Procesamiento abrasivo magnético

Mecanizado abrasivo magnético (MAO) (mecanizado abrasivo magnético inglés, Magnetschleifbearbeitung alemán) - mecanizado abrasivo, realizado cuando la pieza de trabajo y los granos abrasivos se mueven entre sí en un campo magnético (según GOST 23505-79 "Mecanizado abrasivo. Términos y definiciones").

La esencia del procesamiento abrasivo magnético radica en el hecho de que la masa abrasiva ferromagnética en polvo, compactada por la energía del campo magnético , ejerce un efecto abrasivo en la pieza de trabajo.

El método magnético-abrasivo puede procesar con éxito superficies: cilíndricas externas e internas, planas, cuerpos de revolución con generatriz curvilínea, helicoidales, etc.

El campo de aplicación más común del procesamiento abrasivo magnético es la reducción de la rugosidad en las superficies tratadas con un aumento simultáneo en las características de calidad de la capa superficial.

Historia del desarrollo de la tecnología MAO

La idea de utilizar la energía de un campo magnético para mecanizar piezas pertenece a N. I. Kargalov [1] , quien en 1938 propuso un método para tratar las superficies internas de las tuberías con un polvo abrasivo con propiedades ferromagnéticas.

En 1956-1959. Se registraron varias patentes en los EE. UU., Francia y otros países para métodos y dispositivos para el procesamiento de abrasivo magnético con polvo abrasivo libre en un campo magnético alterno que cambia cíclicamente [2] [3] [4] .

En 1960-1961. en la URSS, dos grupos de investigadores dirigidos por V. A. Shalnov [5] y V. N. Verezub [6] propusieron métodos para el procesamiento abrasivo en el campo de un electroimán en corriente continua de superficies planas hechas de material no magnético.

En 1962, G.S. Shulev [7] propuso tratar superficies cilíndricas externas en piezas como cuerpos de revolución en el campo de un electroimán constante con polvos que tienen propiedades magnéticas y abrasivas. Los primeros estudios experimentales de procesamiento abrasivo magnético se llevaron a cabo en la URSS en 1960-1965. V. N. Verezub, V. A. Shalnov, E. G. Konovalov.

Las disposiciones teóricas generales, los fundamentos físicos y las características tecnológicas de la tecnología para procesar varios tipos de piezas se describieron por primera vez en los trabajos de E. G. Konovalov, G. S. Shulev [8] , A. M. Steinberg [9] , Yu. M. Baron [10] , realizado en 1960-1970, así como en 1970-1980. en las obras de L. K. Minin [11] , V. I. Zhdanovich [12] , L. , N. Ya.[14], A. A. Kosobutsky13][M. Kozhuro [16] , N. S. Khomich [17]  - en la Física- Instituto Técnico de la Academia de Ciencias de la BSSR, V. M. Panchenko [18]  - en Bryansk, Yu. S. Kochura [19]  - en Moscú.

Desde la década de 1980, la investigación en el campo del procesamiento de abrasivos magnéticos también ha comenzado en otros países (Japón [20] [21] , Bulgaria [22] [23] ).

En la URSS en la década de 1980 y principios de la de 1990, la investigación en el campo del procesamiento magnético-abrasivo fue realizada principalmente por equipos científicos en Minsk (Skvorchevsky N. Ya. [24] , P. I. Yascheritsyn , Chachin V. N. [25] , Sakulevich F. Yu. [26] , Khomich N. S. [27] , Kudinova E. N. [28] , Abramov V. I. [29] , Kulgeiko M. P. [30] , Romanyuk S. I. [31] , Mikholap S. V. [32] , Lepshy A. P. [33] , Ali Hussein Kadkhum [34] ) y Leningrado (Baron Yu. M. [35] , Prikhodko S. P. [36] , Kobchikov V. S. [37] , Nesterov V. M. [38] , Zheltobryukhov E. M. [39] ).

En la década de 1990, los equipos de los departamentos científicos del Instituto Físico-Técnico de la Academia Nacional de Ciencias de Bielorrusia, BNTU , la empresa científica y de ingeniería "Polimag" (Bielorrusia) se dedican al procesamiento abrasivo magnético. Se han desarrollado e implementado problemas teóricos y prácticos de pulido en un campo magnético de superficies cilíndricas y esféricas de productos que trabajan principalmente en unidades de fricción de máquinas y mecanismos. Los estudios exploratorios han mostrado la promesa de utilizar el tratamiento abrasivo magnético para preparar superficies de productos antes de las operaciones de soldadura y recubrimiento.

En los últimos años se ha investigado sobre el tratamiento superficial magnético-abrasivo de piezas de precisión de electrónica , óptica y tecnología láser ( UE “Polymag” . Fecha de acceso: 14 de diciembre de 2010. Archivado el 5 de abril de 2012. (indefinido) , MATI ( EE.UU)).

En la última década, la tecnología de procesamiento de abrasivo magnético se ha desarrollado en muchos países del mundo. La investigación en esta área la llevan a cabo equipos de investigación de diversas universidades y empresas:

• Bielorrusia :

- UE "Polymag" (NS Khomich [40] y otros) [1] - BNTU - Instituto Físico-Técnico de la Academia Nacional de Ciencias de Bielorrusia - Universidad Técnica Agraria Estatal de Bielorrusia (BSATU) (Akulovich L.M., Sergeev L.E. y otros)

• India :

- Instituto Indio de Tecnología (VK Jain), D. Singh (Dhirendra K. Singh), V. Raghuram (V. Raghuram), P. Kumar (Prashant Kumar), etc.)

• Irán :

- Universidad Tecnológica de Tusi (M. Vahdati, E. Sadeghinia, A. Shokuhfar)

• China :

- Universidad Tecnológica de Guangdong, provincia de Guangdong (QS Yan, WQ Gao, etc.) - Universidad China Ji Liang, provincia de Zhejiang (Xu L.-tsz., LJ Xu) - Universidad de Ciencia y Tecnología de Liaoning , provincia de Liaoning (Y. Chen, F. Yan, CQ Zhu, etc.) - Universidad Tecnológica de Taiyuan, provincia de Shanxi (Cheng Hongling, Li Wenhui, Yang Shichun, Xingao Yao, Yanhong Ding, etc.) - Universidad de Ciencia y Tecnología de Changchun, provincia de Jilin (Shuren Zhang, Lifeng Yang, Guoxiang Wu, etc.) - Universidad de Tecnología de Zhejiang, provincia de Zhejiang (Shiming Ji, Guoda Chen, etc.) - Universidad Hua Chao, provincia de Fujian (JC Fang, ZY Zhao, etc.) - Universidad de Hunan Yuelushan, provincia de Hunan (Shaohui Yin, etc.) - Universidad de Transporte de Shanghái (Jiaotong), ciudad de Shanghái (Yan Wang, Dejin Hu) - Universidad del Noreste de Shenyang, provincia de Liaoning (YP Sun), Yuan S.-s. (SX Yuan), Feng B.-f. (BFFeng), Tsai G.-ts. (GQCai), Shi Z.-s.( JSShi), Hu G.-f.(GFHu), etc.)

• Rusia :

- SPbSPU (Yu. M. Barón) - OGTU (V. A. Litvinenko) - ASTU (Ikonnikov AM [41] )

• Rumania :

- Universidad de Transilvania (T. Deaconescu, A. Deaconescu, etc.)

• Estados Unidos :

- Kansas City (L. Gillespie (LaRoux K. Gillespie)) - Compañía MATI (G. Kremen) [42] [43] [44] [45] [46] , L. Igelshteyn (L. Igelshteyn) [47] , S. Feygin (S. Feygin) [ 48] , etc. ) - Universidad Estatal de Oklahoma (Ming Jiang, R. Komanduri)

• Taiwán :

- Universidad Nacional Central de Chongli (Geeng-Wei Chang, Biing-Hwa Yan, Tsung-Jen Cheng)

• Ucrania :

- KPI (V.S. Mayboroda y otros) - DonNTU (P. G. Matyukha, V. V. Gusev, etc.)

• Corea del Sur :

- Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología Avanzadas (Min-Seog Choi) - Universidad Nacional Pugyong, Busan (Jung-In Lee, Jae-Seob Kwak, Dae-Min Kang, etc.) - Universidad Konguk (Ko S.-l. (S.-L. Ko), Pak Ch.-i. (JI Park)) - Universidad de Myeongji (Hee-Nam Kim, Dea-Wha Soh) - Universidad de Seyeon (Jeong-Du Kim)

• Japón :

- Universidad de Utsunomiya (T. Shimmura, Y. Zou, H. Yamaguchi, A. Kobayashi) - Colegio Politécnico de Kanto (H. Fujita) - Universidad de Yamanashi (O. Sigiura) - Universidad de Nagoya (T. Mori, K. Hirota, etc.) - M. Anzai (Masahiro Anzai), T. Imahashi (T. Imahashi) [49] y otros.

Clasificación de los esquemas MAO

Clasificación según tres criterios [50] :

• propósito funcional
  • I - el campo magnético forma una herramienta de corte con rigidez controlada a partir de una masa abrasiva ferromagnética en polvo y genera fuerzas de corte;
  • II - el campo magnético forma una herramienta de corte con rigidez controlada a partir de una masa abrasiva ferromagnética en polvo, crea fuerzas de corte e informa a la herramienta de corte del movimiento de corte;
  • III - el campo magnético comunica las fuerzas y movimientos de corte a la masa no formada del polvo abrasivo ferromagnético;
  • IV - el campo magnético comunica los movimientos necesarios para el corte directamente a la pieza de trabajo o herramienta abrasiva;
  • V - el campo magnético en la zona de procesamiento intensifica o mejora las características de calidad de los métodos de procesamiento abrasivo existentes.
• La forma de las superficies procesadas.
  • A - esquemas para procesar superficies externas de rotación;
  • B - esquemas para el procesamiento de superficies internas de revolución;
  • B - esquemas para el procesamiento de planos y superficies con forma reglada;
  • D - esquemas para el procesamiento de superficies tridimensionales.
• Tipo de inductor magnético utilizado
  • 1 - circuitos con inductores electromagnéticos de CC;
  • 2 - circuitos con inductores electromagnéticos de corriente alterna;
  • 3 - circuitos con inductores electromagnéticos de corriente trifásica;
  • 4 - esquemas con inductores en imanes permanentes.

Esquemas MAO del grupo I:

a) Procesamiento de superficies de rotación cilíndricas o perfiladas externas (Figura 1a). Para ello, la pieza de trabajo 1 se coloca entre los polos de un electroimán de CC. Los espacios entre los polos 2 y la superficie tratada se rellenan con polvo abrasivo magnético 3. En este caso, se forma una especie de herramienta abrasiva que copia la forma de la superficie tratada. La rigidez de esta herramienta se puede controlar cambiando la intensidad del campo magnético en los espacios de trabajo. El campo magnético retiene el polvo en los huecos y lo presiona contra la superficie a tratar. Los movimientos de corte necesarios para el procesamiento son la rotación y la oscilación de la pieza de trabajo a lo largo del eje.

b) Procesamiento de superficies de rotación cilíndricas y perfiladas externas de pequeños diámetros con fijación en voladizo de piezas de trabajo (Figura 1b) [51] . El procesamiento se somete simultáneamente a varios espacios en blanco 5, cada uno de los cuales se fija en un eje separado. El baño anular 4 está hecho de material no magnético y lleno de polvo abrasivo magnético. Se colocan polos de electroimanes de polaridad opuesta a lo largo de los perímetros interior y exterior del baño. Cuando se encienden, el polvo forma un medio abrasivo con dureza ajustable dentro del baño. Las piezas de trabajo reciben tres movimientos de trabajo: rotación alrededor de sus propios ejes, oscilación a lo largo del eje y movimiento a lo largo de la circunferencia media del baño anular.

c) Tratamiento de superficies helicoidales (Figura 1c) [52] . La pieza de trabajo se coloca dentro de una cámara cilíndrica no magnética 9, fijada entre los polos de un electroimán 8 de corriente continua que, cuando se enciende, imparte una determinada rigidez a la masa de polvo abrasivo magnético dentro de la cámara. Cuando la pieza de trabajo 10 gira, la rosca pulida, como un tornillo, tiende a desplazar el polvo abrasivo magnético de la cámara, y un lado del perfil de la rosca está predominantemente pulido. Para procesar el segundo lado del perfil, se cambia la dirección de rotación de la pieza de trabajo 10. Al mismo tiempo, se cambia la dirección de movimiento del polvo.

d) Acabado de la superficie de trabajo del cortador (Figura 1d) [53] . El electroimán 12 sirve para retener el polvo magnético-abrasivo 13 entre los polos y para cambiar su rigidez de forma sincronizada con las oscilaciones verticales del cortador. Cuando el cortador se mueve hacia arriba, el electroimán se enciende, cuando se mueve hacia abajo, se apaga. Esta sincronización de encendido y apagado es necesaria para evitar que se desafilen los bordes de corte del cortador.

e) Tratamiento de la superficie interna de un recipiente no magnético de paredes delgadas (Figura 1e) [54] . Una parte del polvo abrasivo magnético 15 se presiona contra la superficie a tratar por las fuerzas del campo magnético inducido por el electroimán 16 y se evita que gire junto con la pieza de trabajo.

Esquemas MAO Grupo II:

a) Procesamiento de superficies externas de rotación (Figura 2a). La oscilación de las piezas polares imparte movimientos adicionales al polvo abrasivo magnético en los espacios de trabajo por las fuerzas del campo magnético en lugar de la oscilación de la pieza de trabajo. Tal esquema es efectivo en el mecanizado abrasivo magnético en tornos, donde el husillo no proporciona un movimiento oscilante a lo largo del eje, así como en el procesamiento de piezas de trabajo masivas.

b) Procesamiento de planos utilizando un inductor de imán permanente (Figura 2b). En la superficie del extremo de trabajo del inductor 2, los polos alternos y los imanes permanentes se encuentran a lo largo del anillo . El polvo abrasivo magnético, fijado por las fuerzas del campo magnético en la superficie final del inductor, gira junto con el inductor y pule la superficie de la pieza de trabajo 1 que se mueve progresivamente.

c) Procesamiento de una superficie reglada (Figura 2c). En la pieza de trabajo 3 con la ayuda de un inductor oscilante 4 en imanes permanentes, que imparte fuerzas de corte y oscilaciones a los granos de un polvo magnético-abrasivo colocado en el espacio de trabajo [55] .

d) Procesamiento de la superficie esférica exterior (Figura 2d) (AS 531715 URSS). El campo magnético en los espacios de trabajo es inducido por un electroimán 5 de corriente continua . El procesamiento se lleva a cabo durante la rotación de la pieza de trabajo 6 y las piezas polares 7; estos últimos transmiten la rotación al polvo abrasivo magnético 8 en los espacios de trabajo.

e) Procesamiento de cintas de correr internas sobre anillos de cojinetes de bolas (Figura 2e) (AS 20444 NRB). Se lleva a cabo introduciendo en el anillo procesado 9 - un polo giratorio 10 de un electroimán 11 con un polvo magnético abrasivo retenido en la periferia de su polo.

f) Tratamiento de las superficies internas de las tuberías mediante un electroimán giratorio (Figura 2f) (a.c. 21083 NRB, a.c. 657978 URSS). El electroimán tiene varias secciones de bobinas 12 colocadas en las ranuras de la carcasa 13. En este caso, las secciones anulares 14 se convierten en polos de carga opuesta, retienen el polvo abrasivo magnético sobre sí mismos y le transmiten un movimiento de rotación de trabajo. Además, el electroimán se mueve a lo largo del eje de la tubería, arrastrando el polvo abrasivo magnético junto con él en los espacios de trabajo.

Esquemas MAO del Grupo III:

a) Tratamiento de las superficies internas de las tuberías (Figura 3a) (AC 55507 URSS). El polvo abrasivo magnético 2 se coloca en la tubería 1 y se fuerza a girar usando un campo magnético giratorio creado por un inductor electromagnético trifásico 3.

b) Procesamiento de superficies de forma arbitraria (Figura 3b) [56] . La pieza de trabajo 4 de forma arbitraria se fija dentro de un contenedor no magnético 5 rodeado de electroimanes 6. Con el encendido pulsado sucesivo de los electroimanes, la masa de polvo magnético-abrasivo 7 se mueve dentro del contenedor hacia el electroimán que está actualmente encendido.

c) Procesamiento de la superficie inferior del material laminar (Figura 3c). El material laminar 8 se tira entre el electroimán 9 y el recipiente 10 que contiene el polvo abrasivo magnético 11 (Patente 1507495 Francia).

Enlaces a fuentes

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51. ↑ Dispositivo de pulido de volumen: a. Con. 403537 URSS, MKI B 24 B 31/10 / E. G. Konovalov, F. Yu. Sakulevich, L. M. Kozhuro, Yu. A. Bazarnov, L. K. Minin, M. K. Gurlo; Instituto Físico-Técnico de la Academia de Ciencias de la RSS de Bielorrusia. — Nº 1666214; dic. 03/06/71; publ. 26/09/73 // Boletín N° 43. - 1974. - Pág. 4.
52. ↑ Dispositivo para procesamiento magneto-abrasivo: a. C. 537796 URSS, MKI B 24 B 31/10 / I. Kh. Khairullin, N. K. Potapchuk, Yu. V. Afanasiev, Sh. G. Ismagilov; Instituto de Aviación de Ufa im. Ordzhonikidze. — Nº 2114298; dic. 18/03/75; publ. 12.05.76 // Boletín N° 45. - 1975. - P. 3
53. ↑ Pat. 2735231 EE.UU. Dispositivo de afilado o pulido / LG Simjian. — Nº 356742; aplicación. 22 de mayo de 1953; Publicado 21/02/1956. - 4 s.
54. ↑ Pat. 2196058 EE. UU. Método y aparato para pulir recipientes / HP Coats; La empresa de neumáticos y caucho Firestone. — N° 224106; aplicación. 10/08/1938; Publicado 02/04/1940. - 3 s.
55. ↑ Dispositivo para procesamiento magneto-abrasivo: a. Con. 848318 URSS, MKI B 24 B 31/10 / Yu. M. Baron, V. A. Blumberg , A. B. Rodionov, V. A. Savin, B. V. Ilyin; Instituto Politécnico de Leningrado im. M. I. Kalinina y el Instituto de Ingeniería y Economía de Leningrado llevan su nombre. P. Toliatti. — Nº 2647395; dic. 20/06/78; publ. 23/07/81 // Boletín N° 27. - 1981. - Pág. 2
56. ↑ Pat. 2880554 EE. UU. Aparatos de tratamiento o pulido / Luther G. Simjian; La corporación Reflectone — Nº 557055; aplicación. 03/01/1956; Publicado 07/04/1959. - 3 s.

Lectura sugerida

Khomich N. S. Procesamiento magnético-abrasivo de productos: monografía. - Mn. : BNTU, 2006. - 218 págs. - 100 copias.  — ISBN 985-479-550-0 . [2]

Baron Yu. M. Magnitno-procesamiento magnético y abrasivo de productos y herramientas de corte. - L . : Mashinostroenie, 1986. - 176 p. - 7400 copias.

Sakulevich F. Yu. Fundamentos del procesamiento abrasivo magnético. - Mn. : Ciencia y tecnología, 1981. - 328 p. - 1000 copias.

Baron Yu. M. Tecnología de procesamiento abrasivo en un campo magnético. - L . : Mashinostroenie, 1975. - 128 p. - 7000 copias.

Konovalov EG, Sakulevich F. Yu. Fundamentos del procesamiento electro-ferromagnético. - Mn. : Ciencia y tecnología, 1974. - 272 p. - 1350 copias.

Enlaces

• Polimag  : el sitio web oficial de la empresa Polymag, que se dedica a la investigación en el campo del procesamiento de abrasivos magnéticos.
• MATI  - sitio web oficial de MATI (Magnetic Abrasive Technologies, INC)
• Patentes  de EE. UU. - Sitio web de patentes de EE. UU.