VORRICHTUNG ZUM BEARBEITEN VON ÄUSSEREN OBERFLÄCHEN ZYLINDRISCHER WERKSTÜCKE MITTELS EINES MAGNETISCHEN SCHLEIFVERFAHRENS

Abstract

 Das Wesen der Vorrichtung besteht darin, daß das elektromagnetische System mit einem zusätzlichen Paar (3) von Polschuhen (5) versehen ist, welches gegenüber dem ersten Paar (2) in bezug auf dieses entlang der Längsachse (0₁ -0₁) des zu bearbeitenden Werkstückes (15) um den Abstand L = (0,2 bis 1,0)D versetzt ist, worin D Durchmesser der Polschuhe ist, wobei die Polschuhe (4 und 5) in jedem Paar (2 und 3) kinematisch miteinander verbunden sind, eine gemeinsame Drehachse (0 - 0) aufweisen und mit einer Exzentrizität (e) entgegengesetzten Vorzeichens bezüglich dieser Achse gelagert sind.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet Schlefbearbeitung von Werkstücken, insbesondere auf Vorrichtung zur magnetischen Schleifbearbeitung zylindrischer Außenflächen von Werkstücken.

Zugrundeliegender Stand der Technik

[0002] Bekannt ist eine Vorrichtung zur Entzunderung von Draht durch dessen Ziehen durch ferromagnetisches Pulver das zwischen zwei Scheiben verdichtet ist (SU, A, 787 131). Eine der Scheiben ist drehbar ausgebildet und mit Wülsten zum Halten des Pulvers versehen. Die zweite Scheibe ist abgefedert und dient zur mechanischen Verdichtung des Pulvers im Bearbeitungsbereich.

[0003] Die bekannte Vorrichtung gewährleistet keine hohe Qualität bei der Behandlung des Drahtes, besonders wenn er aus weichen und zähen Legierungen hergestellt ist, weil mechanisches Festklemmen des Schleifpulvers im Arbeitsbereich zur Schleifmitteleinbettung in der bearbeiteten Oberflache führt. Diese Erscheinung kann durch Verringerung des Druckes der Anpreßscheibe auf das Pulver vermieden werden, wobei jedoch die Leistung des Prozesses sprunghaft zurückgeht.

[0004] Der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt am nächsten eine Vorrichtung zur magnetischen Schleifbearbeitung zylindrischer Außenflächen von Werkstücken und zwar zur Entzunderung bzw. Entrostung von Drähten oder schweren Walzerzeugnissen (SU, A, 975 134).

[0005] Die bekannte Vorrichtung zur magnetischen Schleifbearbeitung enthält: ein elektromagnetisches System mit einem Paar von Polschuhen, die einander gegenüber angeordnet sind und einen ringförmigen Arbeitsbereich bilden, und eine Einrichtung zum Längsvorschub des Drahtes oder der schweren Walzware in den Arbeitabereich.

[0006] Bei der bekannten Vorrichtung sind die Polschuhe als Scheiben ausgebildet, die einander gegenüber in den Stirnseiten einer elektromagnetischen Spule gleichachsig mit dieser angeordnet sind und eine Mittenbohrung für den Durchlauf des Drahtes oder der schweren Walzware aufweisen.

[0007] Der innere Hohlraum der Spule zwischen den Polschuhen ist mit ferromagnetischem Schleifpulver ausgefüllt, während die eigentlichen Polschuhe außen mit unmagnetischen Deckeln abgedeckt sind.

[0008] Bekanntlich bei Zuführung des elektrischen Stroms zur elektromagnetischen Spule ein Magnetfeld der Spule erzeugt, dessen Kraftlinien innerhalb der Spule parallel zur Spulenachse liegen. Die innerhalb der Spule befindlichen ferromagnetischen Schleifpulverteilchen werden aufmagnetisiert und bilden Ketten, die entlang der magnetischen Kraftlinien gestreckt sind. Die ferromagnetischen Schleifpulverteilchen werden mit ihrer größten Achse längs der magnetischen Kraftlinien orientiert. Der zu bearbeitende Draht bzw. Stab läuft durch die Mittenbohrungen der Polschuhe entlang der Längsachse der Spule, verformt die Ketten aus den Schleifpulverteilchen und verschiebt sie in radialer Richtung, wobei neue dichtere Ketten gebildet werden, die entlang der magnetischen Kraftlinien gestreckt sind. Die Schleifteilchen kratzen dabei die zu bearbeitende Oberfläche und entfernen die Oberflächenschicht vom Werkstück. Die Oberfläche wird jedoch nur mit den Teilchen aus den Ketten bearbeitet, die an den Kraftlinien am nächsten sind. Das Abstumpfen der Schneidkanten der Teilchen beeinträchtigt die Bearbeitungsbedingungen. Da bei der bekannten Vorrichtung die Schneidfähigkeit der Teilchen nicht wiederhergestellt wird, ergibt das Abstumpfen der letzteren eine sprunghafte Verringerung der Bearbeitungsleistung und -gute. Die beim Kratzen der Schleifteilchen an der zu bearbeitenden Oberfläche anfallenden Feinspäne werden überdies aus dem Arbeitsbereich nicht ausgetragen, sondern mit dem Schleifpulver vermischt, wodurch die Schneideigenschaften des letzteren ebenfalls verschlechtert werden. Eine geringe Menge der an der Bearbeitung beteiligten Scbleifteilchen, die Verunreinigung des Pulvers mit Bearbeitungsabfällen, der geringe Druck der Schleifteilchen auf die zu bearbeitende Oberfläche infolge der Anordnung der magnetischen Kraftlinien parallel zur Vorschubrichtung des Werkstückes ergeben somit einen raschen Verlust der Schneideigenschaften des ferromagnetischen Schleifpulvers und eine ungleichmäßige Bearbeitung nach der Länge der zylindrischen Oberflächen der Werkstücke, insbesondere einee Drahtes bzw. Stabes.

Offenbarung der Erfindung

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur magnetischen Schleifbearbeitung zylindrischer Außenflächen von Werkstücken zu schaffen, bei welcher die konstruktive Ausführung des elektromagnetischen Systems und die Anordnung der Polschuhe es erlauben wurde, Zunder und Oxidfilme über die gesamte Oberfläche des Werkstückes vollständig und gleichmäßig zu entfernen, wodurch die Leistung und die Güte bei der magnetischen Schleifbearbeitung wesentlich erhöht werden könnten.

[0010] Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Vorrichtung zur magnetischen Schleifbearbeitung zylindrischer Außenflächen von Werkstücken, die ein elektromagnetisches System mit einem Paar von Polschuhen, welche einander gegenüber angeordnet sind und einen ringförmigen Arbeitsbereich bilden, und eine Einrichtung zum Längsvorschub des Werkstückes in den Arbeitsbereich enthält, erfindungsgemäß das elektromagnetische System mit einem zusätzlichen Paar von Polschuhen versehen ist, welches gegenüber dem ersten Paar in bezug auf dieses entlang der Längsachse des zu bearbeitenden Werkstückes um den Abstand L = (0,2 bis 1,0)D versetzt ist, worin D Durchmesser der Polschuhe ist, wobei die Polschuhe in jedem Paar kinematisch miteinander verbunden sind, eine gemeinsame Drehachse aufweisen und zu dieser Achse mit einer Exzentrizität entgegengesetzten Vorzeichens gelagert sind.

[0011] Die Polschuhe sind so angeordnet, daß die magnetischen Kraftlinien den ringförmigen Arbeitsbereich in zur Vorschubrichtung des zu bearbeitenden Werkstückes senkrechter Richtung durchdringen. Die Schleifpulverteilchen richten sich in Ketten entlang der magnetischen Kraftlinien und üben auf die zu bearbeitende Oberfläche die maximale Kraft- Wirkung aus.

[0012] Bei Drehung der Polschuhe bilden die Schleifpulverteilchen eine ringförmige "Schneidbürste", laufen auf die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstückes auf, üben einen Druck auf diese aus, wirken schleifend und drücken das Werkstück ins Innere des Hohlraumes zwischen den Polschuhen weg. Bei weiterer Drehung der Polschuhe kommen die Pulverteilchen aus der Berührung mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstückes, gehen in die ursprüngliche Stellung zurück und bilden wieder die Ausgangsschneidkontur aus der Teilchenmenge in Form der ringförmigen "Schneidbürste". Die Rückkehr der Teilchen in die Ausgangsstellung wird durch die Schalenform der paarweise angeordneten Polschuhe begünstigt, die den Größtwert der mangetischen Induktion im Raum zwischen den äußeren Polkanten gewährleistet. Bei Drehung der Polschuhe wird die Oberfläche des Werkstückes durch die mit dieser in Berührung stehenden Teilchen kontinuierlich bearbeitet, während in den diametral entgegengesetzten Abschnitten der Schuhkanten die im Arbeitsbereich verzerrte "Schneidbürste" aus den Schleifpulverteilchen regeneriert (wiederhergestellt) wird.

[0013] Durch die kontinuierliche Wiederherstellung der ringförmigen "Schneidbürste" werden die diese bildenden Teilchen räumlich stets umorientiert und ändern ihre Lage in bezug auf die zu bearbeitende Oberfläche. Daher sind an der Arbeit praktisch alle Schneidkanten der Teilchen der "Bürste" beteiligt, was die Erhöhung der Pulverstandzeit und der Bearbeitungsleistung begünstigt.

[0014] Bei fortschreitender Bewegung des zu bearbeitenden Werkstückes (Draht oder Stab) ohne Drehung wird mit dem einen Paar der Polschuhe nur die Hälfte seiner Oberfläche bearbeitet. Zur vollständigen Bearbeitung des Werkstückes ist das zweite Paar der Polschuhe vorgesehen, das gegenüber dem ersten entlang der Achse des Werkstückes in bezug auf das erste Paar um den Abstand L versetzt ist. Durch die Größe L werden die Kennwerte des Entzunderungsvorganges wesentlich beeinflußt.

[0015] Bei geringen Werten von L (L 0,2D, worin D Durchmesser der Polschuhe ist) liegt die Zusammenwirkung der Magnetfelder der beiden Schuhpaare vor, die Ganzheit der "Schneidbürste" wird gestört und die Bearbeitungswirkung nimmt ab. Bei relativ großen Werten von L- (L > 1, OD) werden die Abmessungen der Vorrichtung vergrößert, der magnetische Widerstand der Elemente des Magnetleiters nimmt zu, die Größe der magnetischen Induktion im Arbeitsbereich wird verringert und die Intensität des Prozesses nimmt somit ab.

Kurze Beschrei ung der Zeichnungen

[0016] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem eingehend beschriebenen konkreten Beispiel ihrer Ausführung mit Hinweisen auf beigefügte Zeichnungen näher erläutert, in denen es zeigen:

Fig. 1 prinzipielles Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur magnetischen Schleifbearbeitung zylindrischer Außenflächen von Werkstücken im Querschnitt;

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II - II in Fig. 1

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III - III in Fig 1.

Beste Ausführungsform der Erfindung

[0017] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur magnetischen Schleifbearbeitung zylindrischer Außenflächen von Werkstükken, z. B. von Draht, (wie in Fig. 1 gezeigt) enthält ein elektromagnetisches System, das einen z. B. auf einem (in Fig. nicht eingezeichneten) Maschinenbett gelagerten Magnetleiter 1 und zwei Paare 2 und 3 vnn Polschuhen 4 (Fig. 2) und 5 (Fig. 3) umfaßt. Am Magnetleiter 1 sind elektromagnetische Spulen 6 (Fig. 2) befestigt, die mit einer Gleichstromquelle verbunden sind. Im Magnetleiter 1 sind Lager 7 angebracht, an welchen sich Wellen 3 abstützen. Bei jedem Paar 2 und 3 sind die Polschuhe 4 bzw. 5 an den Wellen 8 einander gegenüber angebracht und bilden .einen ringförmigen Arbeitsbereich 9. Bei jedem Paar 2 und 3 sind dabei die Polschuhe 4 und 5 über Gelenke 10 kinematisch miteinander verbunden, die als Schrauben ausgebildet sind, mit welchen die Polschuhe 4 und 5 an den Wellen 8 befestigt werden.

[0018] In der Vorrichtung ist eine (in Fig. nicht gezeichnete) Einrichtung zum Drehantrieb der Polschuhe 4 und 5 vorhanden, die mittels eines-Riementriebes 11 über eine auf der Welle 8 gelagerte Treibscheibe 12 (in durch Pfeil A in Fig. 2 angedeuteter Richtung) umlaufend angetrieben werden.

[0019] Bei den Paaren 2 und 3 sind die Polschuhe 4 und 5 mit einem Spalt h gelagert, besitzen eine gemeinsame Drehachse 0 - 0 und sind zu ihrer Drehachse 0 - 0 um die Größe der Exzentrizität e mit entgegengesetztem Vorzeichen versetzt. Der Raum zwischen den Stirnflächen 13 der Polschuhe 4 und 5 ist mit einem ferromagnetischen Schleifpulver 14 ausgefüllt.

[0020] Zum Belegen des Werkstückes 15 ist in der Vorrichtung eine Einrichtung zum Längsvorschub vorgesehen, die Rollen 16 einschließt. Die Einrichtung zum Drehantrieb der Rollen 16 ist nicht eingezeichnet.

[0021] Zur vollständigen Bearbeitung des Werkstücks 15, z, B. eines Drahtes, wie Fig. 1 zeigt, ist das Paar 2 der Polschuhe 4 entlang der Achse 0₁ - 0₁ des Werkstückes 15 in bezug auf das Paar 2 der Schuhe 5 um den Abstand L versetzt. Der Abstand L wird in den Grenzen von (0,2 bis 1,0)D festgelegt, worin D Durchmesser der Polschuhe 4 und 5 ist.

[0022] Bei L< 0,2 D ist eine Zusammenwirkung der Magnetfelder der Paare 2 und 3 der Polschuhe 4 und 5 zu verzeichnen, die Ganzheit der Arbeitsbereiche 9 wird gestört. Bei Werten L > 1,0 D nimmt die Größe der magnetischen Induktion im Arbeitsbereich 9 ab.

[0023] Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert folgenderweise, Den elektromagnetischen Spulen 6 wird elektrischer Strom zugeführt, um die Spulen 6 entsteht ein elektromagnetisches Feld und die Polschuhe 4 und 5 werden aufmagnetisiert. Unter Einwirkung des Magnetfeldes wird das Pulver 14 in den Spalten h zwischen den Polschuhen 4 und 5 verdichtet und bildet zwei ringförmige Arbeitsbereiche 9. Über Wellen 8, Treibscheiben 12 und Riementriebe 11 werden die Polschuhe 4 und 5 in Drehbewegung versetzt, Durch die in Richtung der Pfeile B und B₁ rotierenden Rollen 16 wird der zu bearbeitende Dreht 15 entlang der Achse 0₁ - 0₁ gemäß Pfeil S fortschreitend bewegt und zwischen den Paaren 2 und 3 der P_olschuhe 4 und 5 so vorgeschoben, daß seine Achse 0₁ - 0₁ eine Tangente an die Außenflächen der mit dem Pulver 14 ausgefüllten ringförmigen Bereiche 9 darstellt.

[0024] Bei Anordnung der Schuhe 4 und 5 im Paar 2 und 3 auf gleicher Drehachse 0 - 0 wird durch jedes Paar 2 und 3 seine Oberflächenhälfte des Werkstückes 15 bearbeitet. An den Grenzen dieser bearbeiteten Hälften ist die Metallabnahme geringer als in den anderen Oberflächenbereichen. Zur garantierten Bearbeitung der gesamten Oberfläche und zur Erhöhung der Gleichmäßigkeit der Metallabnahme werden die Polschuhe 4 und 5 bei jedem Paar 2 und 3 in bezug auf die Drehachse 0 - 0 gegensinnig versetzt, d. h. mit der Exzentrizität e entgegengesetzten Vorzeichens gelagert. Beim Umlauf des Paares 2 und 3 der Polschuhe 4 und 5 mit "gegenphasigem Radialschlag" vollführen in diesem Fall die Pulverteilchen 14 gleichsam eine Schwingbewegung entlang des Kreisumfanges der zu bearbeitenden Oberfläche. Dadurch bearbeitet jedes Paar 2 und 3 der Schuhe 4 und 5 nicht den halben, sondern den größten Oberflächenteil des Werkstückes 15; die mit jedem Paar 2 und 3 bearbeiteten Oberflächenabschnitte sind voneinander teilweise überdeckt, die Gleichmäßigkeit der Entzunderung nimmt zu.

Konkrete Beispiele für die Realisierung der Vorrichtung

Beispiel 1

[0025] Magnetische Schleifbearbeitung eines Stabes aus Titan-Wolfram-Legierung mit Durchmesser d = 5 mm und Ausgangs-Oberflächenrauhigkeit R_a = 1,0 bis 0,8 µm. Technologische Bedingungen der Entzunderung: lineare Drehgeschwindigkeit der Polschuhe 4 m/s; Vorschubgeschwindigkeit 0,05 m/s; Arbeitsspaltgröße 1,5 mm; magnetische Feldstärke in den Spulen 120 A/m. Zur Anwendung kamen Polschuhe mit einem Durchmesser von 146, 90 und 122 mm, die in verschiedenem Abstand L und mit verschiedener Exzentrizität e eingestellt wurden. Verwendet wurden ferromagnetisches Schleifpulver Pe-TiC (40 %) mit einer Körnung von 315/100 µm und Kühlflüssigkeit. Die Ergebnisse der Entzunderung sind in einer Tabelle zusammengefaßt.

Beispiel 2

[0026] Magnetische Schleifbearbeitung eines Schweißdrahtes aus Aluminium-Magnesium-Legierung mit Durchmesser d = ₁,0 mm und Ausgangs-Oberflächenrauhigkeit R_a = 0,8 bis 0,6 µm. Technologische Bedingungen sind die gleichen wie im Beispiel 1. Die Tabelle zeigt die erhaltenen Ergebnisse.

[0027] In den angeführten Beispielen dient als Kennwert der Bearbeitungsleistung die Metallmasse g, die von einer Flächeneinheit der bearbeiteten Oberfläche entfernt wird. Die Güte der Entzunderung wurde nach dem Parameter R_a der bearbeiteten Oberfläche beurteilt.

[0028] Die Höchstwerte der Leistung und der Güte der Bearbeitung wurden bei Versuchen 5, 6, 15 bis 18 (Beispiel 1) und Versuchen 23, 24, 33 bis 36 (Beispiel 2) erzielt:

g = 4,8 bis 6,3 mg/cm² und R_a = 0,12 bis 0,25 µm für Beispiel 1;

g = 6,0 bis 8,1 mg/cm² und R_a = 0,10 bis 0,18 µm für Beispiel 2.

[0029] Die Versuchsergebnisse zeigen, daß der Abstand zwi, schen den Paaren der Polschuhe L ⁼ (0,2 bis 1,0)D optimal ist. Bei L< 0,2 wird die Ganzheit der "Ringbürste" aus Pulver durch Wechselwirkung der Magnetfelder der Polschuhe gestört und die Kennwerte des Prozesses werden verschlechtert. Bei L > 1,OD nehmen die Abmessungen des Magnetsystems und sein magnetischer Widerstand zu, wodurch die magnetische Induktion in den Arbeitsspalten abnimmt und die Kennwerte g und R_a verringert werden.

[0030] Die besten Kennwerte ergaben sich bei der Behandlung bei Größen der Exzentrizität e = (0,3 bis 3,0)d. Bei e < 0,3d liegt umfangsmäßig ungleichmäßige Bearbeitung des Werkstückea vor, und bei 2 > 3,Od wird während des Bearbeitungsvorgangs die "Ringbürste" aus Pulver zerstört, wodurch die Bearbeitungsleistung und -güte abnehmen.

[0031] Es wurden Vergleichsversuche an der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer bekannten Vorrichtung vorgenommen. Bei der Bearbeitung eines Stabes aus Wolfram-Titan-Legierung mit 5 mm Durchmesser mittels einer bekannten Vorrichtung wurden die Werte g = 4,5 mg/cm² und Ra = 0,28 µm erhalten, während bei der Bearbeitung eines Drahtes aus Aluminium-Magnesium-Legierung mit 1 mm Durchmesser mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung g = 5,6 mg/cm² und R_a = 0,21 µm war. Die Versuche ergaben, daß im Vergleich zu einer bekannten Vorrichtung die Leistung der erfindungsgemäßen das 1,4fache beträgt, während die Güte um das 2,1- bis 2,3fache höher ist.

[0032] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur magnetischen Schleifbearbeitung zylindrischer Außenflächen von Werkstükken ermöglicht eine hohe Bearbeitungsgüte dadurch, daß zwischen den Bearbeitungswerkzeug (Ringbürste aus Pulver) und dem zu bearbeitenden Werkstück ein elastischer Kontakt erzeugt wird.Beim Betrieb der Vorrichtung ist mechanisches Festklemmen der Pulverteilchen zwischen den Oberflächen des Polschuhs und des Werkstückes vermieden, wodurch eventuelles Eindringen der Pulverteilchen in den Körper des Werkstückes und Schleifmitteleinbettung in der zu erzeugenden Oberflächensöhicht verhindert werden.

[0033] Die hohe Leistung beim Betrieb der Vorrichtung wird durch kontinuierliche Umorientierung der Pulverteilchen im ringförmigen Arbeitsbereich sowie dadurch bedingt, daß praktisch die gesamte Pulvermasse an der Arbeit beteiligt ist.

Gewerbliche Verwertbarkeit

[0034] Am zweckmäßigsten ist die Vorrichtung zum Polieren und Reinigen von Stäben, Rohren, Drähten, schmalem Metallband von Oxidfilmen und Zunderschichten zu verwenden.

Ansprüche

Vorrichtung zur magnetischen Schieifbearbeitung zylindrischer Außenflächen, von Werkstücken, die ein elektromagnetisches System mit einem Paar (2) von Polschuhen (4) welche einander gegenüber angeordnet sind und einen ringförmigen Arbeitsbereich (9) bilden, und eine Einrichtung (16) zum Längsvorschub des Werkstückes in den Arbeitsbereich enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische System mit einem zusätzlichen Paar (3) von Polschuhen (5) versehen ist, welches gegenüber dem ersten Paar (2) in bezug auf dieses entlang der Längsachse (0₁ - 0₁) des zu bearbeitenden Werkstückes (15) um den Abstand L = (0,2 bis 1,0)D versetzt ist, worin D Durchmesser der Polschuhe (4, 5) ist, wobei die Polachuhe (4, 5) in jedem Paar (2, 3) miteinander kinematisch verbunden sind, eine gemeinsame Drehachse (0 - 0) aufweisen und zu dieser Achse mit gegensinniger Exzentrizität (e) gelagert sind.

Zeichnung