Kas yra magnetinė apdaila?
Magnetinė apdaila, dar vadinama magnetinio lauko pagalba atliekama apdaila, yra tiksli paviršiaus apdorojimo technika, kurios metu kontroliuojamas magnetinis laukas skatina abrazyvus smogti į ruošinį. Skirtingai nuo įprasto šlifavimo ar poliravimo, kai įrankių elementai yra standūs ir todėl negali prisitaikyti prie sudėtingų geometrinių formų, magnetinėje apdailoje naudojami lankstūs, valdomi abrazyviniai įrankiai, kurie prireikus gali būti įvairių konfigūracijų. Įrankis nėra vientisas ratas ar diržas, o dinamiška terpė, naudojanti magnetines daleles ir abrazyvus, kurie yra išdėstyti taip, tarsi būtų magnetinis laukas, pritaikant konfigūraciją, kad būtų pasiektas staklės trajektorija.
Proceso variantai
Magnetinė apdaila nėra atskiras procesas, o procesų grupė, kurioje naudojamas tas pats paprastas magnetinio lauko naudojimo abrazyviniam poveikiui valdyti principas, ir kuri buvo atitinkamai suformuota į įvairias formas. Čia pateikiami pagrindinių proceso variantų aprašymai.
MAF (magnetinis abrazyvinis apdirbimas)
MAF generuoja lankstų magnetinių dalelių „šepetėlį“, kuris kontroliuojamomis vietinio magnetinio lauko sąlygomis išlygina feromagnetinius abrazyvus. Šepetys prisitaiko prie kraštų, išorinių ir vidinių kiaurymių ir net švelniai išlenktų laisvos formos paviršių, leisdamas atlikti tolygų mikropjovimą ir poliravimą, kuris pranoksta standžių įrankių galimybes. MAF šepetėlio skalės lankstumas ir praktiška sąlyčio jėga su magnetiniu srautu ir darbiniu tarpu arba atskyrimu leidžia jį reguliuoti nuo subtilaus šerpetų šalinimo iki smulkaus apdailos, nors bendrų jėgų atstovavimas, susijęs su medžiagos pašalinimo prognozavimu, yra aktyvi tyrimų sritis, susijusi su MAF technologija. MAF plačiai naudojamas retais atvejais, kai prieiga prie priedų vidaus arba tiksliai restauruotuose komponentuose, kur apskritai yra susiję praėjimai.
MRF (magnetoreologinė apdaila)
MRF yra deterministinis poliravimo po diafragma procesas, kurio metu magnetoreologinio (MR) skysčio (karbonilo geležies dalelių ir nemagnetinių abrazyvų nešiklyje) juostelė arba taškas sustingdomas vietiniu magnetiniu lauku, o tada nukerpa medžiagos šalinimo procesą, tvirtai jį apribodamas. Dėl to pasiekiamas nuspėjamas veikimas ant optinės kokybės paviršių su nm lygio šiurkštumu plokščiuose, išgaubtuose/įgaubtuose lęšiuose ir veidrodžiuose, o tai leidžia efektyviai atlikti apdailą. MRF yra tiksliosios optikos ir kitų trapių medžiagų procesų pagrindas, nes jis siūlo valdymą (per srautą), šilumos ir šiukšlių transportavimą bei galimybę keisti apdailos plotą keičiant srautą, kad būtų pasiekta konkreti geometrija. Bent jau sudėtingesnės 3D formos formos, rutulinio galo MRF (BEMRF) apdailos ir skysčio formos sukasi į stabilų „rutuliuką“ besisukančiu įrankio antgaliu, perkeliant po diafragmos idėją į laisvos formos dalis ir sudėtingesnes 3D formas.
MRAFF / R-MRAFF (AFM + MRF hibridas)
Magnetorheologinio abrazyvinio srauto apdirbimo (MRAFF) technologija siūlo hibridinę prieigą prie abrazyvinio srauto apdirbimo (AFM) terpės valdomo srauto į terpę, kur reologija valdoma šaltinio magnetiniu lauku. Slenkamai judanti, magnetiniu būdu standinta MR terpė teka virš takų angų, suteikdama geresnę sąveikos jėgų kontrolę nei AFM (nors ji vis dar yra). Kai MRF papildomai derinamas su ruošinio sukimu po magnetorheologinio abrazyvinio srauto apdailos (R-MRAFF) posvyriu, likęs srauto tarpo kitimas laisvos formos detalėje yra išlyginamas, o apdailos greitis ir vienodumas tarp skirtingų paviršių pagerėja – vėlgi demonstruojant su tai, kas gali būti implantų tipo komponentais, vidutinis apdailos greitis buvo beveik 2 kartus didesnis nei taikant MAFF stiliaus metodus.
Kiti pastebimi variantai / hibridai
- BEMRF (rutulinis MRF): įrankio gale sukuria magnetiniu būdu palaikomą MR skysčio „rutuliuką“, kuris leidžia atlikti lokalizuotus sudėtingų 3D formų poliravimo procesus; paprastai geriausiai tinka feromagnetinėms medžiagoms dėl palankių lauko linijų sąlyčio vietoje.
- MRJF (magnetinės reologinės srovės apdaila): MR skystis projektuojamas laisva srove/tašku; nors MR srovės šalinimo fizikoje naudojami tie patys mechanizmai, kurie įprasti MRF, MR srovė suteikia geresnę prieigą prie lokalizuotų arba įgilintų elementų. Sujunkite MRF su MR srovėmis į šalinimo modelius, kurie buvo pasiūlyti optinėms sistemoms.
- MRAH (magnetinis abrazyvinis galandimas): iš esmės modifikuota įprastinio galandimo forma, leidžianti magnetiškai reguliuoti abrazyvinį poveikį, kad būtų galima apdoroti sudėtingas kiaurymes ir nemagnetines medžiagas. Ataskaitose nurodoma, kad šiurkštumas yra geresnis, kai terpėje susidaro lauko standumo grandinės.
- Ultragarsu / cheminėmis medžiagomis paremtas MRF/MAF: derinamos arba pernelyg didelės vibracijos, arba reaktyvioji chemija, siekiant padidinti medžiagų šalinimo greitį (MRR), kartu sumažinant požeminius pažeidimus. Ultragarsu paremtas MRF padidina santykinį dalelių greitį ir jėgas, atsirandančias nelygumų vietose, todėl galiausiai gaunamas didesnis šalinimo greitis, palyginti su baziniu MRF/MAF.
Įranga ir žiniasklaida
Magnetai: nuolatiniai ir elektromagnetai
Magnetinis laukas leidžia šiuos procesus vykdyti. Nuolatiniai magnetai, ypač didelės energijos neodimio, geležies ir boro (NdFeB) magnetai, yra labai mažas, efektyvus srauto šaltinis, kuris gali būti naudojamas daugelyje pramoninių sričių. Trūkumas yra tas, kad jų negalima keisti, kai jie jau pagaminti. Elektromagnetai suteikia galimybę valdyti taikomą srauto tankį, o tai leidžia tiksliau reguliuoti poliravimo jėgas ir taškų geometriją. Didelis magnetinio lauko reguliavimo tikslumas suteikia galimybių optikoje ir kituose pažangiuose gamybos procesuose, kuriuos lengviau prižiūrėti, ypač kaitinant ritę, o tai lemia, kad MR skysčių klampumo elgsenai reikalingas terminis valdymas.
Magnetoreologinis skystis
Kiekviena magnetoreologinė apdailos sistema yra sukurta aplink „išmanųjį skystį“, kuris standėja magnetiniame lauke. MR skystis paprastai susideda iš karbonilo geležies dalelių (CIP), kurios užtikrina magnetinį reaktyvumą, ir abrazyvinių grūdelių (aliuminio oksido, cerio oksido arba deimanto) medžiagai šalinti, ir nešiklio terpės (paprastai silikoninės alyvos, mineralinės alyvos arba vandens). Siekiant padidinti klampumo stabilumą ir išvengti nusėdimo, įmaišomi papildomi priedai (pvz., tiksotropiniai priedai, apsaugos nuo dilimo arba korozijos priedai). Tai skatina MR skystį akimirksniu iš skystos būsenos virsti pusiau kieta poliravimo juostelės arba šepetėlio būsena, o tada, pašalinus magnetinį lauką, jis grįžta į skystą būseną.
Judesio sistemos
Remiantis kontroliuojamu judesiu galima nustatyti įrankio ir ruošinio sąveiką. Tipinės MR apdailos procesų konfigūracijos apima rato arba nedidelės dėmės sukimąsi, kurioje MR skystis tampa standinama poliravimo sritimi; slankiojančio srauto sistemas, paprastai naudingas abrazyvinio srauto tipo hibriduose vidiniams kanalams; ir besisukančius ruošinius, kurie dažnai užtikrina pastovesnį ir didesnį cilindrinių arba laisvos formos konstrukcijų šalinimo greitį. Be to, naudodamiesi reguliuojamu judesiu ir funkcijomis, gamintojai gali tiksliai sureguliuoti tiek šalinimo greitį, tiek apdailą, reguliuojamu terpės standumu.
medžiagos
Magnetinio apdailos procesai yra labai lankstūs; tačiau medžiagų reakcijos priklauso tiek nuo jų magnetinių, tiek nuo mechaninių savybių.
Tinkamiausios: feromagnetinės ir santykinai kietos medžiagos, tokios kaip plienas ir aliuminio lydiniai, paprastai yra tinkamos medžiagos magnetiniam abrazyviniam apdailinimui. Optikoje trapi keramika, tokia kaip lydytas silicio dioksidas, BK7 stiklas ir monokristalas silicis, yra puikios medžiagos magnetoreologinei apdailai ir sukuria defektų neturinčius paviršius su nanometro skalės šiurkštumu.
Mažiausiai tinka: minkšti polimerai ir kai kurie spalvotieji metalai (pvz., varis ir žalvaris) yra sunkiai apdorojami, nes dėl mažo magnetinio pralaidumo lauke suformuoto abrazyvinio įrankio stiprumas nesuteikia pakankamai jėgos. Polimerai rizikuoja patirti „arimo“ efektą, o ne švarų medžiagos pašalinimą, o tikslumas gali apriboti pasiekiamus tolerancijas.
Proceso parametrai.
Tipiniai proceso parametrai, skirti apdoroti iki vientisos nanoapdailos, yra šie:
- Magnetinio srauto tankis – tai lemia įrankio, kuris veikia poliravimo slėgį, standumą.
- Karbonilo geležies dalelių (CIP) ir abrazyvo koncentracija bei dydis – esant didesnei abrazyvo koncentracijai, šalinimo greitis (MRR) didėja; tačiau per didelis užpildymas sumažina CIP stabilumą terpėje.
- Darbinis tarpas – atstumas tarp magneto ir ruošinio; kuo mažesnis tarpas, tuo stipresnis magnetinis šepetys, tačiau lokalizuotos jėgos gali padidėti.
- Santykinis judėjimas – sukamasis judėjimas, slankiojantis judėjimas arba jų derinys – sukuria šlyties poveikį paviršiui.
- Apdorojimo laikas – jei ciklai ilgesni, pagerėja apdaila, bet sumažėja našumas; todėl optimizavimas yra gyvybiškai svarbus gamybos mastams.
Privalumai
- Tikslus jėgos valdymas leidžia poliruoti iki nanometrų lygio šiurkštumo, beveik nepažeidžiant paviršiaus.
- Magnetinio šepetėlio arba MR skysčio juostelės adaptyvus pritaikymas leis apdirbti sudėtingas formas, laisvos formos paviršius ir vidinius praėjimus.
- Šilumos ir šiukšlių valdymas iš esmės pagerėja, nes skystoji terpė gali pašalinti šilumą ir birias daleles, sumažindama terminius įtempius ir paviršiaus defektus.
Trūkumai
- Mažas labai kietų medžiagų šalinimo greitis riboja konkurencingumą ten, kur reikia pašalinti didelį kiekį apdirbimo medžiagų.
- MR skystis yra išskirtinai sudėtingas, nes jame yra tokių problemų kaip nusėdimas, stabilumas ir priedai, kurie apsunkins ilgalaikį veikimą.
- Spalvotųjų ir diamagnetinių medžiagų apdorojimui MR skysčio efektyvumas yra mažesnis, palyginti su atvirkštine arba prasta magnetine sąveika.
- Elektromagneto kaitinimas pakenks MR skysčio savybėms ir gali prireikti aktyvaus aušinimo arba perėjimo prie nuolatinio magneto.
Programos.
Optika – lęšių ir veidrodžių poliravimas bei korekcinė figūros kontrolė didelio našumo optinėms sistemoms.
Biomedicininiai implantai – protezų sąnarių, stentų ir kitų laisvos formos medicininių dalių, kurioms reikalingas mažesnis nusidėvėjimas ir geresnis biologinis suderinamumas, apdaila.
Tikslioji inžinerija – krumpliaračių, kuro purkštukų, mikropurkštukų ir hidraulinių komponentų paviršiaus apdailos pritaikymas; taip pat metalo adityvių gamybos detalių papildomas apdorojimas, kai labai svarbūs lygūs vidiniai kanalai.
