Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Малафєєв Ю. М., к.т.н., доц.

Національний технічний універсітет України «КПІ», м. Київ

ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ МАГНИТНОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ

Различают две основные группы магнитных материалов – магнитномягких и магнитнотвердые. Обособленной является группа, в которую входят материалы специального назначения, имеющие узкую область применения. Магнитномягкие материалы характеризуются тем, что обладают способностью намагничиваться до насыщения уже в слабых полях, (высокая магнитная проницаемость) и малыми потерями на перемагничивание. Они находят широкое применение в электротехнике, приборостроении, радиотехнике, в авиационной промышленности. Их принято классифицировать по химическому составу, который определяет технологию производства, свойства и область применения. Таким образом, магнитномягкие материалы можно разделить на следующие группы:

1. Технически чистое железо (низкоуглеродистая электротехническая сталь), характеризуется малым содержанием примесей, прежде всего углерода. Оно хорошо обрабатывается на металлорежущих станках, обладает высокими магнитными свойствами в постоянных полях.

2. Электротехнические кремнистые стали, представляют собой твердый раствор кремния в железе. Стали обладают высоким удельным сопротивлением и высокими магнитными свойствами.

3, Пермаллои – сплавы железа с никелем или железа с никелем и кобальтом, которые легируют молибденом, хромом и другими элементами. Их преимущество – высокая магнитная проницаемость в слабых полях и малая коэрцитивная сила.

4. Магнитномягкие ферриты – твердый раствор определенных оксидов металлов, обладающих ферримагнетизмом с коэрцитивной силой не > 4 кА/м.

5. Магнитодиэлектрики – смесь из измельченного ферромагнетика, частицы которого электрически изолированы друг от друга пленками из немагнитного материала, являющегося одновременно механической связкой. Они обладают высокой стабильностью свойств.

6. Специальные магнитные материалы с особыми свойствами. Например,

сплавы железа с кобальтом, которые обладают высокими значениями индукции насыщений (пермендюры).

7. Аморфные материалы, которые обладают своеобразной атомной структурой, (отличающейся от структуры кристаллических материалов), высокими магнитными свойствами, высокой коррозионной стойкостью, прочностью и твердостью при сохранении пластичности [2,3,4].

В современных условиях в различных отраслях промышленности широкое применение находят магнитномягких материалы. Многообразие видов таких материалов, различие свойств и способов получения, широкая область их применения, требуют от специалистов знаний современных процессов технологий обработки.

Магнитномягкие материалы, к которым относятся ферромагнетики (железо, никель, кобальт и их сплавы, а также отдельные сплавы марганца, серебра, алюминия и других элементов), характеризуются кристаллической структурой, которая может быть различной. Ферромагнетики чаще всего могут иметь три основных типа решеток [1,2] - кубическую гранецентрированную, кубическую объемноцентрированную и гексагональную. В зависимости от температуры ферромагнетика тип решетки может изменяться. Одновременно при этом меняются и их магнитные характеристики [2].

При изменении температуры и напряженности магнитного поля, магнитная проницаемость таких материалов может существенно изменяться в больших диапазонах и носить нелинейный характер [2,3]. Еще одной отличительной особенностью ферромагнетиков является их способность намагничиваться до насыщения в слабых полях при обычных температурах.

Магнитные свойства ферромагнетиков находятся в зависимости от их предшествующего магнитного состояния («магнитной предысторией»), т.е. петлей гистерезиса [1,2,3]. Температура, выше которой материал теряет свои ферромагнитные свойства, называется точкой Кюри [1,2,3]. Каждый ферромагнетик имеет свою точку Кюри, которая характерна только для него и не зависит от внешних факторов [2,3]. Так точка Кюри для железа 770º С, а для никеля 358º С [2]. Магнитномягкие материалы, применяемые в современной технике, имеют различные значения точки Кюри. Следовательно, используемый материал должен иметь значения этой точки ниже диапазонов его рабочих температур, достигаемых в процессе эксплуатации, чтобы не потерять свои магнитные свойства.

Магнитные свойства ферромагнетиков зависят от различных факторов: химического состава; наличия примесей; упругих и пластических деформаций, возникающих при механической обработке; температуры, и др. [2,5,6,]. В процессе изготовления изделий из магнитных материалов возникают нежелательные остаточные напряжения, что приводит к снижению магнитных свойств. Эти недостатки стараются устранять дополнительно вводимыми операциями отжига, которые не всегда допустимы по технологическим соображениям.

Изделия из магнитномягких материалов (электротехнические стали и пермаллои) могут изготовляться из листов и лент. Это, так называемые, наборные магнитопроводы. К их числу можно отнести и роторы электрических машин. Здесь сердечники роторов набираются из штампованных пластин со слоем электроизоляции между ними. Однако большое количество деталей из этих материалов изготавливаются цельными. Это, в первую очередь, магнитные клапаны, роторы малых электрических машин, сердечники соленоидов, специальные корпусные детали и т.д. Поэтому существует два вида технологических процессов изготовления деталей из этих материалов, которые существенно отличаться друг от друга.

Наборные магнитопроводы до сборки (шихтовки) подвергают отжигу.

После сборки и нанесения обмоток осуществляют их обработку (тонкое точение или тонкое шлифование). При этом охлаждение деталей с помощью смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) часто затруднено или невозможно из-за недопустимости попадания влаги на обмотки и между пластинами. Повторный отжиг таких деталей после механической обработки недопустим.

Изготовление цельных деталей упрощается, т.к. в этом случае технологический процесс, на первых операциях механической обработки, строится исходя из максимума производительности без учета потерь магнитных свойств. Затем деталь подвергают отжигу для восстановления магнитных свойств материала. И на финишной операции деталь обрабатывают, снимая припуск, оставленный под тонкое точение, добиваясь минимальных потерь магнитных свойств. Для этого определяют оптимальную марку инструмента, оптимизируют его геометрические параметры и режимы резания. С целью уменьшения температурных влияний на магнитные свойства материала, окончательную обработку проводят с использованием СОЖ.

Литература:

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

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

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

4. Прецизионные сплавы. Справочник. – М.: Металлургия 1983. – 440 с.

_{5. Хрульков В. А. Механическая обработка изделий из магнитных материалов в приборостроении. – М.: Машиностроение, 1966. – 185 с.}

6. Хек К. Магнитные материалы и их техническое применение. - М.: Энергия, 1973. – 303 с.