НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УКРА-Ї-НИ “

КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

БАТАТАМПА ВІТАНАГЕ СІСІРА ДЖАНАКА ГУНАВАРДЕНА

(Республіка Шрі-Ланка)

УДК.621.923-924

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

Спе-ці-аль-ність 05.02.08 - “Технологія ма-ши-но-бу-ду-ван-ня”

АВТОРЕФЕРАТ

ди-сер-та-ції на здо-бут-тя вче-но-го сту-пе-ня

кан-ди-да-та тех-ні-ч-них на-ук

Ки-їв - 2001

Ро-бо-та ви-ко-на-на у На-ці-о-наль-но-му тех-ні-ч-но-му уні-вер-си-те-ті Укра-ї-ни “Київський по-лі-те-х-ні-ч-ний ін-сти-тут”.

На-у-ко-вий ке-рі-в-ник: 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”.

Офі-цій-ні опо-нен-ти: 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.

Ве-ду-ча ор-га-ні-за-ція: Хар-ків-сь-кий на-у-ко-во--до-с-лі-д-ний ін-сти-тут тех-но-ло-гії ма-ши-но-бу-ду-ван-ня.

За-хист від-бу-де-ть-ся “19” березня 2001 р. о 15 го-ди-ні на за-сі-дан-ні спе-ці-а-лі-зо-ва-ної ра-ди Д 26.002.11 у На-ці-о-наль-но-му тех-ні-ч-но-му уні-вер-си-те-ті Укра-ї-ни “Київський по-лі-те-х-ні-ч-ний ін-сти-тут” за ад-ре-сою: 03056, Ки-їв, про-спект Пе-ре-мо-ги, 37, навчаль-ний кор-пус №1, ауд. 214.

Про-си-мо при-йня-ти участь у за-сі-дан-ні ра-ди або ви-сла-ти від-гук у двох при-мі-р-ни-ках з під-пи-са-ми, за-ві-ре-ним пе-ча-т-ка-ми Ва-шої ор-га-ні-за-ції, на ім’я вче-но-го се-к-ре-та-ря спе-ці-а-лі-зо-ва-ної ра-ди по ви-ще-за-зна-че-ній ад-ре-сі.

З ди-сер-та-ці-єю мо-ж-на озна-йо-ми-ти-ся у на-у-ко-во--те-х-ні-ч-ній біб-ліо-те-ці НТУУ “КПІ”.

Ав-то-ре-фе-рат ро-зі-сла-но 30 січня 2001 р.

Вче-ний се-к-ре-тар спе-ці-а-лі-зо-ва-ної ра-ди,

кандидат тех-ні-ч-них на-ук, 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.

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.

Впро-ва-джен-ня. Но-ві тех-но-ло-гі-ч-ні про-це-си пройшли апробацію в умовах ви-ро-б-ни-ц-т-ва фірми “Sanjo” (м. Коломбо, республіка Шрі-Ланка) з очікуваним економічним ефектом 65 тис. доларів США.

Ап-ро-ба-ція ре-зуль-та-тів. Ос-но-в-ні ре-зуль-та-ти ро-бо-ти до-по-ві-да-ли-ся і об-го-во-рю-ва-ли-ся на між-на-ро-д-них і укра-їн-сь-ких на-у-ко-во--те-х-ні-ч-них кон-фе-ре-н-ці-ях по но-вим до-ся-г-нен-ням і пер-с-пе-к-ти-вам роз-ви-т-ку в га-лу-зі оздо-б-лю-валь-ної об-роб-ки де-та-лей ма-шин, в то-му чи-с-лі на між-на-ро-д-них кон-фе-ре-н-ці-ях “Высокие тех-но-ло-гии в ма-ши-но-с-т-ро-е-нии” - “Ин-тер-пар-т-нер - 2000 (Ха-рь-ков - Алу-ш-та, 2000), “Машиностроение и тех-но-с-фе-ра на ру-бе-же XXI ве-ка” (До-нецк-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 ре-мо-н-та ма-шин, ме-ха-ни-з-мов, обо-ру-до-ва-ния” - “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).

Пу-б-лі-ка-ції. По ма-те-рі-а-лам ди-сер-та-ції опу-б-лі-ко-ва-но 9 дру-ко-ва-них ро-біт, в то-му чи-с-лі 7 ста-тей у фахових виданнях.

Стру-к-ту-ра і об-сяг ро-бо-ти. Ди-сер-та-ція скла-да-є-ть-ся з всту-пу чо-ти-рьох роз-ді-лів, ви-снов-ків, спи-с-ку лі-те-ра-ту-ри. Ро-бо-та мі-с-тить 161 сто-рінку, в то-му чи-с-лі 121 сто-рі-нки те-к-с-ту, 23 ма-люн-ки і 39 таб-лиць, спи-сок лі-те-ра-ту-ри з 156 дже-ре-л.

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 тре-тьо-му роз-ді-лі на-ве-де-на ме-то-ди-ка до-слі-джень. Екс-пе-ри-мен-таль-ні до-слі-джен-ня ви-ко-ну-ва-лись на тех-но-ло-гі-ч-них зраз-ках Ж20 мм зав-тов-ш-ки 1 мм після необхідного вакуумного віджигу. Розроблені рекомендації далі були перевірені при виконанні експериментів на 4- і 7- до-ріж-ко-вих ма-г-ні-т-них го-лов-ках.

Шор-с-т-кість по-вер-хонь до-слі-джу-ва-лась на про-фі-ло-г-ра-фі мод. 201. Не-пло-щин-ність ви-мі-рю-ва-лась ін-тер-фе-ро-цій-ним склом.

Для до-слі-джен-ня за-ко-но-мі-р-но-с-тей утво-рен-ня на-кле-пу за-сто-со-ву-ва-лись рі-з-ні за-со-би - рен-т-ге-но-с-т-ру-к-ту-р-ний ана-ліз, ме-та-ло-гра-фі-ч-ний ана-ліз, ви-со-ко-ча-с-то-т-не зон-ду-ван-ня. Для тон-ко-го шлі-фу-ван-ня ви-ко-ри-с-то-ву-ва-лись кубонітові (КНБ), боразонові (Во), ал-ма-з-ні і ельборові (Ло) кру-ги зе-р-ни-с-ті-с-тю 100, 50, 28, 14, 7 мкм на ела-с-ти-ч-них і ке-ра-мі-ч-них зв’язках. Для по-рі-в-нян-ня по-ка-з-ни-ків яко-с-ті по-вер-х-ні окре-мі зраз-ки бу-ли про-ш-лі-фо-ва-ні аб-ра-зи-ва-ми на ос-но-ві ка-р-бі-да кре-м-нія зе-ле-но-го (63С).

Для тон-ко-го оздо-б-лю-валь-но-го шлі-фу-ван-ня ви-ко-ри-с-то-ву-ва-лись пре-ци-зій-ні вер-с-та-ти - для пло-с-ко-го шлі-фу-ван-ня FF-350 (ФРН) і для зо-в-ні-ш-ньо-го кру-г-ло-го шлі-фу-ван-ня SU-125 (ФРН).

Ре-жи-ми шлі-фу-ван-ня змі-ню-ва-лись в ді-а-па-зо-ні: швид-кість кру-гу - 22-30 м/с, про-до-ль-на по-да-ча - 2, 5, 10, 15 мм/хв, по-пе-ре-чна по-да-ча - 0,1; 0,2; 0,5; 0,7; 1,0 мм/дв.хід, гли-би-на шлі-фу-ван-ня - 0,002; 0,01; 0,02; 0,05 мм.

Для ви-мі-рю-ван-ня скла-до-вих зу-силь рі-зан-ня ви-ко-ри-с-то-ву-ва-в-ся те-н-зо-ме-т-ри-ч-ний стіл.

Ви-мі-рю-ван-ня мит-тє-вих кон-та-к-т-них тем-пе-ра-тур ви-ко-ну-ва-лось двохеле-к-т-ро-д-ни-ми хро-мель--алю-меле-ви-ми тер-мо-па-ра-ми, га-ря-чим спа-єм яких є зра-зок, що шлі-фу-є-ть-ся (рис.1).

Ро-бо-чі па-ра-ме-т-ри го-ло-вок ви-мі-рю-ва-лись на стен-ді фі-р-ми “Ampex” (США) зі стрі-ч-кою РЕ-41.

Для оцін-ки екс-пе-ри-мен-таль-них ре-зуль-та-тів ви-ко-ри-с-то-ву-ва-лись ме-то-ди те-о-рії ві-ро-гі-д-но-с-ті і ма-те-ма-ти-ч-ної ста-ти-с-ти-ки (кри-те-рій Стю-ден-та, кри-те-рій Фі-ше-ра, ко-ре-ля-цій-не спів-від-но-шен-ня, ко-е-фі-ці-є-н-ти па-р-ної і ба-га-то-фа-к-то-р-ної ко-ре-ля-ції). На ос-но-ві ма-те-ма-ти-ч-но-го ана-лі-зу отри-му-ва-лись мо-де-лі, які зв’я-зу-ють рі-з-ні фа-к-то-ри, фор-му-лю-ва-лись за-галь-ні ви-снов-ки. Ві-ро-гі-д-ність отри-ма-них та-ким чи-ном ре-зуль-та-тів ха-ра-к-те-ри-зу-є-ть-ся рі-в-нем імо-ві-р-но-с-ті 95%.

Для шлі-фу-ван-ня ви-ко-ри-с-то-ву-ва-лись мастильно--охо-ло-джу-ю-чі рі-ди-ни (30Р), зокрема рідина Cindolube 173Ep (ФРН) і 5%-ний водний розчин продукту “Аквол-10” (Україна) .

Вивчен-ня ма-г-ні-т-них по-лів над ро-бо-чим за-зо-ром здій-с-ню-ва-лись на ма-к-ро-мо-де-лі і з до-по-мо-гою ма-г-ні-то-оп-ти-ч-но-го мето-ду .

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.

До-слі-джен-ня фа-к-ти-ч-но-го зв’яз-ку між ви-со-тою не-рі-в-но-с-тей і ре-жи-м-ни-ми фа-к-то-ра-ми боразонового шлі-фу-ван-ня ме-то-да-ми мно-жин-ної ко-ре-ля-ції до-зво-ли-ло отри-ма-ти мо-дель, яка має ви-гляд:

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

Отри-ма-ні ви-снов-ки під-т-вер-джу-ю-ть-ся при тон-ко-му пло-с-ко-му шлі-фу-ван-ні ма-г-ні-т-но-м’яких спла-вів ін-ст-ру-мен-та-ми з різних СНМ (боразон, алмаз, ельбор, кубоніт) зе-р-ни-с-тістю 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 вста-но-в-лен-ня оп-ти-маль-но-го ре-жи-му шлі-фу-ван-ня, що за-без-пе-чує ма-к-си-маль-не збе-ре-жен-ня ма-г-ні-т-них вла-с-ти-во-с-тей спла-ву бу-ли про-ве-де-ні до-слі-джен-ня мит-тє-вих кон-та-к-т-них тем-пе-ра-тур і скла-до-вих сил рі-зан-ня Рz, Рх, Ру.

При шлі-фу-ван-ні інструментами з СНМ з тон-ки-ми ре-жи-ма-ми рі-зан-ня отри-ма-ні мі-ні-маль-ні зна-чен-ня тем-пе-ра-тур (~200°С), які не пе-ре-ви-щу-ють по-ка-з-ни-ки то-ч-ки Кю-рі, а та-кож мі-ні-маль-ні зна-чен-ня сил шлі-фу-ван-ня Рz, Ру і їх спів-від-но-шен-ня Рz/Ру. Вста-но-в-ле-но, що вза-є-мо-дія си-ло-во-го і тем-пе-ра-ту-р-но-го по-лів зме-н-шу-ють до min по-ка-з-ни-ки на-кле-пу Нд, В(311), Dа/а.

По ре-зуль-та-тах до-слі-джен-ня па-ра-ме-т-рів на-кле-пу мо-ж-на зро-би-ти та-кі ви-снов-ки:

1. Об-роб-ка високолегованих пермалоїв типу “Supermaloy” і 81НМТ, боразоновими, кубонітовими, ельборовими і ал-ма-з-ни-ми кру-га-ми на ела-с-ти-ч-них зв’яз-ках за-без-пе-чує ме-н-ший на-клеп, ніж при шлі-фу-ван-ні ін-ст-ру-мен-та-ми на ке-ра-мі-ч-ній зв’я-з-ці.

2. При шлі-фу-ван-ні ма-г-ні-т-но-м’яких спла-вів інструментами з СМН най-ме-н-ші втра-ти ма-г-ні-т-них па-ра-ме-т-рів за-без-пе-чу-ють ельборові і ал-ма-з-ні ін-ст-ру-мен-ти при цьому просліджується залежність зме-н-шення наклепу із зме-н-шен-ням зе-р-ни-с-то-с-ті ін-ст-ру-мен-тів. Па-ра-ме-т-ри на-кле-пу мають тісний зв’я-зок з по-ча-т-ко-вою ма-г-ні-т-ною про-ни-к-ні-с-тю mо .

3. Гли-би-на на-кле-па-ної зо-ни розповсюджується до мінімального рівня 5-8 мкм при роз-мі-рі зе-р-на 7-14 мкм. Змі-на ма-г-ні-т-ної проникливості mо у на-кле-па-ній зо-ні підкорюється параболі.

Ос-та-то-ч-них на-пруги роз-тя-гу 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).

Бу-ли ви-ко-на-ні ма-г-ні-т-но--оп-ти-ч-ні до-слі-джен-ня ре-аль-них по-лів над ро-бо-чи-ми за-зо-ра-ми то-в-щи-ною 3-10 мкм.

Вста-но-в-ле-но, що най-ме-н-ше де-фор-мує по-ле тон-ке ал-ма-з-не шлі-фу-ван-ня, що по-яс-ню-є-ть-ся мі-ні-маль-ною шор-с-т-кі-с-тю по-вер-х-ні і мі-ні-маль-ною гли-би-ною на-кле-пу у по-вер-х-не-во-му ша-рі де-та-лей пі-с-ля шлі-фу-ван-ня.

Де-які екс-пе-ри-мен-таль-ні да-ні на-ве-де-но на рис. 6. Аналіз показує, що найкращі параметри поля забезпечує шліфування ельбором і алмазом. Дещо гірші результати забезпечує шліфування боразоном. Вра-хо-ву-ю-чі отри-ма-ні ре-зуль-та-ти бу-ли об-ро-б-ле-ні і досліджені параметри екс-пе-ри-мен-таль-них бло-ків ма-г-ні-т-них го-ло-вок. Доведено, що їх ви-хі-д-ні ек-с-п-лу-а-та-цій-ні па-ра-ме-т-ри від-по-ві-да-ють ви-мо-гам тех-ні-ч-них умов і ма-ють най-кра-щі по-ка-з-ни-ки при тон-ко-му шлі-фу-ван-ні ельборовими, ал-ма-з-ни-ми і боразоновими ін-ст-ру-мен-та-ми ти-пу 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 по-ло-жен-ня те-о-рії шлі-фу-ван-ня (вплив ре-жи-м-них фа-к-то-рів об-роб-ки, ма-те-рі-а-лу зе-р-на і зе-р-ни-с-то-с-ті аб-ра-зи-в-них ін-ст-ру-мен-тів, зв’яз-ки аб-ра-зи-вів, мастильно--охо-ло-джу-ю-чої рі-ди-ни, на-кле-пу) під-т-вер-джені при тон-ко-му шлі-фу-ван-ні 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 шор-с-т-кі-с-тю по-вер-хонь, па-ра-ме-т-ра-ми на-кле-пу, па-ра-ме-т-ра-ми по-ля ро-бо-чо-го за-зо-ру і ре-жи-м-ни-ми фа-к-то-ра-ми тонкої об-роб-ки сучасних високолегованих ма-г-ні-т-но-м’яких спла-вів інструментами з надтвердих матеріалів. Роз-ро-б-ле-ні пра-к-ти-ч-ні ре-ко-мен-да-ції для шлі-фу-ван-ня ма-г-ні-т-них го-ло-вок (ре-жи-ми об-роб-ки, ін-ст-ру-мен-ти, 30Р).

6. Вста-но-в-ле-но, що з ме-тою утри-ман-ня мі-ні-маль-ної шор-с-т-ко-с-ті і на-кле-пу тон-ке шлі-фу-ван-ня по-вер-хонь магнітних головок інструментами з СНМ ре-ко-мен-ду-є-ть-ся ви-ко-ну-ва-ти з на-сту-п-ни-ми ре-жи-ма-ми і ін-ст-ру-мен-та-ми: швид-кість кругу Vкр= 22-35 м/с швид-кість ви-ро-бу Vв=2-5 м/хв, гли-би-на рі-зан-ня t=0,002 - 0,005 мм., по-пе-ре-чна по-да-ча Sn=0,1 - 0,2 мм/дв.хід, шлі-фу-валь-ний круг – BoM14Br100%, ЛОМ14Бр1100%, АСМ14Бр1 100%, КНБ14Бр1100%, 30Р - “Аквол-10”.

7. Все-бі-ч-не до-слі-джен-ня ма-г-ні-т-них по-лів над ро-бо-чи-ми за-зо-ра-ми реальних ма-г-ні-т-них го-ло-вок ши-ри-ною 3-5 мкм з ви-ко-ри-с-тан-ням ма-г-ні-т-но--оп-ти-ч-но-го He-Ne ла-зе-р-но-го об-ла-д-нан-ня по-ка-за-ло, що на кон-фі-гу-ра-цію по-ля ро-бо-чо-го за-зо-ру суттєво впливають па-ра-ме-т-ри шор-с-т-ко-с-ті і на-кле-пу. Най-кра-щі ре-зуль-та-ти отри-ма-ні при шлі-фу-ван-ні ма-г-ні-т-них го-ло-вок ельборовими, боразоновими і ал-ма-з-ни-ми ін-ст-ру-мен-та-ми.

8. До-ве-де-но, що тон-ке шлі-фу-ван-ня інструментами з СНМ по-лі-п-шує ек-с-п-лу-а-та-цій-ні ха-ра-к-те-ри-с-ти-ки ма-г-ні-т-них го-ло-вок, які від-по-ві-да-ють без-пе-рер-в-но зро-с-та-ю-чим ви-мо-гам тех-ні-ч-них умов апа-ра-ту-р-них ком-п-ле-к-сів.

9. Апробація но-вих тех-но-ло-гій шлі-фу-ван-ня 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 ДИ-СЕР-ТА-ЦІЇ.

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. - Ру-ко-пис. Ди-сер-та-ція на здо-бут-тя на-у-ко-во-го сту-пе-ня кан-ди-да-та тех-ні-ч-них на-ук за спе-ці-аль- -ні-с-тю 05.02.08 - Тех-но-ло-гія ма-ши-но-бу-ду-ван-ня. НТУУ “КПІ”, Ки-їв, 2001 р.

В ди-сер-та-ції ви-кла-де-но ре-зуль-та-ти екс-пе-ри-мен-таль-но-го до-слі-джен-ня об-роб-ки шлі-фу-ван-ням ма-г-ні-т-но-м’яких спла-вів Mu-metal, Supermaloy, Alfo, 81НМТ інструментами з надтвердих матеріалів для сер-де-ч-ни-ків бло-ків го-ло-вок. Вивче-ні осо-б-ли-во-с-ті тон-ко-го пло-с-ко-го шлі-фу-ван-ня де-та-лей го-ло-вок. Ви-яв-ле-ні за-ко-но-мі-р-но-с-ті впли-ву ос-но-в-них тех-но-ло-гі-ч-них фа-к-то-рів на ви-хі-д-ні па-ра-ме-т-ри ма-г-ні-т-них го-ло-вок, що до-зво-ли-ло ство-ри-ти ра-ці-о-наль-ні тех-но-ло-гі-ч-ні про-це-си тон-ко-го шлі-фу-ван-ня пло-щин роз’ємів і ро-бо-чих по-вер-хонь бло-ків го-ло-вок інструментами з СНМ. Клю-чо-ві сло-ва: обробка інструментами з синтетичних матеріалів, ма-г-ні-т-ні го-лов-ки.

АННОТАЦИЯ

Бататампа Витанаге Сисира Джанака Гунавардена. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ИЗ МАГНИТНО-МЯГКИХ СПЛАВОВ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ИНСТРУМЕНТАМИ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ. - Ру-ко-пись. Ди-с-сер-та-ция на со-и-с-ка-ние уче-ной сте-пе-ни кан-ди-да-та тех-ни-че-с-ких на-ук по спе-ци-аль-но-с-ти 05.02.08- Тех-но-ло-гия ма-ши-но-с-т-ро-е-ния. НТУУ “КПИ”, Ки-ев, 2001.

В ди-с-сер-та-ции из-ло-же-ны ре-зуль-та-ты эк-с-пе-ри-мен-таль-ных ис-с-ле-до-ва-ний об-ра-бо-т-ки шли-фо-ва-ни-ем инструментами из синтетических сверхтвердых материалов ма-г-ни-т-но--мя-г-ких спла-вов Mu-metal, Supermaloy, Alfo 81НМТ для сер-де-ч-ни-ков бло-ков го-ло-вок. Изу-че-ны осо-бен-но-с-ти тон-ко-го пло-с-ко-го шли-фо-ва-ния де-та-лей го-ло-вок. Ис-с-ле-до-ва-но вли-я-ние ре-жи-м-ных фа-к-то-ров ре-за-ния, со-с-та-ва шлифоваль-ных ин-с-т-ру-мен-тов, сма-зо-ч-но--ох-ла-ж-да-ю-щей сре-ды на па-ра-ме-т-ры ше-ро-хо-ва-то-с-ти, то-ч-но-с-ти, глу-би-ны и сте-пе-ни на-кле-па. Ме-ха-низм об-ра-зо-ва-ния на-кле-па ра-с-с-мо-т-рен как ре-зуль-тат вза-и-мо-дей-с-т-вия упро-ч-не-ния об-ра-ба-ты-ва-е-мо-го по-вер-х-но-с-т-но-го слоя от си-ло-во-го по-ля и ра-зу-п-ро-ч-не-ния (от-ды-ха) от дей-с-т-вия мгно-вен-ных кон-та-к-т-ных тем-пе-ра-тур.

Изу-че-ны со-с-та-в-ля-ю-щие сил ре-за-ния и тем-пе-ра-ту-ры в зо-не шли-фо-ва-ния при тон-ких се-че-ния сре-за, обе-с-пе-чи-ва-ю-щих на-грев по-вер-х-но-с-ти об-ра-бо-т-ки ни-же кри-ти-че-с-ких зна-че-ний то-ч-ки Кю-ри.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 по-мо-щью ге-лий--не-о-но-во-го ла-зе-ра ис-с-ле-до-ва-ны на-пря-жен-ность и кру-ти-з-на спа-да ве-к-то-ра по-ля над ре-аль-ны-ми ра-бо-чи-ми за-зо-ра-ми то-л-щи-ной 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 ос-но-ве по-лу-чен-ных ре-зуль-та-тов со-з-да-ны ра-ци-о-наль-ные тех-но-ло-ги-че-с-кие про-цес-сы тон-ко-го шли-фо-ва-ния инструментами из СТМ по-вер-х-но-с-тей ра-з-ъе-ма и ра-бо-чих по-вер-х-но-с-тей бло-ков го-ло-вок. Клю-че-вые сло-ва: об-ра-бо-т-ка инструментами из сверхтвердых синтетических материалов, ма-г-ни-т-ные го-лов-ки.

SAMMARY

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.