Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Малафеев Ю.М., к.т.н., доц.

Национальный технический университет Украины «КПИ», г. Киев

ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СТАЛЕЙ

Электротехнические стали – сплав железа с 0,5 – 5% кремния. Легирование технически чистого железа кремнием улучшает его магнитные свойства, увеличивает начальную и максимальную проницаемость, уменьшает коэрцитивную силу и потери на гистерезис. Это объясняется тем, что кремний переводит углерод из снижающей магнитные свойства формы цементита в графит.

Максимальные значения магнитной проницаемости соответствуют 6,5 – 6,8% Sі, при этом магнитострикция такой стали близка к нулю.

Содержание кремния снижает также индукцию насыщения В_S, что крайне нежелательно. Электротехническая сталь содержит также ряд примесей: углерод, сера, фосфор, марганец и др. Наиболее вреден углерод. Его влияние определяется процентным уровнем содержания, формой, в которой он находится (цементит или графит), и его дисперсностью. Поэтому, для улучшения магнитных свойств таких сталей необходимо очищать их от примесей, подвергать специальной термообработке и обезуглероживать.

Общеизвестно, что магнитные свойства электротехнических сталей зависят от следующих факторов: содержания примесей; искажений кристаллической решетки вследствие деформации; ориентации направления намагничивания относительно кристаллографических осей и степени текстуры материала; величины зерна и термической обработки.

Сера, кислород и марганец также отрицательно влияют на магнитные свойства электротехнической стали. Несмотря на то, что фосфор уменьшает потери на гистерезис и вихревые токи, однако он повышает хрупкость стали. Поэтому для формирования требуемых магнитных свойств сталь 1212 необходима специальная термическая обработка, которая состоит из медленного нагрева до высокой температуры, длительной выдержки и медленного охлаждения. Нагрев, выдержка и охлаждение проводится в специальной защитной среде, которая предохраняет металл от загрязнения. Используют также рафинирующую среду для очистки металла от примесей.

В современной промышленности электротехнические стали используют для изготовления наборных магнитопроводов электрических машин из листов и лент. Однако большое количество деталей из таких сталей изготовляются цельными. Технологический процесс изготовления деталей из пруткового материала существенно отличается от традиционного процесса изготовления наборных магнитопроводов.

Механические напряжения, возникающие в изделиях из таких сталей при лезвийной обработке, приводят к ухудшению магнитных свойств и к увеличению удельных потерь. Эти свойства могут быть восстановлены проведением повторного отжига, однако он не всегда допустим. Возникает задача минимально снизить потери магнитных характеристик при изготовлении деталей из стали 1212.

Магнитные свойства стали 1212 восстанавливаются 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).

Механическая обработка деталей после восстановления магнитных свойств, не должна применяться, или, должна быть сведена к минимуму.

Измерение температуры в зоне резания при точении методом естественной термопары, позволило установить, что температура в зоне контакта при точении стали 1212 с применением СОД «Укринол – 1» находится в пределах 80º - 90º С. Таким образом, экспериментально установлено, что температура в зоне контакта детали с инструментом практически не сказывается на структуре материала и не оказывает влияния на магнитные свойства стали 1212. Поэтому температура как фактор, влияющий на магнитные свойства этой стали, в экспериментах не учитывалась.

С целью установления зависимости между режимами резания, износом инструмента и его стойкостью и получаемой шероховатостью поверхности стали 1212 был использован план второго порядка В3. Получены модели для определения стойкости инструмента из КНТ16 и шероховатости:

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

706,26Sh₃ - 0,002V²+509,6S²+1155,40h₃²; (1)

Ra = 0,426 + 0,0004V + 3,63S – 3,74h₃ – 0,022VS + 0,009Vh₃ –

4,367Sh₃ + 19,7S² + 6,41h₃²; (2)

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Исследованы и установлены оптимальные условия лезвийной

обработки деталей из стали 1212.

2. Определены две возможные схемы механической обработки деталей из сталей 1212: а) отжиг – механическая обработка; б) механическая обработка – отжиг – механическая обработка. Нами рассматривалась только вторая схема.

3.Установлено, что достижимая точность обработки деталей на станках токарной группы соответствует точности этого оборудования и практически не зависит от назначаемого режима резания (чистовая обработка) за период стойкости инструмента, что подтверждает принципиальную возможность замены шлифования тонким точением для деталей из стали 1212 без снижения точности и потери магнитных свойств.

Литература:

1. Вонсовский С.В. Магнетизм. М., «Наука», 1971- 1032 c.

2. Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. М. «Энергия», 1974. - 238с.

3. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы. Учебник для студ. ВУЗов М. «Высшая школа», 1986.-352 с.

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