Главная/

Физика /

Физическаясущность магнитно-электрического упрочнения

Калининградский государственный технический университет

Реферат

на тему: Физическая сущность магнитно-электрического упрочнения

Студента гр. 96-ТА
Корыстина П.В.

1998

Магнетизм интересует человечество уже более 200 лет. Электромагнитное поле успешно применяют в современной технике и технологии для управления свойствами твердого тела. Магнитную обработку используют для улучшения свойств конструкционных материалов, воды, растворов, дисперсных систем и т.п. Магнитную и термомагнитную обработку широко применяют в машиностроении. С 70-х годов значительно расширилось применение магнитно-импульсной обработки (МИО) лезвийного режущего инструмента и динамически нагруженных деталей машин для увеличения их стойкости и надежности работы.

Незначительная стоимость и высокая производительность устройств и современных установок, применяемых в промышленности, а также простота технологии МИО позволяют рекомендовать ее для различных областей народного хозяйства страны. Внедрение МИО позволит уменьшить остаточные и усталостные напряжения в деталях и конструкциях, повысить стойкость режущего инструмента из слабомагнитных материалов, например инструмента, оснащенного пластинами из твердых сплавов типа ВК, ТК и ТКК.

1. СУЩНОСТЬ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ

При магнитном воздействии вещество изменяет свои физические и механические свойства. Улучшение свойств у ферромагнитных деталей, прошедших МИО, достигается за счет направленной ориентации свободных электронов вещества внешним полем, вследствие чего увеличивается тепло- и электропроводимость материала.

Взаимодействие импульсного магнитного поля с заготовкой (деталью) из токопроводящего материала происходит тем интенсивнее, чем выше структурная и энергетическая неоднородность вещества. Поэтому чем выше концентрации поверхностных и внутренних напряжений в металлических заготовках, тем больше вероятность локальной концентрации в них микровихрей внешнего поля и тем длительнее течение релаксационных процессов в веществе.При изготовлении реальных деталей в материале неравномерно концентрируется некоторое количество избыточной энергии F, с увеличением которой возрастает вероятность разрушения детали Р.

Если F > 0, то P → P_max=1

Для повышения надежности работы механизма необходимо величину Р_max снизить примерно в 4 раза. Это возможно за счет уменьшения избыточной энергии материала внешними физико-техническими методами.

Применяя МИО, можно значительно уменьшить избыточную энергию материала, связанную с концентрацией внутренних и поверхностных напряжений в конкретной детали, и снизить до минимума вероятность ее поломки. Изменения избыточной энергии поля при МИО стальных деталей (или заготовок) показаны на рис. 1, а, точки 1 — 4. Для каждого материала (и детали) существует оптимальное значение внешнего импульсного магнитного поля H_опт. при котором концентрация напряжений в материале, а следовательно, и избыточная энергия F предельно уменьшаются (F → Fmin), вследствие чего повышается надежность детали. Вероятность разрушения детали (рис. 1, б, точка 5) не превышает 0,25, что гарантирует нормальную работу механизма.

Рис. 1. Изменение избыточной энергии F в образце из ферромагнитного сплава в зависимости от напряженности поля Н при МИО (а) и влияние F на вероятность разрушения детали P (б)

Для уменьшения значения F в материале конкретной заготовки (инструмента или детали) необходимо затратить некоторое количество электромагнитной энергии w_o , значение которой зависит от массы т, объема V_m и состояния материала ψ детали.При намагничивании (или повторном намагничивании) в структуре ферромагнитных деталей за счет энергии происходят два процесса: процесс смещения границ доменов, состоящий в росте их объемов, у которых намагниченность ориентирована близко к направлению поля за счет изменения объема соседних доменов, что повышает теплопроводность образцов; процесс изменения направления самопроизвольной намагниченности отдельных доменов и кристаллитов путем поворота вектора намагниченности, вследствие чего повышаются вязкость и износостойкость материала.

Оба процесса связаны с магнитной восприимчивостью материала детали.

Для каждой стали существует определенная величина напряженности импульсного магнитного поля, а следовательно, и величина магнитной энергии Wi, которая поглощается материалом в течение времени обработки t и максимально улучшает его механические и технологические свойства. Причем между повышением стойкости детали и магнитной проницаемостью существует корреляционная зависимость. Импульсное магнитное поле, взаимодействуя с материалом детали, изменяет ее тепловые и электромагнитные свойства, улучшает - структуру и эксплуатационные характеристики, что положено в основу технологии магнитного упрочнения. Технология магнитного упрочнения сводится в основном к следующему. Деталь перед обработкой (или инструмент) помещают в полость соленоида со стороны, например, северной полярности таким образом, чтобы центр тяжести детали бьет удален от положения равновесия. При включении установки деталь силой F₁ "втягивается" магнитным полем в полость соленоида с некоторым ускорением и совершает внутри полости колебательные движения. При МИО за счет инерции деталь (и ее центр тяжести) сместится в противоположную сторону и она испытает втягивание в соленоид со стороны южного полюса. Со стороны другого полюса соленоида на деталь действует сила F₂, которая и втягивает ее обратно внутрь соленоида. Таким образом, деталь (инструмент), многократно пересекая магнитный поток, совершает в полости соленоида свободные перемещения, которые с течением времени уменьшаются за счет сил трения детали о стенки индуктора и которые будут затухать. Когда колебания прекратятся, деталь займет положение равновесия, а сила F₂ будет равна нулю. При этом деталь расположится по центру соленоида. Количество колебаний и амплитуда их зависят от мощности поля W₀, массы детали m и электромагнитных свойств материала ψ_мb