах, шаржированных микропорошками М5, М3, Ml, окончательная доводка на смоляном диске пастой ГОИ Ml;
2 — доводка на чугунной плите, шаржированной микропорошками М5; 3,4 — доводка на брусках соответственно 24АМ20С1Б
и 24А5СТ1К
При тонких режимах ручной доводки глубина залегания наклепанной зоны с измененными магнитными свойствами составляет 5—20 мкм. Заметим, что доводка обусловливает снижение начальной магнитной проницаемости на поверхности обработанной. детали до значений порядка 200 Гс/Э (25*10“5 Гн/м). Это примерно в 100 раз меньше по сравнению с отожженным металлом, не подвергнутым обработке.
Исследование процессов машинной доводки магнитно-мягких сплавов показало, что состав обрабатываемого сплава на высоту неровностей существенного влияния не оказывает. Независимо от способа доводки и материала притира с уменьшением зернистости
абразивного порошка чистота поверхности улучшается. Связь между
среднеарифметическим отклонением профиля Ra и зернистостью абразивного микропорошка Z — линейная (рис. 11, а, б) и определяется зависимостями вида:
1) Ra=== 0,02-j~0,03Z—при доводке на чугунных притирах;
2) /?0 = 0,02-f-0,012Z— при доводке на оловянных притирах. Эксперименты показали, что материал зерна существенного
влияния на высоту неровностей обработанных поверхностей не оказывает. Улучшение может быть объяснено более плавным, «пружинным» действием на металл зерен, закрепленных в мягком притире, что обусловливает уменьшение сечения стружки аг.
Шероховатость обработанной поверхности (при условии применения для доводки притиров из одного и того же материала) определяется зернистостью абразива, используемого на последних переходах доводки.
На рис. 12 приведены экспериментальные данные о влиянии давления на высоту неровностей. Анализ показывает, что с уменьшением давления шероховатость обработанной поверхности улучшается. Для обеспечения наименьшей шероховатости поверхности машинную доводку магнитных головок необходимо осуществлять с давлением 55—70 кПа.
Основываясь на полученных выводах, доводка магнитно-мягких сплавов пастами выполнена при давлении 55 кПа. Результаты экспериментов представлены в табл. 24.
Анализ таблицы позволяет сделать следующие выводы.
1. Высоты неровностей образцов несущественно отличаются друг от друга при использовании для доводки различных паст и притиров (в пределах испытанных).
chipmaker. ru
06.07.2012
при доводке в исследованных пределах на неплоскостность полу — блоков практически не влияет. Выполнение рекомендаций по машинной доводке обеспечивает получение неплоскостности полу — блоков в пределах 0,6—0,9 мкм.
В результате экспериментальных работ установлено, что расслаивание сердечников полублоков магнитных головок не зависит от материала зерна и зернистости микропорошков, а также от способа доводки. Основными факторами, определяющими расслаивание, является точность обработки, предшествующая механической доводке, и давление при доводке.
Чем точнее обработка перед доводкой поверхности, тем меньше вероятность расслаивания. Тонкое шлифование перед доводкой практически исключает расслаивание сердечников. Расслаивание сердечников отсутствует в диапазоне давлений 54—74 кПа.
Таблица 25. Зависимость, неплоскостности полублоков от абразивного инструмента при доводке нешаржирующимся абразивным материалом. Конструкционная пара 80НХС—«ЛС59. Охлаждающая жидкость — керосин
|
Наклеп при механической доводке магнитно-мягких сплавов является одним из основных параметров качества обработанной поверхности. Результаты исследований представлены в табл. 27—30. Анализ таблиц показывает, что независимо от вида обрабатываемого материала и способа доводки давление, изменяясь в пределах 55—157 кПа, материал зерна и зенистость доводочных микропорошков и паст на величину наклепа практически не влияют.
Глубина наклепанного слоя при доводке не превышает 5—10 мкм. На рис. 13 показано графическое изображение закона изменения начальной магнитной проницаемости по глубине наклепанной зоны. Как и при шлифовании, эта зависимость носит параболический характер.
Распределение остаточных напряжений при машинной доводке осуществляется на металлических дисках микропорошком типа 22АМЗ и 22АМ5 (рис. 14). Для сравнения приведены остаточные напряжения в поверхностном слое после ручной доводки на брусках 630М14/10.
Таблица 26. Зависимость неплоскостности полублоков от абразивного инструмента при доводке свободно шаржирующимся в притир абразивом. Конструкционная пара 80НХС —ЛС59
|
Таблица 27. Зависимость параметров наклепа магнитно-мягких сплавов от режима доводки методом нешаржируюїдихся абразивных зерен. Скорость резания — 7 м/мин
|
Примечания: 1. Язп — среднеарифметическое значение ширины линии (рентгенографический параметр наклепа). 2. среднеарифме
тическое значение напряжений II рода (рентгенографический параметр наклепа).
Таблица 29. Зависимость наклепа магнитно-мягких сплавов от режима доводки методом свободно шаржирующихся абразивных зерен. Скорость резания — 7 м/мин
|
Анализ экспериментов показывает, что максимальная величина и глубина залегания напряжений сжатия примерно равны их значениям после шлифования.
Уменьшение размера абразивных зерен при доводке до М3—М5 несколько уменьшает глубину залегания остаточных напряжений сжатия.
Обобщение экспериментов по остаточным напряжениям приводит к выводу, что операция доводки магнитно-мягких материалов целесообразна только в тех случаях, когда необходимо повышение точности или уменьшение шероховатости поверхности после шлифования. Машинная доводка не сопряжена с субъективными факторами, с которыми приходится считаться при ручной доводке. Это обстоятельство позволяет объективно назначать технологический процесс и, управляя тем или иным технологическим параметром (зернистость микропорошка, давление и т. п.), регулировать качество поверхностного слоя. Например, при доводке на чугунных дисках образцов из сплава 80НХС микропорошками
Таблица 30. Параметры наклепанного слоя —104 у образцов из а сплава 80НХС при механизированной доводке (скорость резания — 7 м/мин, давление — 0,055 МПа)
|
Рис. 14. Распределение остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя после ручной и механической доводки магнитно-мягких сплавов:
/ — машинная доводка микропорошком 24АМЗ; 2 — доводка на бруске 63СМ14Т1КЛ ; 3 — машинная доводка микропорошком 22АМ5;———————— сплав
80НХС; *** — расчетные значения
электрокорунда, уменьшив зернистость микропорошков с 5 до 1 мкм, удается уменьшить шероховатость поверхности в три раза до значения параметра Ra = 0,05 мкм.
Таких же результатов можно достичь снижением давления при доводке. Так, при уменьшении давления со 150 до 10 кПа шероховатость поверхности улучшается от значений параметра /?а = 0,1 ДО Яа = 0,05 МКМ.
Уменьшением зернистости микропорошков возможно уменьшить глубину залегания остаточных напряжений и тем самым улучшить или, по крайней мере, стабилизировать магнитные параметры поверхностного слоя.
Одним из способов машинной доводки магнитных материалов является суперфиниширование. Для получения максимальной чистоты поверхности детали из магнитных материалов перед суперфинишированием подвергают предварительному шлифованию шлифовальным кругом 63СМ14Гл, при этом средняя высота микронеровностей обработанных поверхностей перед суперфинишированием должна находиться в пределах параметра Ra = 0,054-0,07 мкм.
Суперфиниширование производят с применением СОЖ состава: 82—87 % керосина, 10—15 % машинного масла, 3 % олеиновой кислоты.
Таблица 31. Зависимость шероховатости поверхности образцов из сплава 80НХС от частоты и амплитуды колебаний брусков (р = 0,059 МПа, 1>пр==0,32 м/мин, пДет = 300 об/мин)
|
Некоторые практические рекомендации по суперфинишированию представлены в табл. 31—34. Анализ таблиц показывает, что материал зерна абразивных брусков существенного влияния на высоту микронеровностей не оказывает (табл. 31). При изменении в широких пределах амплитуды и частоты колебаний брусков установлено, что обработка инструментами зернистостью 1—7 мкм обеспечивает получение высоты неровностей в пределах параметра Ra== 0,025-т"0,035 мкм.
Таблица 32. Зависимость шероховатости поверхности образцов 80НХС ОТ Давления И ПРОДОЛЬНОЙ СКОРОСТИ Перемещения бруСКОВ (Лбр = = 800 дв. ход/мин, а = 3 мм, пдст —300 об/мин)
|
Таблица 33. Зависимость среднеарифметического отклонения профиля Ra (мкм) образцов из сплава 80НХС от скорости вращения детали (Нбр = 800 дв. ход/мин, р = 49 кПа, ипр = 0,32 м/мин)
|
Независимо от применяемых брусков изменение частоты колебаний брусков в пределах 600—2000 дв. ход/мин и амплитуды колебаний брусков в пределах 3—7 мм существенного влияния на высоту неровностей не оказывает.
В табл. 32 приведены данные о зависимости среднеарифметического отклонения профиля поверхности Ra от давления и продольной скорости перемещения брусков. Анализ показывает, что изменение давления в пределах 49—98 кПа и продольной скорости перемещения брусков от 0,20 до 0,50 м/мин на высоту неровностей суперфинишированной поверхности практического влияния не оказывает.
Полученные выводы подтверждаются при обработке сплавов 79НМ и 16ЮХ. Сравнительные данные о высоте неровностей при обработке сплавов 80НХС, 79НМ И 16ЮХ приведены в табл. 34.
Анализ экспериментальных данных показывает, что суперфиниширование обеспечивает шероховатость поверхности в пределах параметра Ra = 0,25 — 0,40 мкм.
Выше было отмечено, что суперфиниширование не улучшает точности предварительной обработки. Контрольные измерения точности формы рабочей поверхности магнитных головок, обработанных тонким шлифованием с последующим суперфинишированием, подтвердили этот вывод. Во всех случаях назависимо от режимов резания и вида абразивных брусков, применяемых для суперфиниширования, точность формы рабочей поверхности магнитных головок (бочко-, седлообразность) была менее 0,5 мкм, т. е. определялась точностью тонкого шлифования на предшествующей операции обработки.
Таблица 34. Зависимость шероховатости поверхности от состава обрабатываемого материала (лбр = 800 дв. ход/мин, а = 3 мм, vnp = = 0,32 м/мин, идет = 300 об/мин, р = 4,9 кПа)
|
Таблица 35. Зависимость наклепа образцов из сплава 80НХС от вида абразива при суперфинишировании
|
Качество вскрытия рабочего зазора суперфинишированием магнитных головок значительно лучше, чем вскрытия зазора тонким шлифованием. Для получения наиболее качественных рабочих зазоров, способствующих улучшению рабочих параметров, рабочую поверхность магнитной головки, обработанную тонким шлифованием, необходимо суперфннишировать.
При суперфинишировании магнитно-мягких сплавов возникает наклеп. Установлено, что режим суперфиниширования не влияет на величину наклепа [1—3]. Принимая во внимание выводы, полученные при исследовании шероховатости и точности обработанной поверхности, детали из магнитно-мягких сплавов рекомендуется суперфннишировать со следующими режимами резания: частота колебаний брусков — 200 дв. ход/мин, амплитуда колебаний — 3 мм, давление — 98 кПа.
Некоторые практические данные представлены в табл. 35. Из приведенных данных видно, что величина наклепа при использовании мелкозернистых абразивов практически не зависит от материала и размеров зерна. С учетом этого для суперфиниширования рекомендуется применение брусков 32AM3CT2.
Установлено, что суперфиниширование после отделочного шлифования уменьшает наклеп. Глубина наклепанного слоя образцов, подвергнутых шлифованию с последующим суперфинишированием,
Таблица 36. Параметры наклепанного слоя -^-10 4 у образцов из сплава 80НХС после обработки
|
значительно меньше, чем у шлифованных образцов (табл. 36), и находится в пределах 5 мкм.
На рис. 15 показано изменение начальной магнитной проницаемости по глубине наклепанной зоны.
Обобщая приведенные данные, можно сделать вывод, что, назначая брусок для обработки суперфинишированием, возможно получить требуемую шероховатость поверхности обрабатываемой детали. Так, например, уменьшение зернистости абразивных брусков с 7 до 1 мкм снижает Ra с 0,03 до 0,02 мкм. Аналогичным образом можно управлять качеством поверхности и назначением соответствующих режимов обработки.
Назначая суперфиниширование после шлифования, удается значительно улучшить качество поверхности. Особенно важным является значительное уменьшение глубины наклепа (по сравнению со шлифованием) и улучшение магнитных свойств в тонких поверхностных слоях обрабатываемых деталей.
Сравнение параметров точности, шероховатости поверхности, наклепа при ручной и механической доводке показывает, что механическая обработка обеспечивает такие же, а в ряде случаев лучшие результаты (наклеп, шероховатость), чем при ручной доводке. Учитывая, что механическая доводка исключает субъективные факторы, сопровождающие ручную доводку, а также повышает производительность труда, необходимо рекомендовать ее для широкого применения в промышленности при обработке различных изделий, например магнитных головок.
Значительные трудности в производстве возникают при доводке магнитно-мягких ферритов, используемых для сердечников магнитных головок видеомагнитофонов и другой аппаратуры магнитной записи.
Прецизионная доводка ферритов магнитных головок является одной из наиболее сложных технических задач при абразивной обработке. Трудности при доводке обусловлены необходимостью обеспечения поверхности без вырывов, сколов, обработочных раковин.
Некоторые рекомендации по доводке ферритовых сердечников магнитных головок приведены в табл. 37. Наилучшие результаты, соответствующие техническим требованиям на магнитные головки, обеспечивает доводка на стеклянном притире «Пирекс» мягкими доводочными пастами «Ленкарз» зернистостью 1—3 мкм. Наиболее близко к предъявляемым требованиям подходит ручная доводка на
Таблица 37. Качество поверхности горячепрессованных ферритов при различных методах доводки
|
стеклянном притире микропорошками электрокорунда белого зернистостью 1—2 мкм. Эти методы доводки рекомендуется применять в качестве финишных операций изготовления ферритовых магнитных головок после предварительного алмазного шлифования. Указанная тонкая доводка практически устраняет трещиноватый слой, образованный на предшествующих операциях тонкого алмазного шлифования. Исследования показали, что после доводки глубина трещиноватого слоя не превышает 0,5—1 мкм.