Технические науки / 8. Обработка материалов в машиностроении

Болдырев А.А., к.т.н., доцент Смоленцев Е.В.

Воронежский государственный технический университет, Россия

Применение наночастиц ферромагнетика

в технологической оснастке для чистовых операций

электрофизикохимических методов обработки

Модернизация стала сегодня ключевым термином дня, главным словом эпохи. Модернизация производства предполагает повышение уровня техники и технологии используемой на предприятии. Важной задачей, в частности, является внедрение и применение современной высокотехнологичной оснастки.

При чистовой обработке (особенно электрическими методами) резко снижается сила резания, но требуется более точная установка деталей сложной формы в рабочее положение. Силовые методы закрепления деталей могут нарушать геометрическую форму ажурных деталей и вызывают нарушение установочных баз. Кроме того для установки детали зачастую требуется большое количество специальных дорогостоящих приспособлений, что в условиях гипкоструктурного производства снижает технологические и экономические показатели.

Нанотехнологии – одно из перспективнейших и наиболее востребованных на сегодняшний день направлений развития науки и промышленности с огромным потенциалом применения в различных сферах. Одной из перспектив использования нанотехнологии в машиностроении является создание универсальной самоформирующейся технологической оснастки с использованием реологических жидкостей.

Магнитно-реологические жидкости (МРЖ) – это высокоустойчивые коллоидные растворы твердых однодоменных магнитных частиц в некоторой жидкости – носителе (керосине, воде, минеральных и кремнийорганических маслах, толуоле и т.п.). Основной компонент МРЖ – дисперсный ферро- или ферримагнетик, в качестве которого используются магнетит (FeО-Fе₂О₃), ферриты-шпинели (МFе₂O₄), ферриты-гранаты (MFe₅O₁₂), а так же переходные металлы, железо, кобальт, никель.

Седиментационная устойчивость МРЖ достигается использованием дисперсных частиц малых размеров (около 10 нм). Для агрегативной устойчивости коллоидных систем с магнитными частицами необходимо, чтобы сближение частиц вызывало появление сил отталкивания между ними, что достигается путем введения в коллоид определенного количества стабилизатора – поверхностно-активного вещества (ПАВ). Образованный на поверхности частиц молекулами ПАВ адсорбционный слой создает структурно-механический барьер, препятствующий укрупнению частиц вследствие их слипания. Как правило, в качестве ПАВ используют вещества, строение которых характеризуется наличием короткой функциональной группы (щелочной, кислотной и др) и длинной хвостовой цепочки (углеводородной, фторуглеродной и др.); классическим стабилизатором для МРЖ является олеиновая кислота.

Магнитные свойства МРЖ определяются размерами, магнитной структурой ферромагнитных частиц, их взаимодействием, а также объемным содержанием твердой магнитной фазы (может достигать 25%). Основным средством управления является магнитное поле. При его воздействии МРЖ не только меняет свои оптические, магнитные, электрические, и теплофизические свойства, но и сильно изменяет свою реологию и буквально «застывает» как твёрдое тело, а при снятии магнитного поля – принимает прежнее состояние. Это открывает возможности использования ее для закрепления немагнитных деталей [1].

При закреплении обрабатываемых деталей из немагнитных материалов (рис. 1) применение реологических сред позволяет устранять погрешности предшествующих этапов обработки за счет заполнения зазоров между базовыми поверхностями заготовки и опорами приспособления МРЖ с высокой текучестью и стабилизации положения баз после создания внешним полем состояния среды с высокой вязкостью.

Рис. 1. Схема крепления немагнитных деталей на магнитном столе:

1 – стол, 2 – регулируемые магниты, 3 – МРЖ, 4 – обрабатываемая деталь

Попытки использовать МРЖ в машиностроении и, в частности, в металлообработке дали положительный результат [2]. Использование реологической жидкости для стадии чистовой обработки деталей отвечает современным требованиям гибкоструктурного производства и имеет широкие перспективы использования, особенно в ракетно-космической отрасли, где применяются детали минимальной массы и ограниченной жесткости.

Работа выполнена в рамках гранта Президента РФ для поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук МК-283.2010.8.

Литература

1. Патент России № 2312000, МПК B23Q 3/15. Способ крепления деталей из немагнитных материалов и устройство для его осуществления / А.С. Ревин, А.В. Лисицын, В.П. Смоленцев. 2004136423/02: заявлено 14.12.2004: опубл. 10.12.2007 // Бюл. 34, 2007.

2. Смоленцев В.П. Применение магнитно-реологических жидкостей в металлообработке / В.П. Смоленцев, А.А. Болдырев // Нетрадиционные методы обработки: межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 9. ч. 3. М.: Машиностроение, 2010. с. 120-129.