Що таке магнітне оздоблення?
Магнітне фінішне оброблення також називається фінішним обробленням за допомогою магнітного поля та являє собою метод прецизійної обробки поверхні, який застосовує контрольоване магнітне поле, щоб змусити абразиви вдаряти об заготовку. На відміну від звичайного шліфування або полірування, яке має жорсткі елементи інструменту і тому не може адаптуватися до складної геометрії, магнітне фінішне оброблення використовує гнучкі, керовані абразивні інструменти, які приймають різні конфігурації за потреби. Інструмент являє собою не суцільне колесо чи стрічку, а скоріше динамічне середовище, що використовує магнітні частинки та абразиви, вирівняні так, ніби існує магнітне поле, налаштовуючи конфігурацію для досягнення траєкторії руху верстата.
Варіанти процесу
Магнітна обробка — це не окремий процес, а група процесів, які використовують один і той самий простий принцип використання магнітного поля для обробки абразивної дії, і які залежно від обставин були сформовані в різні форми. Ось описи основних варіацій процесу.
MAF (Магнітно-абразивна фінішна обробка)
MAF генерує гнучку магнітно-частинкову «щітку», яка вирівнює феромагнітні абразиви в контрольованих умовах локального магнітного поля. Щітка адаптується до країв, зовнішніх та внутрішніх отворів, і навіть до плавно вигнутих поверхонь вільної форми, забезпечуючи рівномірне мікрорізання та полірування, що перевершує можливості жорстких інструментів. Гнучкість та практична контактна сила, присутні в щітці MAF з магнітним потоком та робочим зазором, або розділенням, дозволяють налаштувати її від делікатного видалення задирок до чистової обробки, хоча представлення комбінованих сил щодо прогнозування видалення матеріалу є активною сферою досліджень з використанням ресурсів, пов'язаних з технологією MAF. MAF широко використовується для рідкісних випадків з обмеженим доступом всередину до адитивних компонентів або в прецизійно відновлених компонентах, де загалом є задіяні проходи.
MRF (Магнітореологічна обробка)
MRF – це детермінований процес полірування під апертурою, де стрічка або пляма магнітореологічної (MR) рідини (частинки карбонільного заліза та немагнітні абразиви в носії) жорсткіється локальним магнітним полем, а потім зсуває матеріал, щільно обмежуючи її. В результаті досягається передбачувана функція на поверхнях оптичної якості з шорсткістю нанометрового рівня на плоских поверхнях, опуклих/увігнутих лінзах та дзеркалах, що забезпечує ефективну фінішну обробку. MRF є основою прецизійної оптики та інших процесів обробки крихких матеріалів, оскільки вона забезпечує керованість (за допомогою потоку), транспортування тепла та сміття, а також можливість змінювати площу фінішної обробки шляхом зміни потоку для досягнення певної геометрії. Принаймні, на формах зі складнішою 3D-формою, кулькові MRF (BEMRF) фінішні обробки та рідина формуються у стабільну «кулю» на обертовому кінчику інструмента, переносячи ідею під апертури на деталі вільної форми та складніші 3D-форми.
MRAFF / R-MRAFF (гібрид AFM + MRF)
Магнітореологічна абразивна обробка потоком (MRAFF) пропонує гібридний доступ до абразивної обробки потоком (AFM) з контрольованим потоком середовища, де реологія контролюється за допомогою джерела магнітного поля. Зворотно-поступальний, магнітно-жорсткий MR-середовище проходить над отворами шляхів, забезпечуючи кращий контроль сил зачеплення, ніж AFM (хоча він все ще присутній). Коли MRF додатково поєднується з обертанням заготовки під під-апертурою магнітореологічної абразивної обробки потоком – R-MRAFF – залишкова варіація зазору потоку по всій деталі вільної форми згладжується, а швидкість обробки та однорідність по диференціальних поверхнях покращуються – знову ж таки, в демонстрації з компонентами, подібними до імплантатів, середня швидкість обробки була майже вдвічі швидшою, ніж у підходах типу MAFF.
Інші варті уваги варіанти/гібриди
- BEMRF (Ball-End MRF): Створює на кінчику інструменту магнітно підтримувану «кульку» з рідини MR, що дозволяє виконувати локалізовані процеси полірування складних 3D-форм; зазвичай найкраще підходить для феромагнітних матеріалів завдяки сприятливим лініям поля на контакті.
- MRJF (Магнітореологічне струменеве оздоблення): Проектує MR-рідину у вільному струмені/плямі; хоча фізика видалення струменя MR має ті ж механізми, що й у MRF, MR-струмін забезпечує кращий доступ до локалізованих або заглиблених елементів. Об'єднайте MRF з MR-струменем у моделі видалення, запропоновані для оптичних систем.
- MRAH (Магнітореологічне абразивне хонінгування): По суті, модифікована форма звичайного хонінгування з можливістю магнітного налаштування абразивної дії для обробки складних отворів та немагнітних матеріалів. Звіти вказують на кращу шорсткість, коли в середовищі утворюються ланцюги, зміцнені полем.
- Ультразвуковий/хімічний MRF/MAF: поєднує або накладені коливання, або реактивну хімію, щоб збільшити швидкість видалення матеріалу (MRR) та зменшити пошкодження підповерхневих шарів. Ультразвуковий MRF збільшує відносну швидкість частинок та сили, що виникають на нерівностях, що зрештою призводить до більшої швидкості видалення порівняно з базовим MRF/MAF.
Обладнання та медіа
Магніти: постійні проти електромагнітів
Магнітне поле робить ці процеси можливими. Постійні магніти, зокрема високоенергетичні неодимово-залізо-борові (NdFeB) магніти, пропонують дуже мале, ефективне джерело магнітного потоку, яке може бути використане в багатьох промислових застосуваннях. Недоліком є те, що ви не можете змінювати їх після виготовлення. Електромагніти забезпечують контрольованість щільності потоку, що застосовується, що дозволяє досягти більшої точності завдяки силам полірування та геометрії плям. Висока точність регулювання магнітного поля відкриває можливості в оптиці та інших передових виробничих процесах, які легше обслуговувати, зокрема, нагрівання котушок, що потім призводить до необхідності теплового управління в'язкістю рідин MR.
Магнітореологічна рідина
Кожна магнітореологічна система обробки зосереджена навколо «розумної рідини», яка твердне в магнітному полі. Рідина MR зазвичай складається з частинок карбонільного заліза (CIP) для забезпечення магнітної реактивності та абразивних зерен (оксид алюмінію, оксид церію або алмаз) для видалення матеріалу, а також носія (зазвичай силіконової олії, мінеральної олії або води). Для підвищення стабільності в'язкості та запобігання осіданню додають додаткові добавки (такі як тиксотропні добавки, протизношувальні або антикорозійні добавки). Це сприяє миттєвому переходу рідини MR з рідкого стану в напівтвердий стан полірувальної стрічки або щітки, а потім повертається до рідкого стану після зняття магнітного поля.
Системи руху
Взаємодію інструменту та заготовки можна визначити на основі контрольованого руху. Типові конфігурації для використання процесів MR-фінішної обробки включають обертання колеса або невеликої точки, в якій MR-рідина стає жорсткою полірувальною зоною; системи зворотно-поступального потоку, зазвичай корисні в гібридних абразивних потоках для внутрішніх проходів; та обертові заготовки, які часто забезпечують більш стабільну та більшу швидкість видалення матеріалу на циліндричних або довільноформатних конструкціях. Крім того, завдяки регульованому руху та функціям виробники можуть точно налаштувати як швидкість видалення, так і фінішну обробку за допомогою регульованої жорсткості матеріалу.
Матеріали
Процеси магнітної обробки є дуже гнучкими; однак реакція матеріалів залежить як від їхніх магнітних, так і від механічних властивостей.
Найбільш підходящі: Феромагнітні та відносно тверді матеріали, такі як сталі та алюмінієві сплави, зазвичай є придатними матеріалами для магнітно-абразивної обробки. В оптиці крихка кераміка, така як плавлений кварц, скло BK7 та монокристалічний кремній, є чудовими матеріалами для магнітореологічної обробки та створює бездефектні поверхні з нанометровою шорсткістю.
Найменш придатні: М’які полімери та деякі кольорові метали (такі як мідь та латунь) є складними матеріалами для обробки, оскільки їхня низька магнітна проникність означає, що міцність абразивного інструменту, сформованого в полі, не забезпечує достатньої сили. Полімери ризикують зазнати оранки замість чистого видалення матеріалу, а точність може обмежувати досяжні допуски.
Параметри процесу.
Типові параметри процесу для обробки до однорідного нано-покриття такі.
- Щільність магнітного потоку – це визначає жорсткість інструменту, який застосовує тиск полірування.
- Концентрація та розмір частинок карбонільного заліза (CIP) та абразиву – з більшою концентрацією абразиву збільшується швидкість видалення (MRR); однак надмірне навантаження призводить до втрати стабільності CIP у середовищі.
- Робочий зазор – відстань між магнітом і заготовкою; чим менший зазор, тим сильніша магнітна щітка, але можуть зростати локалізовані сили.
- Відносний рух – обертальний рух, зворотно-поступальний рух або їх комбінація – створює зсувну дію на поверхню.
- Час обробки – якщо цикли довші, якість обробки покращується, але пропускна здатність знижується; тому оптимізація є життєво важливою для масштабів обробки для виробництва.
Переваги
- Точний контроль зусилля дозволяє полірувати до нанометрової шорсткості з мінімальним пошкодженням підповерхневих шарів.
- Адаптивна конформація магнітної щітки або стрічки MR-рідини дозволить обробку складних форм, поверхонь вільної форми та внутрішніх проходів.
- Управління теплом та сміттям суттєво покращується, оскільки текуче середовище здатне відводити тепло та вільні частинки, зменшуючи термічні напруження та дефекти на поверхні.
Недоліки
- Повільна швидкість видалення матеріалу з дуже твердих матеріалів обмежує конкурентоспроможність там, де потрібне значне видалення заготовки.
- Рідина MR є унікально складною, оскільки існують такі проблеми, як седиментація, стабільність та добавки, які ускладнюють довгострокову експлуатацію.
- На кольорових та діамагнітних матеріалах рідина MR має знижену ефективність порівняно зі зворотною або поганою магнітною взаємодією.
- Нагрівання електромагніту погіршить властивості рідини MR та може вимагати активного охолодження або переходу на постійний магніт.
Програми.
Оптика – полірування лінз і дзеркал, а також корекція фігури для високопродуктивних оптичних систем.
Біомедичні імплантати – обробка протезних суглобів, стентів та інших медичних деталей вільної форми, що потребують зменшеного зносу та кращої біосумісності.
Точне машинобудування – застосування для обробки поверхонь шестерень, паливних форсунок, мікрофорсунок та гідравлічних компонентів; а також постобробка металевих деталей, отриманих методом адитивного виробництва, де гладкі внутрішні канали є критично важливими.
