Якість поверхонь деталей з магнітном’яких сплавів при шліфуванні інструментами із надтвердих матеріалів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

УДК.621.923-924

ЯКІСТЬ ПОВЕРХОНЬ ДЕТАЛЕЙ З МАГНІТНОМ'ЯКИХ СПЛАВІВ ПРИ ШЛІФУВАННІ ІНСТРУМЕНТАМИ ІЗ НАДТВЕРДИХ МАТЕРІАЛІВ

Спеціальність 05.02.08 - “Технологія машинобудування”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

БАТАТАМПА ВІТАНАГЕ СІСІРА

ДЖАНАКА ГУНАВАРДЕНА

Київ 2001

Робота виконана у Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут”.

Науковий керівник: Доктор технічних наук, професор Гавриш Анатолій Павлович, Заслужений діяч науки і техніки України, Лауреат державної премії, професор кафедри “Технологія машинобудування” Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”.

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор Бондаренко Леонід Іванович, Заслужений діяч науки і техніки України, Генеральний конструктор артилерійсько-стрілецького озброєння - Генеральний директор казенного підприємства “Науково-технічний центр артилерійсько-стрілецького озброєння”

Кандидат технічних наук Нікулін Олександр Федорович, зам. директора з наукової роботи ПКБ АСУ Державного комітету промислової політики України.

Ведуча організація: Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування.

Захист відбудеться “19” березня 2001 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої ради Д 26.002.11 у Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, Київ, проспект Перемоги, 37, навчальний корпус №1, ауд. 214.

Просимо прийняти участь у засіданні ради або вислати відгук у двох примірниках з підписами, завіреним печатками Вашої організації, на ім'я вченого секретаря спеціалізованої ради по вищезазначеній адресі.

З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці НТУУ “КПІ”.

Автореферат розіслано 30 січня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради,

кандидат технічних наук, доцент Семенов О.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Ефективність використання в технічних системах високолегованих магнітом'яких сплавів у значному ступені залежить від вирішення проблеми їх високопродуктивної і якісної обробки.

Нові можливості у цьому напрямку з'являються з використанням шліфувальних кругів з нових синтетичних надтвердих матеріалів, перш за все боразону, ельбору і кубоніту.

Проте недостатня вивченість особливостей взаємодії з обробленим матеріалом зерен боразону, ельбору, кубоніту та шліфувальних кругів з них не дозволяє призначати оптимальні умови обробки сучасних магнітом'яких сплавів, перешкоджає повній реалізації потенційно високих ріжучих властивостей нових синтетичних надтвердих матеріалів.

Особливо гостро це питання стоїть при прецизійній обробці магнітних головок - одного з основних елементів апаратурних комплексів запису, накопичення і переробки інформації для технологічних систем різного призначення, наприклад, гнучких виробничих систем (ГВС) і обладнання з числовим програмним керуванням (ЧПК).

В зв'язку з цим, вельми актуальним є питання наукового обгрунтування технологій прецизійного шліфування магнітних головок інструментами з синтетичних надтвердих матеріалів та впровадження у виробництво сучасних технологічних процесів.

Мета роботи. Метою дисертаційної роботи є розробка і дослідження технологічних процесів високопродуктивного і якісного шліфування поверхонь деталей з сучасних магнітном'яких сплавів для магнітних головок інструментами на основі синтетичних надтвердих матеріалів - боразону, кубоніту та ельбору.

Для досягнення сформульованої мети були вирішені такі задачі:

1. Проаналізовано вплив конструкторсько-технологічних параметрів на експлуатаційні характеристики магнітних головок і сформульвані вимоги до специфічних технологічних факторів, які формують рівень вихідних робочих показників магнітних головок.

2. Розглянуто особливості формування якості поверхневих шарів (шорсткість, наклеп при тонкому фінішному шліфуванні площин розблокування кругами) на основі боразону, ельбору і кубоніту.

3. Розроблено моделі зв'язку параметрів якості з режимними факторами обробки магнітних головок, зокрема шорсткості і точності.

4. Досліджено вплив технологічних параметрів на температуру шліфування і на цій основі встановлено умови формування якісного поверхневого шару деталей з пермалою.

5. Проаналізовано критерії питомого зносу шліфувальних кругів з ельбору, синтетичного алмазу, боразону та кубоніту для обробки в'язких пермалоєвих сплавів, до складу яких входять Ti, Ni, Co, Mu, Cr (типу 81НМТ, “Supermaloy”, “Permendur”, “Mu-metal”).

6. Виконано оптимізацію процесу шліфування, розроблені технологічні процеси і рекомендації для виробництва по вибору відповідного інструменту, режимів різання і мастильно-охолоджуючих рідин.

Методика досліджень. Технологічний процес шліфування магнітном'яких сплавів досліджувався з допомогою і використанням загальних положень теорії алмазно-абразивної обробки, теорії магнетизму, методів математичної статистики і регресійного аналізу, рентгеноструктурного і металографічного аналізу, магнітооптичних вимірювань з використанням випромінювання He-Ne лазера.

Наукова новизна. Виконана теоретична розробка і запропоновано модель впливу на конфігурацію магнітного поля над робочим зазором магнітної головки параметрів шорсткості і точності поверхонь обробки. Вперше проведено експериментальне вивчення обробки шліфуванням інструментами з синтетичних надтвердих матеріалів магнітном'яких сплавів “Supermaloy”, “Permendur”, “Mu-metal” і 81НМТ.

Виконані магнітооптичні дослідження реального поля над надтонкими робочими зазорами (завширшки 3-10 мкм) реальних магнітних головок окремо і отримано загальні характеристики впливу кожного технологічного фактору (шорсткість, наклеп) на експлуатаційні параметри магнітних головок. шліфування магнітний головка температура

Автор захищає:

1. Підхід до впливу на конфігурацію магнітного поля над робочим зазором головки параметрів шорсткості і точності поверхонь з метою формування вимог якості і створення нових технологічних процесів.

2. Умова формування робочої поверхні шліфувального інструменту, що базується на інтегральній характеристиці розподілу абразивного матеріалу по глибині поверхневого шару з урахуванням технологій виготовлення, структури абразивного інструменту та кінематичних параметрів процесу шліфування.

3. Результати експериментального дослідження якості поверхні при шліфуванні магнітном'яких сплавів кругами з синтетичних надтвердих матеріалів (СНМ).

4. Критерії питомого зносу шліфувальних кругів з СНМ і розробку рекомендацій по оптимізації застосування боразону, ельбору, синтетичного алмазу і кубоніту.

5. Результати магнітооптичних досліджень магнітного поля (градієнт і крутизна спаду напруженності) над робочим зазором магнітних головок.

6. Новий технологічний процес тонкого шліфування магнітном'яких сплавів інструментами з синтетичних надтвердих матеріалів.

Практична цінність. Теоретично обгрунтовані, експериментально підтверджені і створені інженерні рішення для проектування технологічних процесів тонкого фінішного шліфування виробів з магнітном'яких сплавів інструментами з СНМ, які придатні для автоматизації виробництва. Розроблено рекомендації по раціональному вибору режимів різання, типу і складу шліфувальних кругів, використанню сучасних мастильно-охолоджуючих рідин для умов шліфування інструментами з СНМ, а також областей найбільш ефективного застосування різних типів інструментів з СНМ.

Впровадження. Нові технологічні процеси пройшли апробацію в умовах виробництва фірми “Sanjo” (м. Коломбо, республіка Шрі-Ланка) з очікуваним економічним ефектом 65 тис. доларів США.

Апробація результатів. Основні результати роботи доповідалися і обговорювалися на міжнародних і українських науково-технічних конференціях по новим досягненням і перспективам розвитку в галузі оздоблювальної обробки деталей машин, в тому числі на міжнародних конференціях “Высокие технологии в машиностроении” - “Интерпартнер - 2000 (Харьков - Алушта, 2000), “Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века” (Донецк-Севастополь, 1999, 2000), “Прогресивні технології у машинобудуванні - “Технологія - 2000” (Одеса, 2000), “Нетрадиционные методы техники и технологии” (Фергана, 1999), “Проблемы физической и биомедицинской электроники” (Киев, 2000), “Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики” (Ялта, 2000), “Технологии ремонта машин, механизмов, оборудования” - “Ремонт -2000” (Ялта, 2000), “Композиционные материалы в промышленности” - “Славполиком -2000” (Киев - Ялта, 2000), конференции студентов и аспирантов механико-машиностроительного института Национального технического университета Украины “Киевский политехнический институт” - “Механик - 2000” (Киев, 2000).

Публікації. По матеріалам дисертації опубліковано 9 друкованих робіт, в тому числі 7 статей у фахових виданнях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу чотирьох розділів, висновків, списку літератури. Робота містить 161 сторінку, в тому числі 121 сторінки тексту, 23 малюнки і 39 таблиць, список літератури з 156 джерел.

Основний зміст роботи

В першому розділі показано, що на робочі параметри магнітних головок суттєво впливають технологічні фактори механічної обробки, зокрема шорсткість площин розблокування напівблоків і робочих поверхонь головок, точність форми робочої поверхні, радіус кромки робочого зазору, що формує якісну магнітну відмітку у поверхневому шарі стрічки магнітного запису, наклеп, що утворюється у результаті взаємодії силового і температурного полів у зоні різання і який порушує теоретичне співвідношення магнітних проникностей магнітопроводу mгол і носія mнос. Це співвідношення повинно досягати максимально можливих значень (в ідеалі mгол/mнос® Ґ), порушення його веде до погіршення робочих параметрів магнітних головок.

В результаті досліджень встановлено, що внутрішній магнітний потік, який формує поле робочого зазору суттєво залежить від параметру шорсткості Ra і відповідає такій моделі

де Ф - внутрішній магнітний потік головки, Ф(l) - короткозамкнений остаточний магнітний потік стрічки, h - частотнозалежний коефіцієнт втрат у магнітопроводі дії паразитних струмів, l - довжина хвилі запису, Ra - параметр шорсткості площин розблокування головок, S - товщина робочого зазору.

Суттєво впливає на втрати частотної характеристики точність форми робочого зазору магнітної головки:

для трапецевидної форма

,

для параболічної форми

, де

j (w) - втрати частотної характеристики, w - циклічна частота, v - швидкість руху магнітної стрічки, S - ширина робочого зазору, DS - конусність робочого зазору, r - радіус скривлення робочого зазору, - функції Френеля, с - стріла вигину.

Втрата корисного сигналу (віддачі головки) суттєво залежать від шорсткості робочої поверхні і підраховуються згідно відомого рівняння Уолеса

, де

P - втрати сигналу, ei - умовний неконтакт головки зі стрічкою за рахунок наявності конкретного параметру шорсткості Ra, l - довжина хвилі запису.

В результаті аналізу літератури, передового виробничого досвіду і виконаних теоретичних досліджень сформульовані вимоги до параметрів якості, які повинні забезпечити шліфування поверхонь магнітних головок.

У другому розділі всебічно розглянуто методи шліфування абразивними кругами і інструментами з СНМ.

В зв'язку з відсутністю відомостей про шліфування сучасних матеріалів типу “Mu-metal”, “Supermaloy”, “Permendur” і т.п., аналіз методів фінішної обробки виконано з максимальним урахуванням фізико-механічних характетистик досліджуємих сплавів.

Особливе значення має формування робочої поверхні (РП) абразивного інструменту (АІ). Всебічними дослідженнями було показано, що параметри внутрішньої структури АІ суттєво впливають на якість поверхневого шару (ПШ), а останні, в свою чергу параметри РП АІ. Розподіл абразивних зерен, зв'язки та пор у різних АІ показує, що найбільш загальним випадком є інструмент на керамічній зв'язці, РП якого змінюється у процесі зносу і правки. Такі ж зв'язки характерні і для еластичних, наприклад, гліфталевих зв'язках.

Дослідами встановлено, що

j = arc sin (0,584 Ч C3 + 0,72)

, де

j - структурний кут інструменту, Lk - середня відстань між центрами зерен кругу, d0 - зернистість, С1, С2, С3 - відповідно об'ємне співвідношення зерен, зв'язки і пор.

Введемо відносну геометричну характеристику Аі Кzi = Lk/do, яка залежить тільки від об'ємного співвідношення зерен і пор

.

Розрахунки показали, що відносна відстань між зернами Kzi змінюється від 1 до 1.47, збільшуючись із зменшенням об'ємних долей зерен і пор.

Комплексною характеристикою РП АІ, яка враховує технологію виробництва, є відносна опорна площа елементу внутрішньої структури, яка для відносної глибини e буде визначена, як

, де

Sr(e) - поперечна площина зерна (чи зрізу зі зв'язкою) на заданому рівні, а q=arccos(cosj/cosj/2).

Значення ts(e) можуть розглядатися, як середні для ПШ АІ. Проте, наведена модель, не враховує випадковість розподілу абразивних зерен і зміну об'ємів співвідношень компонентів на РП (краєвий ефект).

З урахуванням умов контактної взаємодії АІ з оброблюємою поверхнею оптимізовані параметри РП Аі в процесі обробки, з урахуванням таких припущень: перше пов'язане з технологічними можливостями, друге - з формуванням необхідної шорсткості оброблюємої поверхні, третє - з умовами засалювання, четверте - з урахуванням параметрів

;

;

; ; , де

Qуд - хвилинна продуктивність на ширину обробки, мм2/хв; CV - коефіцієнт об'ємної усадки; Vk - швидкість Аі, мм/с; eHO - коефіцієнт переходу процесу пластичного деформування до мікрорізання; a - параметр, який змінюється з кутом нахилу площини опору aск; bS -параметр, враховуючий зернистість.

Ці положення дозволяють визначити раціональні області використання інструментів з СНМ, а саме - для високолегованих пермалоїв типу “Mu-metal” бажано використовувати синтетичні алмази, для магнітно-м'яких сплавів, легованих Ті, Cr, Mn - боразон, ельбор і кубоніт.

Теоретичними дослідженнями (з урахуванням положень загальної теорії магнетизму і конкретними значеннями параметрів різних марок досліджуваних пермалоїв) була встановлена залежність початкової магнітної проникливості mо і коерцетивної сили Hc від внутрішніх напруг sі, які виникають від дії сил різання при шліфуванні, а саме:

“Supermaloy” - mо = 5200/sі і Нс = 0,045 sі

“Permendur” - mо = 4500/sі і Нс = 0,05 sі

85НМТ - mо = 4100/sі і Нс = 0,042 sі

З цих моделей витікає, що збільшення напруг sі при різанні зменшує початкову магнітну проникливість mо.

В зв'язку з цим для створення переважної орієнтації доменів обробку магнітних головок необхідно виконувати з легкими режимами шліфування не створюючи значного збільшення зовнішніх напруг пластичного деформування.

У третьому розділі наведена методика досліджень. Експериментальні дослідження виконувались на технологічних зразках Ж20 мм завтовшки 1 мм після необхідного вакуумного віджигу. Розроблені рекомендації далі були перевірені при виконанні експериментів на 4- і 7- доріжкових магнітних головках.

Шорсткість поверхонь досліджувалась на профілографі мод. 201. Неплощинність вимірювалась інтерфероційним склом.

Для дослідження закономірностей утворення наклепу застосовувались різні засоби - рентгеноструктурний аналіз, металографічний аналіз, високочастотне зондування. Для тонкого шліфування використовувались кубонітові (КНБ), боразонові (Во), алмазні і ельборові (Ло) круги зернистістю 100, 50, 28, 14, 7 мкм на еластичних і керамічних зв'язках. Для порівняння показників якості поверхні окремі зразки були прошліфовані абразивами на основі карбіда кремнія зеленого (63С).

Для тонкого оздоблювального шліфування використовувались прецизійні верстати - для плоского шліфування FF-350 (ФРН) і для зовнішнього круглого шліфування SU-125 (ФРН).

Режими шліфування змінювались в діапазоні: швидкість кругу - 22-30 м/с, продольна подача - 2, 5, 10, 15 мм/хв, поперечна подача - 0,1; 0,2; 0,5; 0,7; 1,0 мм/дв.хід, глибина шліфування - 0,002; 0,01; 0,02; 0,05 мм.

Для вимірювання складових зусиль різання використовувався тензометричний стіл.

Вимірювання миттєвих контактних температур виконувалось двохелектродними хромель-алюмелевими термопарами, гарячим спаєм яких є зразок, що шліфується (рис.1).

Робочі параметри головок вимірювались на стенді фірми “Ampex” (США) зі стрічкою РЕ-41.

Для оцінки експериментальних результатів використовувались методи теорії вірогідності і математичної статистики (критерій Стюдента, критерій Фішера, кореляційне співвідношення, коефіцієнти парної і багатофакторної кореляції). На основі математичного аналізу отримувались моделі, які зв'язують різні фактори, формулювались загальні висновки. Вірогідність отриманих таким чином результатів характеризується рівнем імовірності 95%.

Для шліфування використовувались мастильно-охолоджуючі рідини (30Р), зокрема рідина Cindolube 173Ep (ФРН) і 5%-ний водний розчин продукту “Аквол-10” (Україна).

Вивчення магнітних полів над робочим зазором здійснювались на макромоделі і з допомогою магнітооптичного методу.

Рис. 1 Схема вимірювання миттєвих контактних температур при плоскому шліфуванні: 1 - корпус пристрою; 2 - магнітна плита верстату; 3 - шліфувальний круг; 4 - гвинт; 5 - кленник; 6 - кришка; 7 - термоелектроди термопари

В четвертому розділі найбільш докладно досліджено вплив режимів тонкого шліфування інструментами з СНМ на шорсткість, точність, параметри наклепу деталей зі сплавів “Supermaloy”, “Permendur”, 81НМТ і “Mu-metal”.

Математична обробка результатів експериментів з допомогою критерію Стюдента і кореляційного аналізу дозволила по значенням коефіцієнтів кореляції (у порядку їх зменшення) дійти висновку, що суттєво впливають на параметри якості (шорсткість поверхонь, ступінь і глибина наклепу) поперечна подача Sn, глибина шліфування t, швидкість виробу Vn і (найменше) швидкість кругу Vkp.

Дослідження фактичного зв'язку між висотою нерівностей і режимними факторами боразонового шліфування методами множинної кореляції дозволило отримати модель, яка має вигляд:

Ra = 0,2523Sn + 5,2t + 0,0049Vд - 0,0430

Отримані висновки підтверджуються при тонкому плоскому шліфуванні магнітно-м'яких сплавів інструментами з різних СНМ (боразон, алмаз, ельбор, кубоніт) зернистістю М28, М14 і М7.

Значний вплив на параметр шорсткості поверхні Ra і питомий розмірний знос кругу DRy становить ЗОР. Результати експериментів показали, що найкраща ЗОР для шліфування інструментами з СНМ є рідина, до сплаву якої входить продукт “Аквол-10”. На рис.2 наведено вплив концентрації продукту “Аквол-10” у ЗОР на основні показники процесу шліфування.

В результаті експериментів було доведено, що наклеп у тонкому поверхневому шарі деталей з магнітном'яких сплавів утворюється внаслідок процесів взаємодії силового і температурного полів. Цим процесом можливо керувати, призначаючи оптимальні режими шліфування, склад і зернистість абразиву, марку ЗОР.

Рис. 2 Вплив концентрації продукту “Аквол-10” у ЗОР (%) на показники процесу шліфування зразків з сплаву “Supermaloy” кругом ВоМ14Вч100%; Vkp= 30м/с

t = 0,005 мм/дв.хід; No= 60 кач/хв; Sпр= 2 м/хв.

Для встановлення оптимального режиму шліфування, що забезпечує максимальне збереження магнітних властивостей сплаву були проведені дослідження миттєвих контактних температур і складових сил різання Рz, Рх, Ру.

При шліфуванні інструментами з СНМ з тонкими режимами різання отримані мінімальні значення температур (~200°С), які не перевищують показники точки Кюрі, а також мінімальні значення сил шліфування Рz, Ру і їх співвідношення Рz/Ру. Встановлено, що взаємодія силового і температурного полів зменшують до min показники наклепу Нд, В(311), Dа/а.

По результатах дослідження параметрів наклепу можна зробити такі висновки:

1. Обробка високолегованих пермалоїв типу “Supermaloy” і 81НМТ, боразоновими, кубонітовими, ельборовими і алмазними кругами на еластичних зв'язках забезпечує менший наклеп, ніж при шліфуванні інструментами на керамічній зв'язці.

2. При шліфуванні магнітно-м'яких сплавів інструментами з СМН найменші втрати магнітних параметрів забезпечують ельборові і алмазні інструменти при цьому просліджується залежність зменшення наклепу із зменшенням зернистості інструментів. Параметри наклепу мають тісний зв'язок з початковою магнітною проникністю mо.

3. Глибина наклепаної зони розповсюджується до мінімального рівня 5-8 мкм при розмірі зерна 7-14 мкм. Зміна магнітної проникливості mо у наклепаній зоні підкорюється параболі.

Остаточних напруги розтягу у поверхневому шарі розподіляються згідно рис. 3.

Цікавими є отримані у дисертації залежності параметра шорсткості поверхні Ra від зернистості інструменту, а саме:

- для абразивів типу ВоМ14Вч100% Ra = 0,003A - 0,0057.

- для алмазних кругів типу АСМ14Бр1 100% Ra = 0,004A - 0,0068.

Рис. 3 Остаточні напруги по глибині поверхневого шару після тонкого шліфування поверхонь деталей з пермалоя 81НМТ інструментами з СНМ: 1 - круг Ло200/160Б1 100%; 2 - круг АС50/40Б1 100%; 3 - круги АСМ14Бр100%, ВоМ14Вч100%

В дисертації підтверджено положення про те, що процес зносу інструменту відбувається шляхом послідовного переходу тонкого поверхневого шару алмазу у графіт і наступного зносу від тертя графіту при різанні. Такому зносу алмазних зерен притаманна мала інтенсивність. Відносно товсті нарости металу, які створюються на окремих ділянках під час захоплювання, стримують процес графітизації алмазу до їх відриву, внаслідок чого на поверхні з'являються плавні виступи, які добре фіксуються растровим мікроскопом при великому збільшенні.

Для вивчення залежностей зносу інструментів при взаємодії з різними металами були виконані досліди по вивченню балансу витрат абразивних зерен безпосередньо в інструменті в умовах експлуатації. Знос шліфувальних кругів оцінювався питомими чи відносними витратами абразивного матеріалу.

Щодо абразивних зерен їх витрати складаються із зносу верхівок зерен, руйнування і випадання із зв'язки. В дисертації вивчено знос алмазів марки АС15 зернистістю М20/16 на металічній зв'язці МО16 при шліфуванні зразків двох груп металів по оброблюваності: титанових пермалоїв 81НМТ і високолегованих в'язких нікель-кобальтових пермалоїв марки “Supermaloy”. Встановлені закономірності витрат окремих зерен при різних типах зносу, дифузії і графітизації (алмаз-сталь) і під впливом адгезійних явищ (алмаз-титановий сплав).

Виходячи з наведених положень були досліджені показники питомих витрат алмазів і кубоніту qV мг/см3 і Qp карат/кг і отримані залежності для умов шліфування титано-кобальтових пермалоїв типу “Supermaloy” і 80НМТ, а саме

qV = gмЧ qр

Qp = 1000Ч qр /200 = 5qр,

де gм - плотність оброблюємого матеріалу;

qр - питомий ваговий знос, мг/г.

З урахуванням усіх досліджених явищ була отримана залежність вірогідності безвідмовної роботи кругів з СНМ (Рр) (показника міцності абразивних зерен).

Рр = (15-30) Рz /(npЧFk),

де Рz - сила шліфування, кг;

np - кількість працюючих зерен на одиницю поверхні кругу, 1/мм2;

Fk - контурна площа контакту інструмент-деталь, мм2.

Досліджені залежності питомих витрат qV від режимів шліфування (рис. 4), а також собівартість шліфування СV і витрат СНМ qV від показника надійності інструменту Кп титано-кобальтових магнітом'яких сплавів кругами з КНБ і синтетичними алмазними (рис. 5).

Були виконані магнітно-оптичні дослідження реальних полів над робочими зазорами товщиною 3-10 мкм.

Встановлено, що найменше деформує поле тонке алмазне шліфування, що пояснюється мінімальною шорсткістю поверхні і мінімальною глибиною наклепу у поверхневому шарі деталей після шліфування.

Деякі експериментальні дані наведено на рис. 6. Аналіз показує, що найкращі параметри поля забезпечує шліфування ельбором і алмазом. Дещо гірші результати забезпечує шліфування боразоном. Враховуючі отримані результати були оброблені і досліджені параметри експериментальних блоків магнітних головок. Доведено, що їх вихідні експлуатаційні параметри відповідають вимогам технічних умов і мають найкращі показники при тонкому шліфуванні ельборовими, алмазними і боразоновими інструментами типу ВоМ14Вr100%, ЛОМ14Бр1100%, АСМ14Бр1 100%, КНБМ14Бр1100%.

Рис. 4 Залежність витрат алмазів від поперечної подачі при круглому шліфуванні сплавів: 1 - “Alfo”; 2 - 81НМТ; 3 - Mu-metal; 4 - Supermaloy

Рис. 5 Залежність собівартості шліфування Сv і витрат СТМ qv від показника надійності Кп при шліфуванні сплаву “Mu-metal” алмазним кругом (1), сталі кругами КНБ и титанових сплавів 81НМТ алмазними кругами (2); I-III - зони витрат шліфувальних кругів

Основні результати

1. На основі аналізу літератури і передового виробничого досвіду було сформульовано вимоги до технологічних факторів, які суттєво впливають на експлуатаційні параметри магнітних головок.

2. Вперше було експериментально досліджено тонке шліфування сучасних високолегованих магнітно-м'яких матеріалів “Supermaloy”, “Permendur”, “Mu-metal”, 81НМТ інструментами з синтетичних надтвердих матеріалів. Основні положення теорії шліфування (вплив режимних факторів обробки, матеріалу зерна і зернистості абразивних інструментів, зв'язки абразивів, мастильно-охолоджуючої рідини, наклепу) підтверджені при тонкому шліфуванні сучасних високолегованих пермалоїв інструментами з СНМ.

Рис. 6 Горизонтальна складова пружності поля робочого зазору магнітних головок, оброблених шліфуванням абразивними кругами:

1 - АСМ14Бр1100%; 2 - ЛОМ14Бр1100%; 3 - ВоМ14Br100%

3. На основі положень загальної теорії магнетизму були отримані залежності початкової магнітної проникливості mо і коерцетивної сили Нс від остаточних внутрішніх напруг sі, що характеризує наклеп, який утворюється при тонкому шліфуванні інструментами з СНМ. Всебічно досліджено параметри наклепу, як результату спільної взаємодії силового і температурного полів.

4. Вибрана і проаналізована модель РП Аі з урахуванням технології обробки і структури інструменту. В якості узагальнюючого параметру для оцінки впливу випадкових факторів на РП запропоновано кут нахилу опорної поверхні aс. В якості інтегральних характеристик РП запропоновано використовувати відносний профіль ts і відносний об'єм tv.

5. Встановлені моделі зв'язку між шорсткістю поверхонь, параметрами наклепу, параметрами поля робочого зазору і режимними факторами тонкої обробки сучасних високолегованих магнітно-м'яких сплавів інструментами з надтвердих матеріалів. Розроблені практичні рекомендації для шліфування магнітних головок (режими обробки, інструменти, 30Р).

6. Встановлено, що з метою утримання мінімальної шорсткості і наклепу тонке шліфування поверхонь магнітних головок інструментами з СНМ рекомендується виконувати з наступними режимами і інструментами: швидкість кругу Vкр= 22-35 м/с швидкість виробу Vв=2-5 м/хв, глибина різання t=0,002 - 0,005 мм., поперечна подача Sn=0,1 - 0,2 мм/дв.хід, шліфувальний круг - BoM14Br100%, ЛОМ14Бр1100%, АСМ14Бр1 100%, КНБ14Бр1100%, 30Р - “Аквол-10”.

7. Всебічне дослідження магнітних полів над робочими зазорами реальних магнітних головок шириною 3-5 мкм з використанням магнітно-оптичного He-Ne лазерного обладнання показало, що на конфігурацію поля робочого зазору суттєво впливають параметри шорсткості і наклепу. Найкращі результати отримані при шліфуванні магнітних головок ельборовими, боразоновими і алмазними інструментами.

8. Доведено, що тонке шліфування інструментами з СНМ поліпшує експлуатаційні характеристики магнітних головок, які відповідають безперервно зростаючим вимогам технічних умов апаратурних комплексів.

9. Апробація нових технологій шліфування на заводі фірми “Sanjo”, м. Коломбо (Республіка Шрі-Ланка) дозволила отримати позитивні результати і очікувати умовного економічного ефекту у розмірі 65 тис. дол. США.

Список публікацій по темі дисертації

1. Гавриш А.П, Срінівасан М.М., Гавриш О.А., Бататампа Сіріра Д.Г. Особливості ельборового шліфування магнітно-м'яких сплавів. В кн.: “Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века” (том 1), Труды Дон ГТУ, изд. Дон ГТУ, Донецк, 1999, с. 166-168.

2. Гавриш А.П, Бататампа Сіріра Д.Г., Роїк Т.А., Рібхі Абу-Асаль. Забезпечення якості поверхні деталей з магнітно-м'яких матеріалів тонким алмазним шліфуванням. Сб.: “Вісник Українського будинку економічних та науково-технічних знань”, № 5, 1999, с. 14-16.

3. Гавриш А.П, Мохан Срінівасан, Гавриш О.А., Бататампа Сіріра Д.Г. Тонка обробка магнітном'яких матеріалів абразивними і алмазними кругами. Сб.: “Наукові вісті національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”, № 1, 2000, с. 57-60.

4. Гавриш А.П., Срінівасан Мохан, Бататампа Сіріра Д.Г., Рібхі Абу-Асаль. Вплив технологічних факторів шліфування на поле робочого зазору магнітних головок. Сб.: “Вестник Киевского политехнического института”, № 37, 1999, с. 95-104.

5. Гавриш А.П., Срінівасан М., Бататампа Сіріра Д.Г., Гавриш О.А. Тонка обробка магнітно-м'яких матеріалів абразивними і алмазними кругами. Сб.: “Надежность режущего инструмента, оптимизация технологических систем”, (Труды ДГМА, г. Краматорск), 1999, с. 130-136.

6. Гавриш А.П., Ибрагим Аль-Рефо, Рибхи Абу-Асаль, Бататампа Сіріра. Исследование закономерностей образования наклепа при шлифовании и доводке магнітно-м'яких сплавов новыми абразивными инструментами. Сб.: “Вісті інженерної академії наук України” (спеціальний тематичний додаток відділення “Важкого і транспортного машинобудування”), вип. № 4, 1999, с. 75-85.

7. Гавриш А.П., Рибхи Абу-Асаль, Срінівасан Мохан, Бататампа Сіріра. Особенности применения СОЖ при шлифовании магнитно-мягких материалов. Сб.: “Вісті інженерної академії наук України” (спеціальний тематичний додаток відділення “Важкого і транспортного машинобудування”), вип. № 4, 1999, с. 49-57.

8. Гавриш А.П., Бататампа Сіріра, Рибхи Абу-Асаль, Ахмет Фахури. Алмазное шлифование магнитно-мягких сплавов. Сб.: “Надійність інструменту і оптимізація технологічних систем” (Наукові праці ДДМА, м. Краматорськ), № 9, 1999, с. 212-217.

9. Гавриш А.П., Бататампа Сисире, Рибхи Абу-Асаль. Влияние технологических факторов шлифования на поле рабочего зазора магнитных головок. Сб.: “Вісник технологічного університету Поділля”, № 3, 1999, с.20-26.

Анотація

Бататампа Вітанаге Сісіра Джанака Гунавардена. ЯКІСТЬ ПОВЕРХОНЬ ДЕТАЛЕЙ З МАГНІТНО-М'ЯКИХ СПЛАВІВ ПРИ ШЛІФУВАННІ ІНСТРУМЕНТАМИ З СИНТЕТИЧНИХ НАДТВЕРДИХ МАТЕРІАЛІВ. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціаль- ністю 05.02.08 - Технологія машинобудування. НТУУ “КПІ”, Київ, 2001 р.

В дисертації викладено результати експериментального дослідження обробки шліфуванням магнітно-м'яких сплавів Mu-metal, Supermaloy, Alfo, 81НМТ інструментами з надтвердих матеріалів для сердечників блоків головок. Вивчені особливості тонкого плоского шліфування деталей головок. Виявлені закономірності впливу основних технологічних факторів на вихідні параметри магнітних головок, що дозволило створити раціональні технологічні процеси тонкого шліфування площин роз'ємів і робочих поверхонь блоків головок інструментами з СНМ. Ключові слова: обробка інструментами з синтетичних матеріалів, магнітні головки.

Аннотация

Бататампа Витанаге Сисира Джанака Гунавардена. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ИЗ МАГНИТНО-МЯГКИХ СПЛАВОВ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ИНСТРУМЕНТАМИ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08- Технология машиностроения. НТУУ “КПИ”, Киев, 2001.

В диссертации изложены результаты экспериментальных исследований обработки шлифованием инструментами из синтетических сверхтвердых материалов магнитно-мягких сплавов Mu-metal, Supermaloy, Alfo 81НМТ для сердечников блоков головок. Изучены особенности тонкого плоского шлифования деталей головок. Исследовано влияние режимных факторов резания, состава шлифовальных инструментов, смазочно-охлаждающей среды на параметры шероховатости, точности, глубины и степени наклепа. Механизм образования наклепа рассмотрен как результат взаимодействия упрочнения обрабатываемого поверхностного слоя от силового поля и разупрочнения (отдыха) от действия мгновенных контактных температур.

Изучены составляющие сил резания и температуры в зоне шлифования при тонких сечения среза, обеспечивающих нагрев поверхности обработки ниже критических значений точки Кюри.Для современных высоколегированных с содержанием титана, иридия, хрома, молибдена железо-никелевых сплавов Mu-metal (ФРГ), Supermaloy (США), Alfo (Япония) и 81НМТ (Россия) мгновенные контактные температуры шлифования не превышают значений 250-350 °С, что в сочетании с минимальными усилиями шлифования с тонкими режимами резания обуславливает минимальные остаточные напряжения второго рода и способствует получению максимальных значений начальной магнитной проницаемости в поверхностной зоне. С помощью гелий-неонового лазера исследованы напряженность и крутизна спада вектора поля над реальными рабочими зазорами толщиной 5-10 мкм. Изучена зависимость износа инструментов при взаимодействии с разными материалами на основе баланса расхода абразивных зерен непосредственно в инструменте в условиях эксплуатации, при этом износ оценивался удельным или относительным расходом абразивного материала. Установлены закономерности расхода отдельных зерен при разных типах износа - диффузии и графитизации (алмаз-сталь) и под воздействием адгезионных явлений (алмаз - титановый сплав). С учетом полученных результатов исследованы показатели удельных затрат алмазов, боразона и кубонита и получены зависимости для условий шлифования титано-кобальтовых пермаллоев типа Мu-metal, Supermaloy и 81НМТ. На основе полученных результатов созданы рациональные технологические процессы тонкого шлифования инструментами из СТМ поверхностей разъема и рабочих поверхностей блоков головок. Ключевые слова: обработка инструментами из сверхтвердых синтетических материалов, магнитные головки.

Summary

Batatampa Vitanage Sisira Janaka Vardena. QUALITY OF SURFACES OF DETALS FROM MAGNETIK - MILD ALLOES UNDER GRINDING OF SUPERHARDNESS MATERIALS. - a Manuscript. Thesis on cosearching for a teaching degrees of candidate of technical sciences on professions 05.02.08 - Technology of machine building. NTUU “KPI”, Kyiv, 2001.

In thesis are results of experimental studies of processing by polishing of superhadness materials is magnetic-mild alloys Mu-metal, Supermaloy, Alfo 81НМТ for blocks of heads. Studied particularities fine flat and external round polishing the details of heads. Reveal regularities of influence of main technological factors on output parameters of magnetic heads, that has allow to create rational technological processes of fine abrasive polishing the surfaces of connectors and working surfaces of blocks of heads instrument from SHM. Keywords: processing of instrument from superhardness materials, magnetic heads.

Размещено на Allbest.ru

...