RU2779560C1 - Способ анодного магнитоабразивного полирования немагнитных трубчатых изделий - Google Patents
Способ анодного магнитоабразивного полирования немагнитных трубчатых изделий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779560C1 RU2779560C1 RU2022106164A RU2022106164A RU2779560C1 RU 2779560 C1 RU2779560 C1 RU 2779560C1 RU 2022106164 A RU2022106164 A RU 2022106164A RU 2022106164 A RU2022106164 A RU 2022106164A RU 2779560 C1 RU2779560 C1 RU 2779560C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- abrasive
- electrolyte
- magnetoabrasive
- anodic
- Prior art date
Links
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 230000005291 magnetic Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 34
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N Sodium nitrate Chemical class [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 11
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005294 ferromagnetic Effects 0.000 description 4
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- 230000002195 synergetic Effects 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N Neodymium Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003301 NiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000658540 Ora Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011370 conductive nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010192 crystallographic characterization Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано при обработке криволинейных каналов, каналов переменного и малого сечения. Способ анодного магнитоабразивного полирования немагнитных трубчатых изделий осуществляют в проточном электролите, в качестве которого используют 2-5% водный раствор соли NaNO3 с содержанием 4-5% отрицательно заряженных частиц магнитоабразивного порошка, например, FeB, модифицированных высокотокопроводящими наночастицами графена и/или графеновых нанотрубок. На обрабатываемое изделие подают электрический потенциал (+), а на поток электролита с магнитоабразивными частицами потенциал (-) напряжением постоянного тока 4-8 В и воздействуют вращающимся магнитным полем с магнитной индукцией 0,1-1,2 Тл, создаваемым при помощи полюсного наконечника, которому при этом сообщают вертикальную вибрацию частотой 20-50 Гц и амплитудой 0,2-3 мм, за счет чего образуется насыпной биполярный вибрирующий электрод, дополнительно создающий импульсы тока, участвующие совместно со стационарным током в анодном растворении. Анодное магнитоабразивное полирование позволяет по сравнению с магнитоабразивным полированием обеспечить равномерный гладкий рельеф поверхности, а также снизить энергозатраты за счет уменьшения удаляемого припуска в пределах 0,02-0,03 мм. 3 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области в машиностроения и приборостроения и может быть использовано при обработке криволинейных каналов, каналов переменного и малого сечения.
Известен способ магнито-абразивной обработки каналов волноводов, при котором кинематика процесса полирования реализуется главным движением - вращением индуктора с частотой n и движением подачи S вдоль обрабатываемого канала Кунгуров Д.А., Филькин Н.М., Способ магнито-абразивного полирования волноводного канала прямоугольного сечения/ Научный альманах, 2016, №2-2(160) с 367-370). Индуктор изготовлен из постоянных магнитов Nd-Fe-B, с чередующими полюсами магнитов, создающими магнитную индуктивность В=0,8Тл. Процесс полирования осуществляют в среде магнито-абразивного наполнителя ФАД-9к315/100 мкм В процессе обработки внутри трубы между полюсами образуются плотные щетки из магнито-абразивного наполнителя, которые примагничиваются к обрабатываемой поверхности и полируют ее.
Состав ФАД-9к315-ферромагнитная составляющая сплав железа (75-97%), алюминий, кремний, фосфор, углерод 5,0-0,01 (SU703321).
Этот способ может быть применен для изделий из немагнитных материалов с толщиной стенки менее 2 мм. Способ не позволяет получить равномерную шероховатость при полировании поверхности большой длины из-за ухудшения абразивных свойств наполнителя, а также не может быть применен для изделий из меди М0, ввиду шаржирования обрабатываемой поверхности магнито-абразивными частицами.
Известен способ комбинированной обработки каналов малого сечения на основе анодно-абразивного полирования при одновременном воздействии низковольтного электрического поля и абразива, путем совмещения механической и электрической составляющей анодно-абразивного удаления микронеровностей. Электролитом могут являться растворы нейтральных солей NaNO, Na2OS4 и др., растворы кислоты H2SO4 и др., а абразивом может служить электрокорунд М3-М5 (Родионов А.О. Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик деталей с щелевыми каналами комбинированной обработкой. Диссертация на соискание кандита технических наук. Воронеж, 2014 г). Недостатком этого способа является то, что абразивные частицы не обладают электрическими и магнитными свойствами, они не могут участвовать в анодно-абразивном процессе полирования. Другим недостатком является то, что ток протекающий через электролит в канале, распределяется неравномерно, что приводит к неравномерности шероховатости обрабатываемой поверхности.
Известен также способ магнитно-абразивной обработки внутренних поверхностей немагнитных трубчатых изделий (SU1627383, Чачин В.Н.), при котором магнитное поле создают вращающимся цилиндрическим полюсным наконечником магнитной системы с торцевой рабочей поверхностью в виде сектора, образованного двумя скосами, точка пересечения которых отстоит от оси вращения полюсного наконечника на расстоянии (0,5-1)d, где d внутренний диаметр трубчатого изделия. В полость трубчатого изделия вводят порцию магнито-абразивного порошка. Под воздействием магнитного поля из магнито-абразивного порошка создается вращающаяся щетка, которая производит черновую обработку участка внутренней поверхности трубы, при этом изделию сообщают вращение относительно его оси и движение подачи относительно магнитной системы. Способ предназначен для обработки прямолинейных каналов малого сечения.
Недостатком способа является то, что он не может быть применен для обработки криволинейных каналов и каналов большого сечения и не обеспечивает равномерной и низкой шероховатости поверхности.
За прототип принят способ комбинированной обработки каналов сложной формы (RU2764538), включающий анодно-абразивную обработку канала в проточном электролите с абразивными частицами, в качестве которых используют токопроводящие электрически поляризованные магнитоабразивные заряженные частицы, выполненные на основе композиционных материалов, включающих ферромагнитные или магнитные материалы, модифицированные высокотокопроводящими наночастицами графена и/или графеновых нанотрубок (УНТ), на которые воздействуют внешним магнитным полем с обеспечением возникновения вибрационных колебаний магнитоабразивных электрически поляризованных заряженных частиц или обрабатываемой детали. На магнитоабразивные заряженные частицы могут воздействовать постоянным или переменным, а также осциллирующим или вращающимся магнитным полем. Для анодного растворения используют постоянное, переменное или импульсное электрическое поле, как низковольтное, так и высоковольтное.
Недостатком этого способа является то, что магнитоабразивные заряженные частицы могут загрязняться шламом и микрочастицами обрабатываемого материала, что снижает их электрическую и режущую способность при анодно-абразивном полировании. Недостатком также является неравномерность распределения электрического поля и плотности тока по обрабатываемой поверхности из-за изменения свойств электролита по длине канала, образования оксидных пленок на обрабатываемой поверхности и изменения электрических свойств магнитоабразивных заряженных частиц.
Это приводит к неравномерности удаления припуска из-за недостаточной стабильности локализации тока по микронеровностям в процессе анодно-абразивного полирования, что может не обеспечивать сохранение исходной точности канала.
Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и равномерности формирования шероховатости поверхности криволинейных каналов и каналов малого сечения
Поставленная задача достигается тем, что в способе обработки канала сложной формы, включающем анодно-абразивную обработку в проточном электролите, содержащем абразивные частицы из магнитных материалов, модифицированных высокотокопроводящими наночастицами графена и/или графеновых нанотрубок, при наложении на электролит и обрабатываемую деталь электрического напряжения с одновременным воздействием внешним магнитным полем, обеспечивающим возникновение вибрационных колебаний абразивных частиц, согласно изобретению, в качестве электролита используют 2-5% водный раствор соли NaNO3 с содержанием в нем 4-5% отрицательно заряженных частиц магнито-абразивного порошка, например, FeB, причем на обрабатываемую деталь подают электрический потенциал (+), а на поток электролита с магнито-абразивными частицами потенциал (-) напряжением постоянного тока 4-8 В, и воздействуют вращающимся магнитным полем с магнитной индукцией 0,1-1,2Тл, создаваемым при помощи полюсного наконечника или вращающегося индуктора магнитной системы, которому при этом сообщают вертикальную вибрацию частотой 20-50 Гц и амплитудой 0,2-3 мм за счет чего образуется насыпной би-полярный вибрирующий электрод, дополнительно создающий импульсы тока, участвующие совместно со стационарным током в анодном растворении микронеровностей.
Анодно-абразивная магнитная обработка базируется на анодном растворении и механическом (абразивном) воздействии на микронеровности обрабатываемой детали отрицательно заряженных магнито-абразивных частиц в электролите. При этом на микронеровности обрабатываемой поверхности воздействует постоянный импульсный электрический ток, вызывающий анодное растворение, и механическая сила резания, создаваемая магнито-абразивными отрицательно заряженными частицами. Рельеф получается более гладкий, чем при механической обработке путем обновления магнитоабразивных заряженных частиц и поддержания их режущих свойств, за счет создания вращающейся вертикально вибрирующей магнитной щетки с частотой 20-50 Гц и амплитудой 0,2-3 мм под действием вращающегося и осциллирующего магнитного полюсного наконечника магнитной системы, создающего переменную напряженность магнитного поля 0,1-1,2 Тл, а также путем локализации импульсного тока по гребешкам обрабатываемой поверхности со стороны образующегося насыпного би-полярного электрода. Эти два фактора позволяют сохранить точность за счет снижения удаляемого припуска, требуемого для достижения установленной шероховатости поверхности и повысить качество обрабатываемой поверхности путем повышения локального растворения микронеровностей по сравнению с микровпадинами и качество поверхности, (см. О.Ф. Вячеславов, В.Н. Потапов Би-полярный электрод, как инструмент реализации синергетических принципов управления процессом электрохимической обработки деталей машин https://cyberleninka.ru/article.
Магнито-абразивные электрически заряженные частицы, которые могут быть заряжены и от отдельного источника тока, например, в баке установки, а затем подаваться совместно с раствором электролита в зону обработки или могут заряжаться дополнительно при помощи кольцевых изолированных электродов непосредственно в потоке электролита, обладают высокой электроемкостью (более 180Ф/г) и низковольтной эмиссией (ЗВ). Энергоемкость графена составляет 65кВт*ч/кг (Графен, его производство, свойства и применение https://втораяиндустриализация.рф/grafen/).
Высокой эффективности анодного магнито-абразивного полирования каналов сложной формы токопроводящей средой, обладающей магнито-абразивными свойствами можно добиться путем применения ферромагнитных композиционных материалов, модифицированных сочетанием оксида графена и углеродных нанотрубок на основе повышения переноса в потоке электролита отрицательного заряда к микронеровностям обрабатываемой поверхности наряду с ионами электролита. Электроемкость оксида графена и УНТ при этом может составить 1235Ф/г при плотности тока 1А/г (см. диссертацию Нижегородова А.О. Нанокомпозитные металл-полимерные материалы на основе оксидов переходных металлов и поли-3,4-этилендиокситиофена: синтез и электрохимические свойства: автореферат дис.кандидата химических наук: Санкт-Петербург, 2016, С.22). Для модификации ферромагнитных композиционных материалов может также применяться сочетание графена и графеновых нанотрубок.
Материалы, применяемые для анодного магнито-абразивного полирования немагнитных материалов - медь, латунь, алюминий и др., могут быть различными. При внешнем воздействии магнитного поля и вибрации для полирования, например, меди могут применяться наномодифицированные графеном или одностенными УНТ диаметром от 1 нм ферромагнитные абразивные частицы, которые могут представлять собой стальные шарики, чугунную крошку (как в патенте SU№867619).
Внешнее магнитное поле, которое мы применяем для воздействия и управления процессом полирования на труднообрабатываемых участках, например, изгибах канала, способно воздействовать на магнито-абразивные отрицательно заряженные частицы, модифицированные графеном или УНТ, концентрируя их и придавая им вибрацию и вращение с повторением конфигурации обрабатываемой поверхности. В качестве ферромагнитных материалов могут применяться Fe3C; FeB; FeB2 (см. патент SU1763161). Ферромагнетики имеют большую магнитную восприимчивость т.е. способны намагничиваться под действием магнитного поля и легко размагничиваются.
Могут также применяться магнито-абразивные композиционные гранулы, состоящие из нескольких компонентов магнитных материалов и химических компонентов, имеющих функциональные возможности по повышению выходных показателей комбинированного процесса анодного магнито-абразивного полирования.
Такие многокомпонентные композиционные материалы, применяемые, например, для обработки каналов малого сечения могут быть созданы на основе углеродных трубчатых нанотрубок и NiO, обладающего электроемкостью 257Ф/г магнитными свойствами (см. Чжо Аунт Хейн Получение, характеризация и фотокаталитические свойства трубчатых наноструктур оксидов меди и никеля. Диссертация кандидата физмат. Наук. Курск 2020).
При этом электрический заряд магнито-абразивной частицы Q будет равен:
где С - электрическая емкость, Ф; U - напряжение на электродах, В.
Энергию заряда W можно оценить по формуле:
(см. Трифанов В.И., Васильева Е.К. Комбинированное анодно-абразивное полирование каналов малого сечения деталей машин //Решетневские чтения: матер. XXV Междунар. конф. / СибГУ им. М.Ф. Решетнева. - г. Красноярск, 2021.- С. 543-544). Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема способа процесса анодного магнито-абразивного полирования. На фиг. 2 - схема взаимодействия насыпного би-полярного электрода и обрабатываемой поверхности. На фиг. 3 показаны осциллограммы импульсного тока.
На схеме (фиг. 1) показаны: обрабатываемая деталь 1 - труба волновода, выполненная из латуни Л63, изолятор 2, кольцевые электроды 3, магнито-абразивные отрицательно заряженные частицы 4, вращающийся полюсный осциллирующий магнитный наконечник 5, электролит 6, в который добавлен магнито-абразивный порошок FeB, модифицированный оксидом графена и углеродными нанотрубками, силовые линии магнитного поля 7, положительно заряженный электрод 8, шланг 9, магнито-абразивная вибрирующая щетка 10, периодически создающая насыпной нерастворимый би-полярный электрод. В качестве полюсного наконечника 5 может применяться магнитотвердый редкоземельный неодимовый магнит NdFeB, что снижает энергозатраты по сравнению с электромагнитами.
На фиг. 2 представлена схема взаимодействия периодически образующегося за счет вибрации насыпного би-полярного электрода и обрабатываемой поверхности детали 1. Процесс полирования реализуется следующим способом: электролит, содержащий ферромагнито-абразивные отрицательно заряженные частицы FeB, поступает через шланг 9 и кольцевые отрицательно поляризованные электроды 3 и изолятор 2 в обрабатываемый канал детали 1, на которую подается потенциал (+) через электрод 8. При этом на магнитоабразивные заряженные частицы воздействуют магнитным полем 7 напряженностью 0,1-1,2Тл со стороны вращающегося магнитного наконечника 5 одновременно совершающего вертикальные колебания частотой 20-50 Гц и амплитудой 0,2-3 мм. Вследствие этого создается магнито-абразивная вибрирующая щетка 10 и, периодически, при отскакивании от обрабатываемой поверхности - насыпной нерастворимый би-полярный электрод, полирующий обрабатываемую поверхность детали, а именно, канал прямоугольной формы с размерами 5,2×2,6 мм, при совершении поступательного движения Vs детали. Во время отклонения на амплитуду 0,2-3 мм между ферромагнито-абразивными отрицательно заряженными частицами, образующими насыпной би-полярный нерастворимый электрод и обрабатываемой поверхностью происходит анодный процесс растворения микронеровностей в среде электролита 2-5% NaNO3+4-5% FeB, модифицированного сочетанием оксида графена и углеродных нанотрубок, при напряжении электрического поля 4-8 В. При этом из ферромагнито-абразивных заряженных частиц при их отскакивании от обрабатываемой поверхности образуется насыпной нерастворимый биполярный отрицательно заряженный катод, между которым и микронеровностями обрабатываемой поверхности, заряженными положительно, протекает дополнительно импульсный электрический ток, который усиливает их анодное растворение по сравнению с микровпадинами. Импульсный ток способствует равномерному распределению напряженности электрического поля и локализации плотности тока на микронеровностях, на которых концентрируется, в основном, электрический заряд, то есть действует избирательно в заданном месте. На фиг. 3 показаны осциллограммы импульсного тока I0, создаваемого вибрирующим би-полярным насыпным электродом, и стационарного тока IС, протекающего между электродом 3 и обрабатываемой деталью 1. При притягивании ферромагнито-абразивных частиц к обрабатываемой поверхности происходит их механическое воздействие на микронеровности и срезание их вращающейся металлической щеткой 10, а также изменение знака потенциала (-) на (+). В процессе вибрации, отрицательно заряженные ферромагнитные частицы постоянно обновляются, очищаются от шлама и микрочастиц обрабатываемого металла. Это способствует повышению качества полирования по длине и ширине обрабатываемой поверхности и увеличению производительности процесса за счет использования рациональных управляющих параметров: импульсной плотности тока, амплитуды и частоты вибрации, напряжения на электродах, состава и скорости подачи электролита. При вибрации ферромагнито-абразивные заряженные частицы становятся периодически с частотой вибрации насыпным нерастворимым би-полярным промежуточным электродом между катодом, представленным электролитом, и анодом, представленным обрабатываемой поверхностью детали. При этом наблюдается эффект би-полярного электрода, который функционирует как анод одной ячейки и катод другой ячейки (см. ГОСТ Р 58593-2019) при вибрации с амплитудой 0,2-3 мм. Ферромагнито-абразивные частицы, модифицированные оксидом графена и углеродными нанотрубками, обладают электрохимической стойкостью, так как графен и УНТ электрохимически не растворимы, высокой электроемкостью 1235Ф/г и низковольтной эмиссией 3В, что позволяет им эффективно участвовать в анодном магнито-абразивном полировании при напряжении U=4-6B между обрабатываемой деталью 1 и кольцевыми электродами 3.
За счет периодической частоты вибрации абразивной щетки 10 с амплитудой а=0,2-3 мм в потоке электролита у обрабатываемой поверхности образуется би-полярный (фиг. 2б) отрицательно заряженный электрод, создающий электрическое поле 12 и дополнительно импульсный ток I0, наряду со стационарным IC (фиг. 3). Импульсный ток I0 способствует локализации процесса анодного растворения микронеровностей и выравниванию рисок на обрабатываемой поверхности, а также повышает точность геометрии и равномерность шероховатости поверхности.
При продольном перемещении обрабатываемой заготовки магнит удерживает магнитный порошок и происходит полирование поверхности канала по всей длине.
На фиг. 2а показано взаимодействие магнитоабразивных заряженных частиц, образующих вращающуюся щетку 10, с микронеровностями обрабатываемой поверхности канала детали 1, где Р - направление силы магнитного прижатия микрочастиц к обрабатываемой поверхности. При этом первый слой заряженных частиц приобретает потенциал (+), т.к. для него токоподводом является обрабатываемая поверхность, второй (+) и (-), последующий слой (-). При механическом взаимодействии магнитоабразивных заряженных частиц с микронеровностями происходит их механическое срезание, удаление оксидных пленок, протекание электрохимического процесса анодного растворения с локализацией процесса в двойном электрическом слое, образованном между микронеровностями, ионами электролита и электрически поляризованными заряженными частицами. При этом магнитоабразивные заряженные частицы могут загрязняться микрочастицами обрабатываемого металла, а также шламом, образующимся в результате анодного растворения обрабатываемого металла в электролите, что снижает их эффективность.
При отскакивании магнитоабразивных поляризованных заряженных частиц от обрабатываемой поверхности с частотой f=20-50 Гц образуется зазор а=0,2-3 мм (см. фиг. 2б). При этом магнитоабразивные заряженные частицы, образующие между собой кластер, благодаря своим магнитным свойствам, механически взаимодействуют между собой, меняют свои электрический заряд на (-), т.к. токопроводом для них является отрицательно заряженный электролит.
В результате механического взаимодействия, перезарядки и электрохимического процесса магнитоабразивные частицы очищаются от продуктов обработки. При этом магнитоабразивная щетка 10, периодически заряженная (+) или (-) - во время отклонения от обрабатываемой поверхности на амплитуду а=0,2-3 мм за счет вибрации, становится насыпным нерастворимым би-полярным отрицательно заряженным электродом, который «висит» в потоке электролита 6. Магнитоабразивная щетка механически воздействует на микронеровности, срезает их и активирует путем удаления окисной пленки, а биполярный катод заряжается отрицательно, создает импульсный ток, который локализует и процесс анодного растворения микронеровностей. При этом повышается равномерность распределения электрического поля (силовые линии 12 электрического поля), а плотность тока, преимущественно локализована на анодное растворение микронеровности обрабатываемой поверхности детали 1. За счет этого обеспечивается саморегулирование синергетического эффекта параметров (равномерной плотности тока, свойств частиц) процесса анодно-абразивного полирования на основе преимущества обновляемого насыпного би-полярного электрода.
Это позволяет снизить энергоемкость процесса путем концентрации электрического заряда и локализации процесса анодного растворения по гребешкам микронеровностей, повысить равномерность шероховатости поверхности в продольном и поперечном направлениях, а также точность геометрических размеров канала за счет уменьшения удаляемого припуска при анодно-абразивном полировании.
Пример 1. Канал сечением 3,6×2 мм, выполненный из меди Ml с исходной шероховатостью поверхности Ra 0,63 мкм, длиной L=100mm проходил анодную магнито-абразивную полировку. Применялся электролит 5% NaNO3+5% FeB, модифицированный сочетанием оксида графена и УНТ и отрицательно заряженный при U=12B, напряжение на электродах U=4B. Давление подачи электролита 0,1 МПа, вращение полюсного наконечника n=60 об/мин, частота вибрации 50 Гц, амплитуда 0,2 мм, магнитная индукция 0,1-0,6Тл. Продольная подача обрабатываемой детали Vs 14 мм/мин. Время обработки 7 мин. Шероховатость поверхности после обработка Ra 0,18-0,12 мкм.
Пример 2. Канал круглого сечения, выполненный из латуни Л-96, диаметр 05 мм, длина 80 мм с исходной шероховатостью поверхности Ra 1,25 мкм обрабатывался анодной магнито-абразивной полировкой в электролите 3% NaNO3+4% FeB, модифицированном графеном, заряженным отрицательно. Напряжение электрического тока U=6B на электродах. Давление подачи электролита 0,1-0,12 МПа, вращение полюсного наконечника n=30об/мин, частота вибрации 35 Гц, амплитуда 2 мм, магнитная индукция 0,2-1 Тл. Продольная подача обрабатываемой детали Vs 10 мм/мин. Вращение полюсного наконечника 40 об/мин. Время обработки 8 мин. Шероховатость поверхности после обработки Ra 0,32-0,25 мкм.
Пример 3. Изгиб канала трубы 5×4 мм радиусом 30 мм, длина канала 120 мм, выполненного из латуни Л-63, с исходной шероховатостью поверхности Ra 1,75 мкм. Для полирования применялся электролит 2% NaNO3+4% FeB, модифицированный графеном. Вибрация магнитного наконечника 20 Гц, амплитуда 3 мм, вращение полюсного наконечника n=20 об/мин, магнитная индукция 0,2-1,2 Тл. Напряжение анодного тока U=8B. Давление подачи электролита 0,15-0,2 МПа. Vs=3 мм/мин. Величина зерна абразивного порошка 60-100 мкм. Время обработки Юмин, шероховатость после обработки Ra 0,42-0,36 мкм.
Анодное магнито-абразивное полирование электрически поляризованными заряженными частицами, с созданием нерастворимого би-полярного катода позволяет повысить производительность процесса в 1,5-2,5 раза по сравнению с магнито-абразивным полированием, обеспечить равномерный гладкий рельеф поверхности, а также снизить энергозатраты за счет уменьшения удаляемого припуска в пределах 0,02-0,03 мм, самоорганизации электрохимического процесса удаления микронеровностей путем управления и стабилизации плотности тока, механических и электрических свойств электрически поляризованных заряженных частиц, а также синергетического принципа процесса анодно-абразивного полирования, осуществляемого с применением нерастворимого периодически вибрирующего би-полярного катода.
Claims (1)
- Способ анодного магнитоабразивного полирования немагнитных трубчатых изделий, включающий анодно-абразивную обработку в проточном электролите, содержащем абразивные частицы из магнитных материалов, модифицированных высокотокопроводящими наночастицами графена и/или графеновых нанотрубок, при наложении на электролит и обрабатываемое изделие электрического напряжения с одновременным воздействием внешним магнитным полем, обеспечивающим возникновение вибрационных колебаний абразивных частиц, отличающийся тем, что в качестве электролита используют 2-5% водный раствор соли NaNO3 с содержанием в нем 4-5% отрицательно заряженных упомянутых частиц магнитоабразивного порошка, например FeB, причем на обрабатываемое изделие подают электрический потенциал (+), а на поток электролита с магнитоабразивными частицами потенциал (-) напряжением постоянного тока 4-8 В и воздействуют вращающимся магнитным полем с магнитной индукцией 0,1-1,2 Тл, создаваемым при помощи полюсного наконечника, которому при этом сообщают вертикальную вибрацию частотой 20-50 Гц и амплитудой 0,2-3 мм, за счет чего образуется насыпной биполярный вибрирующий электрод, дополнительно создающий импульсы тока, участвующие совместно со стационарным током в анодном растворении микронеровностей.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779560C1 true RU2779560C1 (ru) | 2022-09-09 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2820090C1 (ru) * | 2023-09-11 | 2024-05-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательно учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | Способ сухого электрополирования детали из алюминиевого сплава |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3776827A (en) * | 1966-12-01 | 1973-12-04 | K Inoue | Method of deburring workpieces |
| SU1627383A1 (ru) * | 1988-10-10 | 1991-02-15 | Белорусский Политехнический Институт | Способ магнитно-абразивной обработки внутренних поверхностей немагнитных трубчатых изделий |
| SU1722791A1 (ru) * | 1990-03-14 | 1992-03-30 | A.M. Колосовский | Способ полировани деталей типа тел вращени |
| RU2166416C2 (ru) * | 1999-07-21 | 2001-05-10 | Сибирская аэрокосмическая академия | Способ электрохимического хонингования |
| RU2716330C1 (ru) * | 2019-11-20 | 2020-03-11 | Аскар Джамилевич Мингажев | Способ обработки перфорационных отверстий и внутренней полости лопатки турбомашины |
| RU2764538C1 (ru) * | 2020-10-30 | 2022-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) | Способ комбинированной обработки каналов сложной формы и устройство для его реализации |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3776827A (en) * | 1966-12-01 | 1973-12-04 | K Inoue | Method of deburring workpieces |
| SU1627383A1 (ru) * | 1988-10-10 | 1991-02-15 | Белорусский Политехнический Институт | Способ магнитно-абразивной обработки внутренних поверхностей немагнитных трубчатых изделий |
| SU1722791A1 (ru) * | 1990-03-14 | 1992-03-30 | A.M. Колосовский | Способ полировани деталей типа тел вращени |
| RU2166416C2 (ru) * | 1999-07-21 | 2001-05-10 | Сибирская аэрокосмическая академия | Способ электрохимического хонингования |
| RU2716330C1 (ru) * | 2019-11-20 | 2020-03-11 | Аскар Джамилевич Мингажев | Способ обработки перфорационных отверстий и внутренней полости лопатки турбомашины |
| RU2764538C1 (ru) * | 2020-10-30 | 2022-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) | Способ комбинированной обработки каналов сложной формы и устройство для его реализации |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ТРИФАНОВ В.И. и др. Комбинированное анодно-абразивное полирование каналов малого сечения деталей машин. Решетневские чтения: Материалы XXV Международной научно-практической конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева. В 2-х частях. Под общей редакцией Ю.Ю. Логинова. Красноярск, 2021, часть 1, с. 543-544. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2820090C1 (ru) * | 2023-09-11 | 2024-05-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательно учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | Способ сухого электрополирования детали из алюминиевого сплава |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rattan et al. | Experimental set up to improve machining performance of silicon dioxide (quartz) in magnetic field assisted TW-ECSM process | |
| KR20150123321A (ko) | 전자 사이클로트론 공명 플라즈마의 개별 발생원 수단에 의해 적어도 하나의 부재의 표면을 처리하는 방법 | |
| Chiou et al. | Fabrication of high aspect ratio micro-rod using a novel electrochemical micro-machining method | |
| Tang et al. | Experiment and simulation study on concentrated magnetic field-assisted ECM S-03 special stainless steel complex cavity | |
| KR20150002725A (ko) | 절단 와이어를 제조하기 위한 공정 및 장치 | |
| Khan et al. | Nanofinishing of copper using ball end magnetorheological finishing (BEMRF) process | |
| CN105420763B (zh) | 基于液滴泰勒锥的微纳电化学沉积加工方法 | |
| RU2779560C1 (ru) | Способ анодного магнитоабразивного полирования немагнитных трубчатых изделий | |
| Qu et al. | Enhancement of the homogeneity of micro slits prepared by wire electrochemical micromachining | |
| Jarin et al. | An experimental investigation on the effect of nanopowder for micro-wire electro discharge machining of gold coated silicon | |
| Vasyliev et al. | Influence of polarization curve slope on the accuracy of local copper electrodeposition from sulphate electrolyte | |
| Feng et al. | Advanced nonlinear rheology magnetorheological finishing: A review | |
| Mingcheng et al. | Electrochemical micromachining of square holes in stainless steel in H2SO4 | |
| Gopinath et al. | Experimental investigation of the electrochemical micromachining process of Ti-6Al-4V titanium alloy under the influence of magnetic field | |
| Davim et al. | Advanced (non-traditional) machining processes | |
| Mukhopadhyay et al. | Advancement in ultrasonic vibration and magnetic field assisted micro-EDM process: an overview | |
| KR20130138375A (ko) | 연마장치 및 이를 이용한 관 내부의 화학기계적 연마 방법 | |
| RU2764538C1 (ru) | Способ комбинированной обработки каналов сложной формы и устройство для его реализации | |
| Palaniswamy et al. | Enhancing MRR and accuracy with magnetized graphite tool in electrochemical micromachining of copper | |
| Chen et al. | Experimental study on surface physical behaviour and integrity of polycrystalline diamond (PCD) in micron-scale abrasive flow assisted impulse-discharge machining | |
| Paul et al. | Improvement in micro feature generation in ECDM process with powder mixed electrolyte | |
| Reddy et al. | Experimental investigation–magnetic assisted electro discharge machining | |
| RU2782814C1 (ru) | Способ комбинированной обработки канала сложной формы | |
| Singh et al. | Magnetic abrasive finishing process | |
| CN113681436A (zh) | 一种抛光装置及其抛光方法 |