EP1335813B1 - Verfahren und vorrichtung zur oberflächenbehandlung von gegenständen - Google Patents

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EP1335813B1
EP1335813B1 EP01993526A EP01993526A EP1335813B1 EP 1335813 B1 EP1335813 B1 EP 1335813B1 EP 01993526 A EP01993526 A EP 01993526A EP 01993526 A EP01993526 A EP 01993526A EP 1335813 B1 EP1335813 B1 EP 1335813B1
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EP
European Patent Office
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inductor
magnetic
working
magnets
inductors
Prior art date
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EP01993526A
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French (fr)
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EP1335813A1 (de
Inventor
Sergey Prikhodko
Reinhard Wolf
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PRIKHODKO DR SERGEY
Original Assignee
PRIKHODKO DR SERGEY
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Publication date
Application filed by PRIKHODKO DR SERGEY filed Critical PRIKHODKO DR SERGEY
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Application granted granted Critical
Publication of EP1335813B1 publication Critical patent/EP1335813B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/005—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes using a magnetic polishing agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B31/00—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor
    • B24B31/10—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor involving other means for tumbling of work
    • B24B31/102—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor involving other means for tumbling of work using an alternating magnetic field

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for surface treatment of objects, in particular with a complicated configuration, according to the preambles of claims 1 and 5.
  • a device is known from the Sü-500044 with which it is possible to machine parts by means of grinding and influencing the magnetic field.
  • the part to be machined is arranged between rotating and stationary magnetic iron ( ⁇ yoke • made of magnetic material) of a magnetic field system.
  • the surface of one pole of the magnet iron of the magnet field system consists of an even number of spherical segments with alternating polarity, the surface- 'of the other pole of the magnet iron consists of an even number of sectors of alternating polarity.
  • this material when processing a material with magnetic properties, this material constitutes a screen between the movable and non-movable magnet irons and thus prevents the magnetic fluxes of both magnet systems from influencing one another.
  • the magnetic flux searches for the shortest path between the poles, i.e. the main magnetic current runs from the north pole via the metal layer of the material to be processed, which leads directly to the surface, to the south pole of the movable magnetic iron.
  • An insignificant magnetic flux leads across the air space (working zone) with the abrasive between the neighboring poles of the moving magnetic iron. No processing takes place.
  • the rotating magnet system in the described device also creates a processing speed that changes from the maximum on the outer diameter of the system to zero on the axis of rotation.
  • the processing is consequently very uneven and unsuitable for many applications.
  • .us of DE 28 26 554 C2 is one compared to Sü 5000444 itwas.
  • Known improved solution but does not overcome the disadvantages already made.
  • the workpiece »machining should in turn take place in a magnetic field with a constant direction. Ejecting grinding powder from the. for the working zone is to be avoided by reducing the rotation of the plate with the workpiece, but this further reduces the effectiveness of the machining.
  • JP 62-39172A is an arrangement for polishing a
  • the workpiece to be machined may be a maximum of 2 mm to 3 mm thick in order to be able to be machined at all. If the material has larger nicks or non-magnetic materials, no grinding powder gets onto the surface of the workpiece, the magnetic flux does not run over the workpiece.
  • the document DE 28 21 783 C2 describes the polishing of a rotating workpiece in a magnetic field of an electromagnet with a constant direction of magnetization.
  • the magnetic field is very weak, an auxiliary body is required for the movement of the grinding powder. There is no combined processing, plastic deformation of the surface, mechanical processing of the surface, magnetic processing.
  • US 473 . 0418 describes a surface treatment of workpieces that cannot take place evenly because the desired uniform concentration of the magnetic flux on the surface is not achieved.
  • the magnetic induction and the magnetic force are low on the surface. Combined processing is not possible.
  • the magnetic field has a constant direction here too - with the disadvantages described. There is no concentration of the magnetic flux on the poles.
  • the object of the invention is to overcome the known disadvantages of the prior art. Avoid technology and a. Generic method and a generic device to develop, • with which the surface properties of an object to be processed to increase the strength and. Service life can be influenced in a targeted manner by directing the oscillating movement of particles of a magnetic abrasive onto the surface to be processed by increasing the magnetic current in the working zone.
  • the method according to the invention is characterized in that the surface of the object to be treated is simultaneously exposed to at least one variable magnetic field with alternating magnetization direction and a static magnetic field with constant magnetization direction, the respective magnetic field in the object to be processed in each case causing a different frequency of ummagnetization, and that at the same time as the magnetic field effect, the surface of the object is subjected to plastic deformation and a material removal process such as cutting, polishing, deburring.
  • the device according to the invention is characterized in that the object to be processed is arranged to be movable independently of the rotary drive of the one inductor and that) two working zones are formed between the inductors, and at least one of the inductors is cylindrical " and that the working surfaces of the inductors are arranged parallel to one another, the rotatable inductor being arranged in relation to the fixed inductor in such a way that the " working surface of the fixed ' inductor is not that covers the entire working surface of the rotatable inductor, whereby- • in the. an inductor. Cuboid magnets. and magnet iron alternately and the magnets are arranged radially in the rotatable inductor.
  • the surface properties of objects can be influenced in a targeted manner in order to • a. to achieve increased 'surface hardness and an increase in service life.
  • the surface roughness can be reduced, edges rounded and burrs removed.
  • objects with a complicated configuration can be processed with little economic effort.
  • the cyclic polarization and demagnetization of the material improves the material structure by changing the chemical and physical properties of the upper material layers, e.g. Compression behavior, strength limits with regard to tearing, twisting, reduction of dry friction (coefficient of friction).
  • the thermal load on the surface during processing is significantly lower than in comparable methods.
  • Objects with surfaces made of magnetic as well as non-magnetic materials can be processed, including hard metals with low magnetic conductivity.
  • FIG. 2 the schematic side view of a detail of FIG. 1 (work zone),
  • Fig. 4 the sectional view through the fixed inductor.
  • the device according to the invention essentially consists of an inductor 1 driven by an electric motor 13, a gear 14 and spindles 15, 16, a fixed inductor 4, clamping spindles 18, 19, a rotating ring 17, two Height adjustments 9.10 ..
  • An object to be machined here a blank 8 made of a magnetizable material, is introduced via the clamping spindles 18, 19 and the rotating ring 17 into a working zone 20 into which a ferromagnetic abrasive 7 is sprinkled.
  • the rotating inductor 1 contains magnets 2 in the form of rectangular parallelepipedons (cuboids) and magnetic Yokes 3 in the form of ring segments, which are alternately arranged radially.
  • the magnet distance is ti (Fig. 3).
  • the fixed inductor 4 alternately contains magnets 6 and magnetic yokes 5 arranged parallel to one another, which have the shape of a right-angled parallelepiped (cuboid), the magnet spacing being t 2 (FIG. 4).
  • the magnets 2, 6 are arranged so that their poles are on the flank sides that touch the magnetic yokes 3, 5.
  • the magnetic field emanating from the magnets 2, 6 is guided through the magnetic yokes 3, 5.
  • the magnets 2, 6 face each other with poles of the same name, so that through
  • each magnetic yoke 3, 5 the sum of the magnetic field lines of two adjacent magnets 2, 6 is guided.
  • the ferromagnetic abrasive 7 located on the working surfaces of the inductors 1, 4 has a better one
  • the forces of the magnetic field cause a pressure on the surface of the blank 8 via the powder granules of the abrasive 7.
  • the sizes of the pole surfaces of the magnets 2, 6 are determined by the requirement that the respective surface of the pole of the magnetic yokes 3, 5 should be smaller than the respective pole surface of the magnet 2, 6.
  • Blank 8 ⁇ is produced in a size that. the necessary
  • the height adjustments 9, 10 are provided to adjust the size of the working zone 20 and to coordinate it with the size of the blank 8 to be machined. 0
  • the slewing ring 17 with the clamping spindles 18, 19 is used to change the blank 8. the "stock position” to the "working position” 1 . '
  • the blank 8 When the turntable 17 is rotated, the blank 8 is brought from the “stock position” (FIG. 1, right edge of the image) into the fixed working position in the working zone 20 between the inductors 1, 4, in which a rotation of the blank 8 can be set ,
  • the rotating inductor 1 continuously releases ferromagnetic grinding powder 7 into the processing zone 20 during its movement, so that grinding powder 7 is uniformly distributed in the vicinity of the blank 8.
  • the powder grains 7 continuously mix in the working zone 20 and not only implement the plastic deformation of the surface layers of the material 8, but also cut the existing and / or emerging micro chips. This is confirmed by measurements of the micro strength of the surface and the change in the weight of the blank 8 before and after processing. If there are 8 different chips, tips and the like on the surface of the blank, on which burrs are, then the burrs are cut away, pointed edges and edges get a melting rounding with a micro radius. The reason for these machining processes are the sharp edges and burrs, which form concentrators of the magnetic current with very large magnetic induction and are therefore machined primarily.
  • the size of the radius of the rounding is regulated by the selected machining regime, for example strength of the magnetic field, grain size of the abrasive 7.
  • non-rotating inductor 4 in which the working surface is smaller and does not cover the entire working surface of the rotating inductor 1, reduces the zone within the blank. 8, in which the grains of the powder 7 may be ground, what v to increase the useful life of a portion of powder 7 leads.
  • the magnets 2 of the rotating inductor 1 have the shape of a ring segment, therefore the thickness of the magnetic yokes 3 and correspondingly the width of the pole decreases towards the center of the inductor 1 (FIG. 3), the magnetic induction increases according to the following relationship:
  • By increasing the magnetic induction is compensated for this dependency.
  • the pressure of the grains - of the powder 7 on the surface to be processed is increased and the [5 material removal is increased.
  • the inductors 1, 4 are made from permanent magnets of a small width of the individual magnets 2, 6. As a result, the adjacent poles of the majority of the magnets 2, 6 are so
  • the working surface of the inductors 1, 4 is covered with a network of a large number of concentrators of the magnetic current, since each edge of the magnetic iron (yokes) 3,
  • the productivity of the combined strengthening mechanical and magnetic machining according to the invention is much higher than the machining with mechanisms with electromagnets.
  • Machining can be carried out without adding liquid with surface-active substances, which is always used to intensify the machining process with mechanisms with electromagnets.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen
Die Erfindung. betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen, insbesondere mit komplizierter Konfiguration, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.
Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit denen Gegenstände und/oder Materialien durch die Anwendung von Magnetfeldern und magnetischem Schleifpulver in der Oberflächenschicht plastisch deformiert werden, um ihre Festigkeit und Lebensdauer zu erhöhen.
Es ist aus der RU-2078676 Cl bekannt, eine mechanische Bearbeitung und ein sich zyklisch und in der Größe veränderndes Magnetfeld gleichzeitig auf die zu bearbeitende Oberfläche einwirken zu lassen, um deren Eigenschaften zu beeinflussen. Das Magnetfeld wird bezüglich der Richtung so geregelt, dass die daraus resultierende Kraft tangential zur Deformierungskraft aus einer mechanischen Bearbeitung auf die Oberfläche einwirkt .
Mit diesem bekannten Verfahren können jedoch nur magnetisier- bare Materialien und diese nur in einem schmalen Spektrum bearbeitet werden.
Aus der Sü-500044 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der eine Bearbeitung von Teilen mittels Schleifen und Magnetfeldbeeinflussung möglich ist. Das zu bearbeitende Teil wird zwischen rotierenden und feststehenden Magneteisen (■Joch • aus magnetischem Material) eines Magnetfeldsystems angeordnet. Die Oberfläche des einen Pols der Magneteisen des Magnet- feldsystems besteht aus einer geraden Anzahl von sphärischen Segmenten mit wechselnder Polarität, die Oberfläche- ' des anderen Pols der Magneteisen besteht aus einer geraden Anzahl von Sektoren wechselnder Polarität.
Nachteilig ist es bei dieser Vorrichtung, dass bei der Bearbeitung eines Materials mit magnetischen Eigenschaften dieses Material einen Schirm zwischen den beweglichen und nichtbeweglichen Magneteisen darstellt und so die gegenseitige Beeinflussung der Magnetflüsse beider Magnetsysteme verhindert. Der Magnetfluss sucht den kürzesten Weg zwischen den Polen, d.h., der Hauptmagnetstrom verläuft vo Nordpol über die unmittelbar zur Oberfläche führende Metallschicht des zu bearbeitenden Materials zum Südpol der beweglichen Magneteisen. Ein nur unbedeutender Magnetfluss führt über den Luftraum (Arbeitszone) mit dem Abrasiv zwischen den benachbarten Polen der beweglichen Magneteisen. Eine Bearbeitung findet nicht statt.
Im Falle des Einbringens eines nichtmagnetischen Materials in die Arbeitszone wird der gegenseitige Einfluss der beiden Magnetsysteme schon bei geringen Materialstärken nahezu auf Null reduziert, da der Magnetfluss der beweglichen Magneteisen sich über die benachbarten Pole auf kurzem Weg schließt.
Es ist mit der beschriebenen Konstruktion nicht möglich, die für eine Bearbeitung erforderliche Größe .der magnetischen Induktion auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Materials zu konzentrieren.
•Das rotierende Magnetsystem schafft in der beschriebenen Vorrichtung des weiteren eine Bearbeitungsgeschwindigkeit, die sich vom Maximum auf dem äußeren Durchmesser des Systems bis auf Null auf der Rotationsachse verändert. Die Bearbeitung ist -infolgedessen sehr ungleichmäßig- und für viele - Anwendungen ungeeignet-. .us der DE 28 26 554 C2 ist eine gegenüber der Sü 5000444 itwas. verbesserte Lösung bekannt, die jedoch die bereits largestellten nachteile nicht ausräumt. Die Werkstück- »earbeitung soll wiederum in einem Magnetfeld mit konstanter Richtung erfolgen. Das Auswerfen von Schleifpulver aus der. f^rbeitszone soll durch die Verringerung der Rotation der Platte mit dem Werkstück vermieden werden, wodurch jedoch die Effektivität der Bearbeitung weiter heruntersetzt wird.
Aus der JP 62-39172A ist eine Anordnung zum Polieren eines
"erkstücks zwischen zwei Polen eines Elektromagneten bekannt. as zu bearbeitende Werkstück darf maximal 2 mm bis 3 mm stark ein, um überhaupt bearbeitet werden - zu können. Bei größeren icken des Materials bzw. bei nichtmagnetischen Werkstoffen gelangt kein Schleifpulver auf die Oberfläche des Werkstückes, der magnetische Fluss verläuft nicht über das Werkstück.
Die Druckschrift DE 28 21 783 C2 beschreibt das Polieren eines rotierenden Werkstückes in einem Magnetfeld eines Elektromagneten mit konstanter Magnetisierungsrichtung. Das magnetische Feld ist sehr schwach, es wird ein Hilfskörper für die Bewegung des Schleifpulvers vorausgesetzt. Es findet keine kombinierte Bearbeitung, plastische Deformation der Oberfläche, mechanische Bearbeitung der Oberfläche, magnetische Bearbeitung, statt.
Die Druckschrift US 473.0418 beschreibt eine Oberflächenbehandlung von Werkstücken, die nicht gleichmäßig vonstatten gehen kann, da die erwünschte gleichmäßige Konzentration des Magnetflusses auf die Oberfläche nicht erreicht wird.
Die magnetische Induktion und die magnetische Kraft sind auf der Oberfläche gering. Eine kombinierte Bearbeitung ist nicht möglich. Das Magnetfeld hat auch hier eine konstante Richtung- mit den beschriebenen Nachteilen. Es erfolgt keine Konzentration des magnetischen Flusses auf die Pole. Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Nachteile .des Standes der. Technik zu ' vermeiden und ein. gatt.ungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zu entwickeln,• mit denen die Oberflächeneigenschaften eines zu bearbeitenden Gegenstandes zur Erhöhung der Festigkeit und. Lebensdauer gezielt beeinflusst werden können, indem die oszillierende Bewegung von Teilchen eines magnetischen Abrasivs durch eine Verstärkung des Magnetstroms in der Arbeits.zone auf die zu bearbeitende Oberfläche gerichtet wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes gleichzeitig mindestens einem veränderlichen Magnetfeld mitwechselnder Magnetisierungsrichtung und einem statischen Magnetfeld mit beständiger Magnetisierungsrichtung ausgesetzt wird, wobei das jeweilige Magnetfeld im zu bearbeitenden Gegenstand jeweils eine unterschiedliche Frequenz der ümmagnetisierung bewirkt, und dass gleichzeitig mit der Magnetfeldwirkung die Oberfläche des Gegenstandes einer plastischen Deformierung und einem Materialabtragsvorgang wie Schneiden, Polieren, Entgraten ausgesetzt wird.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zu bearbeitende Gegenstand unabhängig vom Rotationsantrieb des einen Induktors beweglich angeordnet ist und dass ) zwischen den Induktoren zwei Arbeitszonen gebildet sind, und wobei mindestens einer der Induktore zylindrisch ausgeführt ist" und dass die Arbeitsflächen der Induktoren zueinander parallel angeordnet sind, wobei der drehbare Induktor zu dem feststehenden Induktor so angeordnet ist, dass die" Arbeitsoberfläche des feststehenden ' Induktors nicht die gesamte Arbeitsoberfläche des drehbaren Induktors überdeckt, wobei- • in dem . einen Induktor .quaderförmige Magnete, .und Magneteisen jeweils alternierend und im drehbaren Induktor die Magnete radial angeordnet sind.
Mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung werden die Oberflächeneigenschaften von Gegenständen gezielt beeinflußbar, um • eine . erhöhte' Oberflächenhärte und eine Erhöhung der Lebensdauer zu erreichen. Die Oberflächenrauhigkeit kann verringert, Kanten können abgerundet und Grate entfernt werden. Es können mit wirtschaftlich geringem Aufwand insbesondere Gegenstände mit einer komplizierten Konfiguration bearbeitet werden.
Durch die zyklische Polarisierung und Entmagnetisierung des Materials wird die Materialstruktur durch eine Veränderung der chemischen und physikalischen Eigenschaften der oberen Materialschichten verbessert, z.B. Kompressionsverhalten, Festigkeitsgrenzen bezüglich Zerreißen, Verdrehung, Verkleinerung der trockenen Reibung (Reibungskoeffizient) .
Die kombinierte gleichzeitige mechanische Bearbeitung und magnetische Beeinflussung unterstützen sich gegenseitig in ihrer Wirksamkeit.
Das Spektrum der zu bearbeitenden Materialien und der bearbeitbaren Formen im Maschinenbau wird erhöht, es können u.a. Führungsbahnen, Turbinenschaufeln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden.
Im Werkzeugbau können verschiedene Schneidwerkzeuge und Stanzen, in der Medizintechnik, medizinische Geräte durch eine Oberflächenbearbeitung zu einer höheren Lebensdauer gebracht werden. In der Halbleitertechnik können bei der Chipherstellung und bei der Herstellung von Stanzformen für die Herstellung synthetischer Diamanten neue Qualitäten erreicht werden. 5 Unebenheiten von Oberflächen können verringert, dadurch deren Aussehen verbessert werden. Die Härte der bearbeiteten Oberflächen wird vergrößert, der Reibungskoeffizient wird gesenkt, Langlebigkeit, Festigkeit und Zuverlässigkeit erhöhen sich".
0 Versuchsreihen haben ergeben, dass durch die kombinierte Bearbeitung von gehärteten Werkzeugstählen und Legierungen nach der Erfindung bei einer Bearbeitungszeit im Sekundenbereich die Härte der Oberflächenschichten sich um 10 bis 50 % erhöhte und die Lebensdauer von Schneidwerkzeugen um das 1,5- bis 5-
L5 fache anstieg.
Bei der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist die thermische Belastung der Oberfläche während der Bearbeitung wesentlich geringer als bei vergleichbaren Verfahren. Es .0 ergeben sich ökologische Vorteile gegenüber Beschichtungs- verfahren durch den Wegfall von Chemikalien und die energiesparende Oberflächenbehandlung.
Es können sowohl Gegenstände mit Oberflächen aus magnetischen 15 Werkstoffen als auch aus nichtmagnetischen Werkstoffen bearbeitet werden, einschließlich aus Hartmetallen mit geringer magnetischer Leitfähigkeit.
Bei der Bearbeitung von Gegenständen mit Oberflächen aus 30 nichtmagnetischen Materialien kann das statische Magnetfeld entfallen, es kann aber auch ohne negative Auswirkungen erhalten bleiben. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung . sind in . den Unteransprüchen beschrieben..
Nachfolgend wird in '■ einem Au-sführungsbeispiel ' einer Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines . Rohlings ■ aus agnetisierbarem Material die Erfindung näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 : die schematische Seitenansicht einer Vorrichtung mit zwei Induktoren,
Fig. 2 : die sehematische Seitenansicht eines Details der Fig. 1 (Arbeitszone) ,
Fig. 3 : die. Unteransicht auf den rotierenden
Induktor gemäß Fig. 1 und
Fig. 4 : die Schnittdarstellung durch den feststehenden Induktor.
Entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 besteht die Vorrichtung nach der Erfindung im wesentlichen aus einem über einen Elektromotor 13, einem Getriebe 14 und Spindeln 15, 16 angetriebenen Induktor 1, einem feststehenden Induktor 4, Klemmspindeln 18, 19, einem Drehkranz 17, zwei Höhenverstellungen 9,10..
Ein zu bearbeitender Gegenstand, hier ein Rohling 8 aus einem magnetisierbaren Material, ist über die Klemmspindeln 18, 19 und den Drehkranz 17 in eine Arbeitszone 20 eingebracht, in die ein ferromagnetisches Schleifmittel 7 eingestreut ist.
Entsprechend der Darstellung in. den Fig. 2 bis 4 enthält der sich um seine Achse drehende- Induktor 1 Magnete 2 in der Form- von rechtwinkligen Parallelepipedons (Quadern) und magnetische Joche 3 in der Form von Ringsegmenten, die abwechselnd zueinander radial angeordnet sind. Der Magnetabstand beträgt ti (Fig. 3) .
5 Der feststehende Induktor 4 enthält abwechselnd parallel zueinander angeordnete Magnete 6 und magnetische Joche 5, welche die Form eines rechtwinkligen Parallelepipedons (Quaders) haben, wobei der Magnetabstand t2 beträgt (Fig. 4) .
10 Die Magnete 2, 6 sind so angeordnet, dass ihre Pole an den Flankenseiten liegen, welche die magnetischen Joche 3, 5 berühren. Das von den Magneten 2, 6 ausgehende Magnetfeld wird durch die magnetischen Joche 3, 5 geführt. Die Magnete 2, 6 stehen sich mit gleichnamigen Polen gegenüber, so dass durch
L5 jedes magnetische Joch 3, 5 die Summe der Magnetfeldlinien zweier benachbarter Magneten 2, 6 geführt wird.
Das auf den Arbeitsoberflächen der Induktoren 1, 4 befindliche ferromagnetische Schleifmittel 7 (Fig. 2) hat eine bessere
}.0 magnetische Leitfähigkeit als Luft, so dass die Magnetfeld- linien von der Arbeitsoberfläche der Induktoren 1, 4, also von der Oberfläche jeweils eines Pols der magnetischen Joche 3, 5, über das Schleifmittel 7 und den dazwischen eingebrachten Rohling 8 auf die benachbarten Pole der magnetischen Joche 3,
\5 5 geführt sind.
Die Kräfte des Magnetfeldes verursachen über die Pulverkörnchen des Schleifmittels 7 einen Druck auf die Oberfläche des Rohlings 8.
»0
Die Größen der Polflächen der Magnete 2, 6 sind durch die Forderung bestimmt, dass die jeweilige Fläche des Pols der magnetischen Joche 3, 5 kleiner als die jeweilige Polfläche des Magnets 2, 6 sein soll. Durch eine solche Dimensionierung
5 wird erreicht, dass das magnetische Feld, welches aus dem jeweiligen Magneten 2, 6 austritt, auf eine geringe Fläche konzentriert und eine magnetische Induktion in der Arbeitszone
'20, zwische der Arbeitsoberflache ' des • Induktors 1, 4 und dem
Rohling 8, ■ in einer Größe erzeugt wird, die . den notwendigen
■ Druck der Pulverkörnchen auf die zu ■ bearbeitende Oberfläche
5 des Rohlings 8 gewährleistet.
Zur Einstellung der Größe der Arbeitszone 20 und zu deren Abstimmung mit der Größe des zu bearbeitenden Rohlings 8 sind die Höhenverstellungen 9, 10 vorgesehen. 0
Der Drehkranz 17 mit den Klemmspindeln 18, 19 dient dem Wechsel des Rohlings 8 aus . der "Vorratsposition" in die "Arbeitsposition"1. '
5 Bei der Drehung des Drehkranzes 17 wird der Rohling 8 aus der „Vorratsposition" (Fig. 1, rechter Bildrand) in die fixierte Arbeitslage in der Arbeitszone 20 zwischen den Induktoren 1, 4 gebracht, in der eine Rotation des Rohlings 8 eingestellt werden kann.
J0
Der rotierende Induktor 1 gibt bei seiner Bewegung ständig ferromagnetisches Schleifpulver 7 in die Bearbeitungszone 20 ab, so dass in der Umgebung des Rohlings 8 gleichmäßig Schleifpulver 7 verteilt wird.
55
Bei einer aufeinander abgestimmten Bewegung des Induktors 1 und des Rohlings 8 wirkt auf den Rohling 8 ein' in Größe und Richtung veränderliches Magnetfeld ein. Bei einer Bewegung des Rohlings 8 bezüglich des feststehenden Induktors ' 4 befindet 10 sich der Rohling 8 unter dem Einfluß des magnetischen Feldes mit konstanter Richtung.
Ein Teil des Magnetflusses des rotierenden Induktors 1 steht in Wechselwirkung mit dem feststehenden Induktor 4. Das
>5 ferromagnetische Schleifpulver 7 füllt die gesamte Arbeits-zone 20 aus, die Bedingungen für eine kombinierte Bearbeitung- des Rohlings 8 sind damit -verbessert.
Während der Bearbeitung befinden sich verschiedene einzelne Materialu fänge des Rohlings 8 unter dem Einfluss . von in der Größe, Richtung und Frequenz der Ummagnetisierung sich verändernden Magnetfeldern. Im Material des Rohlings 8 laufen vielfältige, verschiedenartige Prozesse .ab, '.die zu Veränderungen der plastischen Eigenschaften der Materialien führen. Das verbessert die Bedingungen für die plastischen Deformierungen beim Druck der Körner des Pulvers 7 auf die zu bearbeitende Oberfläche.
Bei der kombinierten Bearbeitung vermischen sich die Pulver- körner 7 kontinuierlich in der Arbeitszone 20. und realisieren nicht nur die plastische Deformierung der Oberflächenschichten des Materials es Rohlings 8, sondern zerschneiden auch die vorhandenen und/oder entstehenden Mikrospäne. Das wird durch Messungen der Mikrofestigkeit der Oberfläche und die Veränderung des Gewichts des Rohlings 8 vor und nach, der Bearbeitung bestätigt. Wenn es auf der Oberfläche des Rohlings 8 verschiedene Späne, Spitzen und ähnliches gibt, auf denen Grate sind, dann werden die Grate weggeschnitten, spitze Ränder und Kanten erhalten eine schmelzende Abrundung mit einem Mikroradius. Ursache für diese Bearbeitungsvorgänge sind die scharfen Ränder und Grate, die Konzentratoren des Magnetstroms mit sehr großer magnetischer Induktion bilden und deshalb in erster Linie bearbeitet werden.
Die Größe des Radius der Abrundung wird durch das gewählte Bearbeitungsregime geregelt, zum Beispiel Stärke des Magnetfeldes, Körnung des Schleifmittels 7.
Die Existenz zweier Induktoren 1, 4, bei denen die Pole der Magnete 2, 6 unterschiedlich in der Form sind und bei denen der Abstand ti der Magnete 2 im rotierenden Induktor 1 nicht gleich dem Abstand t2 der Magnete 6 des nichtrotierenden Induktors 4 ist, gewährleistet, außerdem, -dass . die Pole beider Induktoren 1, 4 bei der- Rotation eines der Induktoren 1, 4 nicht deckungsgleich- sind.'- Da die Pole gleicher Polarität dadurch einander nicht vollständig überdecken, erfolgt in der- Arbeitszone 20 keine extreme Senkung der Größe des Magnetfeldes, das Pulver 7 verbleibt in der Arbeitszone 20.
Die Anwendung des nichtrotierenden Induktors 4, bei dem die Arbeitsoberfläche kleiner ist und nicht die gesamte Arbeitsoberfläche des rotierenden Induktors 1 überdeckt, verringert die Zone innerhalb des Rohlings. 8, in der die Körner des Pulvers 7 gemahlen werden können, v was zur Erhöhung der Nutzungsdauer einer Portion Pulver 7 führt.
Außerdem gestattet es die Existenz eines zweiten, nichtrotierenden Induktors 4, einzelne Körner des Pulvers 7, die auf Grund mechanischer Kräfte aus dem Zwischenraum 20 zwischen der Arbeitsfläche des rotierenden Induktors 1 und der Ober- fläche des Rohlings 8 herausfliegen, wieder aufzufangen, was ebenfalls den Verbrauch des Pulvers 7 zur Bearbeitung senkt.
Die Magnete 2 des rotierenden Induktors 1 haben die Form eines Ringsegmentes, deshalb verringert sich zur Mitte des Induktors 1 hin (Figur 3) die Dicke der magnetischen Joche 3 und entsprechend die Breite des Poles, die magnetische Induktion wächst entsprechend der folgenden Beziehung an :
B = φ/A,
B - magnetische Induktion (magnetische Flussdichte) , Φ Magnetstrom, A - Fläche, die vom Magnetström durchsetzt wird.
Die Vergrößerung der magnetischen Induktion auf der Oberfläche des Induktors 1, zunehmend zum Mittelpunkt, kompensiert "die
Verringerung der Bearbeitungsintensität und der plastischen Deformierung unter dem gleichen Durchmesser der Arbeitsoberfläche des. -Induktors 1, da
r = π x D x n/1000 m/min,
5
V - Geschwindigkeit, D - Durchmesser (mm) des Induktors 1, n - Anzahl der Umdrehungen des Induktors 1 pro Minute.
Je geringer der Durchmesser des Induktors 1, umso geringer ist .0 ' die Geschwindigkeit und umso geringer ist der Materialabtrag am Rohling 8. Durch die Vergrößerung der magnetischen Induktion wird diese Abhängigkeit kompensiert. Entsprechend der Vergrößerung der Induktion wird der Druck der Körner - des Pulvers 7 auf die zu bearbeitende Oberfläche erhöht und der [5 Materialabtrag vergrößert.
Die Kompensation hat besondere Bedeutung bei der Bearbeitung ebener Oberflächen prismatischer Rohlinge, wenn strenge Anforderungen bezüglich der Ebenheit der zu bearbeitenden .0 Oberfläche bestehen.
Die Induktoren 1, 4 werden aus Dauermagneten einer geringen Breite der einzelnen Magnete 2, 6 hergestellt. Dadurch bedingt liegen die benachbarten Pole der Mehrheit der Magnete 2, 6 so
25 dicht zusammen, das diese Nähe mit Elektromagneten nicht oder nur sehr schwer zu erreichen ist, ohne große Verluste des Magnetstroms. Die gesamte. Arbeitsoberfläche der Induktoren 1, 4 ist mit einem Netz einer Vielzahl von Konzentratoren des Magnetstroms bedeckt, da jeder Rand der Magneteisen (Joche) 3,
30 5 ein Konzentrator ist. Dieser Umstand bewirkt auch, dass die magnetische Induktion auf der Arbeitsoberfläche der Induktoren 1, 4 größer ist als auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Rohlings 8 und größer ist als der Druck des Pulvers 7 auf die
Oberfläche der Induktoren 1, 4
35 Das ferromagnetische Schleifpulver 7 wird sicher auf der Oberfläche der Induktoren 1, 4 gehalten.
Das gestattet es, die Erfindung nicht nur zur Bearbeitung magnetischer, sondern auch nichtmagnetischer Stoffe zu verwenden.
Die Produktivität der kombinierten festigenden mechanischen und magnetischen Bearbeitung nach der Erfindung ist um vieles höher als die Bearbeitung mit Mechanismen mit Elektromagneten.
Die Bearbeitung ist ohne Zugabe von Flüssigkeit mit oberflächenaktiven Stoffen, die immer zur Intensivierung des Bearbeitungsprozesses mit Mechanismen mit Elektromagneten angewandt wird, zu realisieren.
S
10
15
K) Bezugszeichenliste
Induktor (drehend)
Magnet
Magneteisen (Joch)
Induktor (feststehend)
Magneteisen (Joch)
Magnet
Schleifpulver
Rohling (Gegenstand)
Höhenverstellung
Höhenverstellung
Motor
Getriebe
Spindel
Spindel
Drehkranz
Klemmspindel
Klemmspindel
Arbeitszone
Abstand zwischen den Magneten Abstand zwischen den Magneten

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen . mittels mindestens eines Magnetfeldsystems, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des zu . behandelnden Gegenstandes (8) gleichzeitig mindestens einem veränderlichen Magnetfeld mit wechselnder Magnetisierungsrichtung und einem statischen Magnetfeld mit beständiger Magnetisierungsrichtung ausgesetzt wird, wobei das jeweilige Magnetfeld im zu bearbeitenden Gegenstand (8) jeweils eine unterschiedliche Frequenz der Ümmagnetisierung bewirkt, und dass gleichzeitig mit der Magnetfeldwirkung die Oberfläche des Gegenstandes (8) einer plastischen Deformierung und einem Materialabtragsvorgang wie Schneiden, Polieren, Entgraten ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld, welches aus den Polflächen von Magneten (2, 5) mindestens eines beweglichen und mindestens eines feststehenden Induktors (1, 4) austritt, auf eine geringere Fläche eines Magneteisens (3, 6) konzentriert wird, um in Arbeitszonen (20) zwischen der Oberfläche des Gegenstandes (8) und den Induktoren (1, 4) eine magnetische Induktion zu erzeugen, die den notwendigen Druck eines Arbeitsmittels (7) wie ein ferromagnetisches Schleifmittel auf die zu bearbeitende Oberfläche des Gegenstandes (8) gewährleistet, wobei die magnetische Induktion auf der Arbeitsoberfläche der Induktoren (1, 4) durch das Einbringen einer Vielzahl von Konzentratoren des Magnetstroms auf die Arbeitsoberflächen der Induktoren (1, 4) größer gewählt wird als auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Gegenstandes (8) .
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Induktor (1) bei seiner Bewegung ständig ferromagnetisches Schleifpulver (7) in die Bearbeitungszone (20) mitführt-.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation des Induktors (1) und die Drehbewegung des zu bearbeitenden Gegenstandes (8') derart aufeinander abgestimmt werden, dass auf den zu bearbeitenden Gegenstand (8) ein in Größe und Richtung veränderliches Magnetfeld einwirkt.
5. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Gegenstandes mittels Magnetfeldbeeinflussung und einer mechanischen Bearbeitung, wobei zwischen zwei aus Induktoren (1, 4) gebildeten Arbeitselementen eine Arbeitszone (20) gebildet ist, in die ferromagnetisches Schleifpulver (7) eingebracht ist, wobei mindestens das eine Arbeitselement (1) einen Rotationsantrieb (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bearbeitende Gegenstand (8) unabhängig vom Rotationsantrieb (13) des einen Induktors (1) beweglich angeordnet ist und dass zwischen den Induktoren (1, 4) zwei Arbeitszonen (20) gebildet sind, und wobei mindestens einer der Induktoren (1,4) zylindrisch ausgeführt ist und dass die Arbeitsflächen der Induktoren
(1.4) zueinander parallel angeordnet sind, wobei der drehbare Induktor (1) zu dem feststehenden Induktor (4) so angeordnet ist, dass die Arbeitsoberfläche des feststehenden Induktors (4) nicht die gesamte Arbeitsoberfläche des drehbaren Induktors (1) überdeckt, wobei in dem einen
Induktor (4) quaderförmige Magnete (2, 6) und Magneteisen
(3.5) jeweils alternierend und im drehbaren Induktor (1) die Magnete (2) radial angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (ti) der Magnete' (2) des sich -drehenden Induktors (1) ungleich dem Abstand (t ) der Magnete (6) im feststehenden Induktor (4) gewählt ist. '
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (2) des sich drehenden Induktors
(1) eine geometrische Form ' wie ein rechtwinkliges Parallelepipedon und die Magneteisen (3) die Form eines Ringsegmentes aufweisen und radial zum Abstand (ti) der Magnete (2) angeordnet sind, und dass die Magnete (6) und die Magneteisen (5) des feststehenden Induktors (4) eine geometrische Form aus mindestens zum Teil parallelen Flächen aufweisen und zueinander parallel mit dem Abstand (t2) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (2, 6) der Induktoren (1, 4) so zueinander angeordnet sind, dass ihre Pole an den Flankenseiten liegen, welche die Magneteisen (3, 5) berühren.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass regulierbare Höhenverstellungen (9,10) zur Einstellung der Größe der Arbeitszonen (20) vorgesehensind.
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