Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

К.т.н. Малафеев Ю.М., Пасечник И.В., Чепурко Е.Ю.

Национальный технический университет Украины «КПИ», г. Киев

Лезвийная обработка электротехнической стали 1212

Изделия из электротехнических сталей могут быть изготовлены из листов и лент. Это, так называемые, наборные магнитопроводы, к числу которых мож-но отнести и роторы электрических машин. В этом случае сердечник ротора набирается из штампованных пластин с нанесенным слоем электроизоляции между ними. Однако, большинство деталей из этих материалов изготовляются цельными. Это, в первую очередь, магнитные клапаны, роторы малых электри-ческих машин, сердечники соленоидов, специальные корпусные детали и др.

В этой связи можно выделить два вида технологических процессов изго-товления деталей из магнитно-мягких материалов.

1.Наборные магнитопроводы до сборки (шихтовки) поступают на отжиг. После сборки и нанесения обмоток они подвергаются механической обработке (тонкое шлифование или точение). При этом охлаждение деталей в процессе обработки с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) зачастую затруднено или невозможно из-за недопустимости попадания влаги на обмотки. Нужно помнить, что повторный отжиг этих деталей после механической обра-ботки также недопустим.

2.Задача изготовления цельных деталей из магнитномягких материалов упрощается, так как на первых операциях механической обработки технологи-ческий процесс строится исходя из максимума производительности без учета потерь магнитных свойств. Затем деталь подвергается соответствующему отжи-гу для восстановления магнитных характеристик металла. И, наконец, деталь подвергается окончательной обработке – тонкому точению для обеспечения минимума потерь магнитных параметров. С этой целью оптимизируют марку инструмента, значения его геометрических параметров, режимы резания. Окон-чательную обработку ведут обязательно с применением СОЖ для уменьшения температурных влияний на магнитные свойства материалов.

Магнитные свойства низкоуглеродистой стали зависят от следующих фак-торов: содержания примесей; искажений кристаллической решетки вследствие деформации, особенно пластической; ориентации направления намагничивания относительно кристаллографических осей и степени текстуры материала; вели-чины зерна и термической обработки.

Химический состав стали 1212 приведен в таблице 1.

Таблица 1.

C	Si	Mn	S	P	Cu	Cr	Ni	Al	Co	N	O
0,035	0,2	0,2	0,03	0,02	0,3	-	-	-	-	-	-

Химический состав не более, % (остальное – железо). Знак «-» означает, что содержание элемента стандартом не оговаривается и не определяется.

Магнитные свойства стали 1212 установлены ГОСТом и после отжига без доступа воздуха при температуре 900 °С в течение 2 – 4 часов и медленного охлаждения до 600 °С (не более 30 – 40 град в час) должны соответствовать следующим нормам, приведенным в таблице 2.

Таблица 2.

Значение параметра
НС не более, А/м	µМ не менее	Магнитная индукция, В не мене, Т, при напряженности магнитного поля, А/см, равной
		5	10	25	50	100	300	500
96	-	1,30	1,42	1,53	-	-	-	-

Электротехническая низкоуглеродистая сталь 1212, кроме кремния содер-жит примеси: углерод, серу, марганец, фосфор и др.

Наиболее вредной примесью является углерод. Его влияние на магнитные свойства определяется процентным содержанием, формой, в которой он нахо-дится (например, в виде цементита или в виде графита), и дисперсностью вклю-чений.

Влияние серы, кислорода и марганца на магнитные свойства электротехни-ческой стали также отрицательно. Фосфор уменьшает потери как на гистерезис, так и на вихревые точки и, следовательно, может использоваться для легирова-ния стали, но он повышает хрупкость стали. Поэтому необходимые магнитные свойства стали 1212 формируются в результате специальной термической обра-ботки, состоящей из медленного нагрева до высокой температуры, длительной выдержки и медленного охлаждения. Весь цикл нагрева, выдержки и охлажде-ния проводится или в защитной среде, предохраняющей металл от загрязнения, или в рафинирующей среде, обеспечивающей дополнительную очистку метал-ла от примесей.

Механическая обработка деталей, подвергнутых отжигу на магнитные свойства, либо не должна совсем применятся, либо должна быть сведена к минимуму. Однако известно, что твердые сплавы, содержащие в своем составе карбиды вольфрама, существенно ухудшают магнитные характеристики обра-батываемых магнитно-мягких материалов.

При минимизации падения магнитных характеристик использовались твер-дые сплавы группы ТК и безвольфрамовые твердые сплавы. С лучшей стороны зарекомендовал себя безвольфрамовый твердый сплав марки КНТ16. Это объясняется тем, что сплав КНТ16 имеет меньший коэффициент трения по сравнению с другими инструментальными материалами, благодаря чему в зоне контакта инструмента с деталью возникают меньшие температуры.

Анализ литературных данных показал, что безвольфрамовые твердые спла-вы показывают хорошую работоспособность при высоких скоростях резания, которые находятся в диапазоне V = 100…200 м/мин.

Однако, вследствие пониженной прочности их целесообразно использовать на чистовых и отделочных операциях механической обработки, т.е. в пределах

подач S = 0,01…0,15 мм/об.

Учитывая выше сказанное, а также принимая во внимание требования к шероховатости обрабатываемой поверхности (R_а ≤ 0,63 мкм), в качестве диапа-зонов исследуемых факторов предлагаются следующие их значения:

S = 0,02…0,12 мм/об; V = 100…200 м/мин; h = 0…0,4 мм

Предварительные стойкостные опыты показали, что при обработке стали 1212 интенсивность изнашивания инструмента до износа равного h_з = 0,2 мм весьма значительна. Стойкость инструмента при этом критерии износа не при-вышает 5…15 мин. В дальнейшем интенсивность изнашивания инструмента уменьшается, что приводит к резкому увеличению его стойкости.

Для установления математической взаимосвязи между исследуемыми фак-торами и стойкостью инструмента, а также между этими же факторами и шеро-ховатостью обработанной поверхности стали 1212 был реализован план второ-го порядка типа ВЗ.

В результате математической обработки опытных данных были получены искомые модели:

- для стойкости режущего инструмента:

Т = -20,02+0,85V+269,19S-448,67h₃-1,41VS+0,49Vh₃-706,26Sh₃-

-0,002V²+509,6S²+1155,40

- для шероховатости обработанной поверхности:

Используя полученные модели можно определить режим резания, который

обеспечит максимальную производительность труда (минимальную себестои-мость) при требуемом качестве поверхностного слоя.

Для упрощения практического использования полученных моделей приве-дены номограммы, позволяющие быстро находить нужный параметр.

На рис.1. показана номограмма для определения шероховатости R_а , а на рис.2. – номограммы для определения стойкости инструмента при точении ста-ли 1212.

Были составлены нормативы режимов резания с использованием управле-ния влияния режима резания и износа инструмента на стойкость и производи-тельность обработанной поверхности при условии, что обеспечивается шерохо-ватость обработанной поверхности R_а = 0,63 мкм (табл.3).

Таблица 3.

Подача S мм/об	Характеристика процесса обработки	Скорость резания V (м/мин)
		100	120	140	160	180	200
0,02	1.Стойкость, мин 2.Производитель-ность, м^2	58,91 0,12	66,88 0,16	72,59 0,20	76,06 0,24	77,28 0,28	76,25 0,31
0,04	1.Стойкость, мин 2.Производитель-ность, м^2	56,43 0,23	63,84 0,31	68,98 0,39	71,93 0,46	72,55 0,52	70,90 0,58
0,06	1.Стойкость, мин 2.Производитель-ность, м^2	54,37 0,33	61,21 0,44	65,80 0,55	68,15 0,65	68,24 0,74	66,08 0,79
0,08	1.Стойкость, мин 2.Производитель-ность, м^2	52,72 0,42	59,00 0,57	63,00 0,71	64,80 0,83	64,31 0,93	61,61 0,98
0,10	1.Стойкость, мин 2.Производитель-ность, м^2	51,17 0,51	57,18 0,09	60,65 0,85	61,86 0,99	60,83 1,09	57,5 1,15
0,12	1.Стойкость, мин 2.Производитель-ность, м^2	50,62 0,61	55,78 0,80	58,68 0,99	59,33 1,14	57,73 1,24	53,8 1,29

Литература:

1. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы. Учебник для студ. ВУЗов М.Высш.шк. 1986.-352 с.

2. Справочник по электротехническим материалам в 3-х т. Под ред. Ю.В. Корицкого и др. Т.З. «Энергоатом», 1988. – 896 с.