Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

способ электроэрозионного легирования поверхностей стальных деталей

Технічний сервіс агропромислового, лісового та транспортного комплексів

В. Б. Тарельник
Сумской национальный аграрный университет, 40021, г. Сумы, ул. Герасима Кондратьева, 160, каф. технического сервиса, (0542) 62-78-35, E-mail: technology@i.ua

Е. В. Коноплянченко
Сумской национальный аграрный университет, 40021, г. Сумы, ул. Герасима Кондратьева, 160, каф. технического сервиса, (0542) 62-78-35, E-mail: technology@i.ua

А. В. Белоус
Сумской национальный аграрный университет, 40021, г. Сумы, ул. Герасима Кондратьева, 160, каф. технического сервиса, (0542) 62-78-35, E-mail: technology@i.ua

Т. П. Волошко
Сумской национальный аграрный университет, 40021, г. Сумы, ул. Герасима Кондратьева, 160, каф. технического сервиса, (0542) 62-78-35, E-mail: technology@i.ua

А. Н. Жуков
ПАО «Сумское машиностроительное научно-производственное объединение», 40004,г.Сумы, ул.Горького, 58, (0542) 25-05-39, E-mail: snpo@frunze.com.ua

  • Домашня сторінка
  • Про нас
  • Увійти
  • Зареєструватися
  • Пошук
  • Поточний випуск
  • Архіви
  • Індексація

Повышение надежности импульсных торцевых уплотнений

Анотація
Повний текст:
Посилання

Торцовое уплотнение с регулируемой утечкой: А.с. 446695 СССР, МКН 23 Р 1/12 /К.В. Лисицын, В. А. Марцинковский, Н.В. Перидерий (СССР).- № 1827549/25-8; Заявлено 11.09.72; Опубл. 22.06.74, Бюл. № 7.- 2 с.

Торцевые уплотнения аппаратов химических производств / Г. В. Антипин, М. Т. Банников, А. Д. Домашнев и др. – М.: Машиностроение, 1984.- 112 с.

Москаленко В. В., Лисицын К. В., Марцинковский В. А. Характеристики и опыт эксплуатации импульсных торцовых уплотнений // Труды 6-й техн. конфер. «Уплотнения и вибрационная надежность центробежных машин».- Сумы.- 1991.- С. 41.

Martsynkovskyy V., Zahorulko A. , Gudkov S., Mischenko S. Analysis of buffer impulse seal // Procedia Engineering, Volume 39, 2012, pp. 43-50.DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.006.

Bogdan Antoszewski. Influence of Laser Surface Texturing on Scuffing Resistance of Sliding Pairs //Advanced Materials Research, V. 874, 2014, pp. 51-55.

Błasiak S., Kundera Cz. Numerical analysis of the grooved surface effects on the thermal behavior of a non-contacting faceseal // Procedia Engineering, V.39,2012, pp. 315-326.

Способ электроэрозионного легирования поверхностей стальных деталей: Пат. 2524471. Российская Федерация. МПК В23Н 9/00 / Марцинковський В.С., Тарельник В.Б.; Опубл. 27.07.14, Бюл. № 21.-10 с.

Тарельник В. Б. Разработка технологии повышения качества поверхностных слоев импульсных торцовых уплотнений, работающих в различных средах, методом электроэрозионного легирования // Электронная обработка материалов.- 2000.- № 4.- С. 7-11.

Мельник В.А. Торцевые уплотнения валов: справочник.- М.: Машиностроение, 2008.- 320 с.

Электроискровое легирование металлических поверхностей / Гитлевич А.Е., Михайлов В.В., Парканский Н.Я., Ревутский В.М./ Кишинев: Штинца, 1985.- 196 с.

Патент України на винахід № 82948, 23С 8/00. Спосіб цементації сталевих деталей електроерозійним легуванням/ В.С. Марцинковський, В.Б.Тарельник, А.В. Білоус / Опубл. 25.03.2008, бюл. № 10.

Лазаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей.- М.: Машиностроение, 1976.- с. 46.

Краткая характеристика зон поверхностного слоя
после электроэрозионной обработки (ЭЭО)

Свойства поверхностного слоя существенно изменяются в результате электроэрозионной обработки, а это влияет на качество готовой продукции. Так как одной из направленностей нашего производства изготовление пресс-форм и штампов, то этот вопрос достаточно важен. Для начала необходимо разобраться с вопросом: Каким становится поверхностный слой после самой обработки?

Рассматриваемый слой после электроэрозионной обработки по толщине условно разделяют на (рис. 1):

  1. зона насыщения элементами рабочей жидкости;
  2. зона отложения материала ЭИ;
  3. белый слой, образованный из расплавленного материала заготовки;
  4. зона термического влияния;
  5. зона пластической деформации.

От режима обработки, обрабатываемого материала, материала ЭИ, применяемой рабочей жидкости и условий ведения процесса в значительной мере зависят количество и последовательность образования зон, их структура и свойства. Зачастую границы между зонами не четкие, а в большинстве случаев они перекрывают друг друга. Но каждая из зон имеет свои особенности, влияющие на те или иные свойства поверхности и во многих случаях предопределяющие возможность успешной эксплуатации детали. При этом каждая зона, даже незначительной толщины, играет весьма важную роль. Рассмотрим эти зоны в отдельности.


Рисунок 1. Схематическое изображение поверхностного слоя

Зона насыщения элементами рабочей жидкости

В результате мощного теплового воздействия рабочая жидкость разлагается. Такая реакция возникает при выделении электрической энергии в процессе электроэрозионной обработки. Отдельные элементы рабочей жидкости проникают в поверхностный слой заготовки, диффундируют в него и образуют с обрабатываемым материалом новое химические соединения. На поверхности заготовки замечено отложение углерода в виде сажи. Углерод образовывался в результате разложения минерального масла, используемого в качестве рабочей жидкости.

При электроэрозионной обработке в смеси воды с индустриальным маслом, а также в полиметилсилоксановой жидкости на обрабатываемых поверхностях образцов также отлагаются продукты разложения используемых жидкостей в виде темных пятен. Эти пятна легко удаляются в поверхности.

Зона обложения материала ЭИ

Вторая зона характеризуется присутствием частичек материала ЭИ. Эти частички появляются в обрабатываемой заготовки переносом части энергии факелами, состоящими из паров материала ЭИ. Образование этой зоны возможно, как правило, при подключении ЭИ к отрицательному полюсу источника питания в случае электроэрозионной обработки на малых межэлектродных зазорах, а также, такого изменения условий ведения процесса, которое нарушает его стабильность. Помимо скопления материал ЭИ на поверхности заготовки, он также может диффундировать (проникать) в более глубокие слои, например в слой расплавленного материала заготовки, и образовывать там различные фазы – твердые растворы, соединения и т.п.

При обработке стальных деталей ЭИ из углеграфитовых композиций углерод, диффундируя вглубь обрабатываемой поверхности, обусловливает образование карбидов. При использовании ЭИ из меди и вольфрамомедных композиций может быть образована зона из материала ЭИ, которая тонким слоем будет покрывать обрабатываемую поверхность. Кроме того, медь может проникать в зону расплавленного материала заготовки, образуя отдельные включения.

При обработке медным пластинчатым ЭИ образца из стали 45, вращающегося с частотой 30 000 об/мин, отложение меди на поверхности заготовки наблюдалось при более мягких режимах.

Слои толщиной в несколько десятков микрометров, содержащие медь, образуются при обработке заготовок на более грубых режимах при поперечных размерах ЭИ не более 3 -5 см 2 .

Белый слой

Толщина белого слоя металла зависит от величины Wи и tи, а также от температуропроводности материала заготовки. После удаления микропрорции металла на поверхности заготовки остается зона со структурой, резко мелкозернистую структуру, обладающую высокой химической стойкостью, что затрудняет ее выявление путем травления. На микрошлифах этот слой имеет вид белых полос, откуда он и получил свое название.

При обработке стали на мягких режимах белый слой располагается на поверхности заготовки отдельными участками толщиной от нескольких до 40-50 мкм и длиной до 250-260 мкм. Толщина белого слоя при обработке нагретых заготовок на мягких режимах мало зависит от температуры заготовки. Более существенное влияние температуры заготовки на толщину белого слоя оказывает на грубых режимах обработки.

На грубых режимах белый слой сплошь покрывает обработанную поверхность. Приведенные данные показывают, что размеры белого слоя зависят от свойств обрабатываемого материала, рабочей жидкости и особенно от режима отработки.

В белом слое легко образуются сплавы компонентов материала с материалом ЭИ и элементами рабочей жидкости, а также карбиды и оксиды.

После быстрого охлаждения рассматриваемый слой в отдельных случаях имеет ледебуритное строение с образованием первичных кристаллов цементита в ледебуритной основной массе. При электроэрозионной обработке стальных деталей медным ЭИ в воде белый слой может также иметь мартенситную структуру.

Под оплавленным слоем структура обрабатываемого металла изменяется вследствие выделения из раствора карбидов и превращений, соответствующих разным стадиям отпуск.

При обработке на всех режимах, и особенно на грубых, в рассматриваемом слое наблюдаются поры, кратеры, различные включения, нарушающие ее сплошность.

Во всех случаях белый слой резко отличается по виду от остальной части поверхностного слоя. После термообработки детали из углеродистой стали, обработанной электроэрозионным способом, рассматриваемый слой существенно изменяется. Так, при отпуске резкая граница между ним и остальной частью поверхностного слоя исчезает, начинает образовываться переходная зона. В результате отжига часть углерода диффундирует из белого слоя вглубь поверхностного слоя, микротвердость зоны уменьшается.

Читать еще:  ГОСТ 4543-71Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия

Зона термического влияния

Зона термического влияния значительно превышает по размерам белый слой. На структуру рассматриваемой зоны оказывают влияние материал обрабатываемой заготовки, его исходное состояние, свойства рабочей среды, а также режим обработки. Глубина структурных изменений определяется толщиной слоя металла заготовки, температура в которой превышает температуру структурных изменений. В первом приближении глубину Нт зоны термического влияния можно определить исходя из следующих соображений. Теплота, выделяющаяся при электрическом разряде, поникает в обрабатываемую заготовку на глубину Но:

где tи – длительность импульса, мкс;
a – коэффициент температуропроводности, см 2 /с.

После удаления микропорции металла объемом, ограниченным размерами единичной лунки глубиной hл, величина Нт будет определяться выражением

На мягком режиме обработки зона термического влияния имеет малые размеры, что обусловливает близкие по величине высокие скорости охлаждения всех участков рассматриваемой зоны.

После электроэрозионной обработки углеродистой стали появление тех или иных структур и их чередование в пределах зоны термического влияния будут определяться состоянием стали, режимом обработки и свойствами рабочей жидкости. Последовательность расположения структур от поверхности в глубь металла после отработки закаленной стали на мягких режимах в углеродсодержащих рабочих жидкостях в основном будет следующей: мартенсит, основной металл; при обработке на более грубых режимах: аустенит, мартенсит, троостито-сорбит, отпущенный металл, основной металл, а при обработке на тех же режимах в воде: мартенсит, троостито-сорбит, отпущенный металл, основной металл.

При обработке в углеродсодержащей жидкости на грубых режимах на поверхности образуется ледебурит, после которого следует указанные выше структуры. При обработке незакаленной углеродистой стали расположение структурных составляющих аналогично вышеприведенным, отличие заключается в отсутствии зоны отпуска.

Толщина зоны термического влияния у закаленной стали больше, чем у незакаленной в связи с нагревом основной структуры (мартенсита) до температуры ниже критических точек.

Зона пластической деформации

В процессе электроэрозионной обработки поверхность металла испытывает значительные ударные воздействия, связанные с перемещением волны напряжений от расширения и сжатия металла при нагреве и охлаждении обрабатываемой заготовки над воздействием электрического разряда; от давления газа, образовавшегося в результате испарения рабочей жидкости; от давления струй факелов, движущихся со скоростью, близкой к скорости звука; от возникающих в процессе обработки электростатических и электромагнитных вил, а также от протекающих в зоне термического влияния структурных изменений и других факторов. Под их воздействием происходит пластическая деформация поверхностного слоя обрабатываемой заготовки, в ряде случаев выходящая за пределы зоны термического влияния.

Зона пластической деформации проявляется в виде измельчения зерен, образования больших дислокаций, а также изменения параметров решетки. Также, глубина зоны пластических деформаций при обработке углеродистых сталей зависит от их химического состава; с увеличением содержания углерода глубина зоны растет, ас увеличением содержания кремния уменьшается.

Способ электроэрозионного легирования поверхностей стальных деталей

Приоритетной задачей современного машиностроения является постоянное повышение показателей параметров качества и надежности выпускаемой продукции. Возникшая конкурентная борьба заставляет предприятия создавать высокотехнологичную продукцию, превосходящую по своим техническим характеристикам существующие аналоги [1].

Как отмечено в работе [1-4], к поверхностному слою детали предъявляются иные требования, чем для всей детали в целом. Поверхностное упрочнение детали, повышение твердости, износостойкости может быть получено не только методами наплавки и химико-термической обработки, но и посредством поверхностной термической обработки.

Использование поверхностной термообработки для изделий из хромистых высоколегированных сталей мартенситного класса позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики поверхностного слоя. Сталь 40Х13 при сравнительно невысокой стоимости обладает высокими механическими и антикоррозионными свойствами, обеспечивает стабильность свойств при резких перепадах температур. Такая сталь легко подвергается поверхностному упрочнению, при этом твердость поверхности повышается в два и более раз. Такое сочетание свойств позволяет применять сталь 40Х13 к изготовлению изделий, работающих в тяжелых условиях. Однако поверхностная закалка таких сталей сопряжена с рядом проблем: склонность к образованию холодных трещин ликваций и отпускной хрупкости. Решения, которых требует последующая общая термообработка и механическая обработка поверхностного слоя, что значительно усложняет технологию изготовления.

Процессы поверхностного упрочнения требуют применения концентрированного источника нагрева с плотностью теплового потока на поверхности материала 103 — 106 Вт/см2. Такими характеристиками обладают электронный и лазерный лучи, плазменная дуга. Однако применение лазерного и электронного лучей сдерживается высокой стоимостью и низкой мобильностью оборудования, низкой производительностью процесса. Поэтому применение плазменной дуги, благодаря таким преимуществам как: высокий КПД нагрева, возможность регулирования погонной энергии сжатой дуги, оправдано как в экономическом, так и в технологическом плане (рис.1) [3].

Рис.1. Внешний вид поверхности плиты после закалки

Дальнейшая обработка закаленного поверхностного слоя является актуальной задачей машиностроения. При обработке закаленной поверхности в первую очередь необходимо обеспечить минимальный температурный нагрев детали. Возникновение перегревов может способствовать снижению полученных физико-механических характеристик закаленного поверхностного слоя, что является не допустимым.

Одним из наиболее распространенных методов обработки закаленных поверхностей является проволочно-вырезная электроэрозионная обработка (ЭЭО).

Процессы, сопровождающие ЭЭО, определяются физикой взаимодействия материала с концентрированным потоком энергии, инициированным искровым или импульсно-дуговым разрядом. Осуществление разряда регламентируется приложенным к электродам напряжениям, времени формирования импульса, состоянием рабочей жидкости и величиной межэлектродного зазора.

Установлено [4-10], свойства поверхностного слоя существенно изменяются в результате ЭЭО. Однако в полной мере свойства этого слоя не определены. Для удобства изучения исследователи разбивают этот слой на зоны. Одни ученые делят его на белый слой и зону термического влияния, другие выделяют в нем несколько зон с различной структурой, третьи отмечают, что он состоит из расплавленного слоя, зоны, подвергшейся химическому воздействию, зоны макродеформации, зоны микродеформации и т.д.

На основе изложенного представляется возможным условное разделение поверхностного слоя после ЭЭО по толщине на следующие зоны (рис. 2) [4]: 1 – зону насыщения элементами рабочей жидкости; 2 – зону отложения материала ЭИ; 3 – белый слой, образованный из расплавленного материала ЭД; 4 – зону термического влияния; 5 – зону пластической деформации. Последовательность образования зон, их количество, структура и свойства в значительной мере зависят от обрабатываемого материала, а также от режима обработки, применяемой РЖ, материала ЭИ и условий ведения процесса. Между зонами, как правило, нет четкой разницы, а в большинстве случаев они перекрывают друг друга. Вместе с тем каждая из перечисленных зон имеет свои особенности, влияющие на те или иные свойства поверхности и во многих случаях определяющие возможность успешной эксплуатации детали. При этом каждая зона, даже незначительной толщины, играет важную роль [4].

Рис. 2. Схематическое расположение зон поверхностного слоя после ЭЭО

Стоит отметить, что неотъемлемым звеном этих процессов является образование вторичных структур на рабочих поверхностях обрабатываемого изделия и электрода-инструмента. Это обуславливается тем, что поверхностный слой материала обрабатываемой заготовки подвергается интенсивному термическому воздействию [4].

В настоящее время влияние ЭЭО на изменения в поверхностном слое деталей после плазменной поверхностной закалки не определено в полной мере.

Целью работы является изучение изменений структуры поверхностного слоя закаленной детали после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.

Материалы и методы исследования

В качестве экспериментальных образцов выбраны сталь мартенситного класса 40Х13 с упрочненным поверхностным слоем и сталь той же марки без поверхностного упрочнения. Твердость упрочненного слоя составляет 49–54 HRC, глубина упрочненного слоя 4 мм, твердость на глубине 4 мм не ниже 42 HRC, с сохранением исходных свойств в сердцевине изделия. Твердость стали в исходном состоянии составляет 15–20 HRC [2].

Эксперименты проводились на проволочно-вырезном электроэрозионном станке EcoCut. В качестве электрода инструмента была выбрана латунная проволока марки BercoCut диаметром 0,25 мм.

В качестве рабочей жидкости (РЖ) были выбраны чистая дистиллированная вода.

Режим обработки представлен в табл.1.

Табл.1. Режим электроэрозионной обработки

(Ton – время включения импульсов, Toff – время выключения импульсов, I – средний ток, U – среднее напряжение, W – подача проволоки)

Читать еще:  Сталь 12Х18Н10Т. Характеристики, виды металлопроката

Технология электроэрозионной обработки металлов

Чтобы придать металлическому изделию определенную форму и размер, можно применять разные способы токарной обработки.

Но иногда требования к качеству такой обработки требует повышенной прочности в области воздействия на металл. С этой целью металлические изделия обрабатывают электроэрозионным способом.

Кроме получения нужной формы и параметров деталей он позволяет получать сквозные отверстия, фасонные канавки в виде углублений и пазы в заготовках. С помощью электроэрозионной обработки металлов можно изготовить различные виды инструментов, прочностные требования к которым повышены.

Суть электроэрозионной обработки

Электроэрозия представляет собой изменение структуры и формы металла путем воздействия электрического разряда. Она возникает при создании напряжения между электродами. Одним из них служит изделие из металла, а вторым – рабочий электрод.

Если по электродам пропускать ток, то в пространстве между ними возникнет напряжение за счет электрического поля. При сближении расстояния между электродами до критического возникнет разряд, служащий проводящим каналом электричества.

Чтобы повысить силу разряда электроды помещаются в жидкость, являющуюся диэлектриком, в качестве которой используют различные масла минерального характера или керосин. Проходящий по образованному каналу ток, нагревает диэлектрическую жидкость, доводя ее до кипения и последующего испарения с образованием газового пузыря. Внутри этого пузыря возникает мощный разряд, сопровождающийся потоком электронов и ионов.

Бомбардируя электрод, они создают плазменный поток. В результате в зоне разряда температура повышается до 10000–12000°C и мгновенно расплавляет металл с образованием эрозионного углубления в виде лунки. Значительная часть расплава испаряется, а на поверхности металла в лунке после его остывания остается слой, состав которого отличается от состава исходного металла.

На рисунке (ниже) показана лунка, возникшая при воздействии электрического импульса, где: 1– объем лунки, 2– легированный слой, 3 – луночный валик, 4– металлическая деталь.

В состав поверхностного слоя входят компоненты не только испарившейся жидкости, насыщающие металл углеродом с образованием карбидов железа, но и элементы расплава металла рабочего электрода.

В результате такой электроэрозионной обработки стальные заготовки в месте воздействия можно легировать такими элементами, как хром, титан, вольфрам и другими. Такое легирование значительно упрочняет поверхность металлической заготовки в месте электроэрозионной обработки.

Электроэрозионная резка

Наиболее востребованной является электроэрозионная резка металлов. Ее сущностью является действие на металлическую заготовку искровых электрических разрядов, образованных при протекании в электродах импульсного тока, при их максимальном сближении и нахождении в жидкой среде диэлектрика.

Таким образом, для проведения электроэрозионной резки на протяжении всего процесса резания нужно обеспечить:

  • подачу напряжения к электродам в виде импульсов;
  • периодически сокращать между электродами расстояние до критического размера;
  • обеспечить наличие жидкой среды (керосина или масла).

При обеспечении таких условий из металлической детали под влиянием высокой температуры, возникающей за счет действия разрядной дуги, выбиваются частицы, которые затем вымываются диэлектрической жидкостью. Диэлектрик также выполняет функцию катализатора распада частиц металла, т. к. при высоких температурах испаряется.

Поскольку единичный разряд должен происходить с периодическим постоянством в виде краткосрочных искр, чтобы достичь разрезания заготовки по намеченному контуру, нужно соблюдать определенный режим работы. Различают два режима обработки: электроискровой и электроимпульсный вид.

Электроискровая обработка

При режиме электроискровой обработки заготовок проводится с использованием кратковременных разрядов, происходящих в форме искр через диэлектрическую жидкость.

При таком режиме соблюдается следующая схема подачи импульсов:

  • обрабатываемая заготовка служит анодом с положительным зарядом, к которой устремляется поток электронов с рабочего электрода.
  • ионы металла детали воздействуют на рабочий электрод. Чтобы он не разрушился, используют импульсное напряжение на протяжении 10-3 с.

Электроимпульсная обработка

При режиме электроимпульса заготовка служит катодом с отрицательным импульсом, который действует доли секунды. Создается дуговой разряд, направляющий поток ионов в сторону детали. В таком режиме обеспечивается большая скорость металлического съема, но чистота обработки металла хуже, чем при электроискровом режиме.

При электроэрозионной резке используются искровые разряды, которые обеспечиваются импульсами электрического тока, вырабатываемого генератором специального станка, предназначенного для такой обработки.

Электроэрозионный станок

Упрощенно работа на электроэрозионном станке происходит так:

  1. Импульсный ток подается деталь и проволочный электрод из молибдена. Также могут быть использованы вольфрам, латунь, медь и другие металлы.
  2. Одновременно с подачей импульсного тока на электрод происходит перемещение детали с помощью направляющих станка ЧПУ в нужном направлении.
  3. Возникающие искровые импульсы разрядов выжигают область металла в месте разреза.
  4. Расплавленный металл смывается охлаждающей жидкостью.
  5. При работе обеспечивается одновременное перемещение проволоки, намотанной на специальный барабан.

Электроэрозионное оборудование включает:

  • станок, на котором осуществляется операция;
  • генератор напряжения, обеспечивающий импульсный режим;
  • устройство подачи диэлектрической жидкости и ее очистки;
  • систему откачки из рабочей области образованных газов.

Непосредственно станок состоит из:

  • основания в виде станины;
  • ванны, размещенной на столе;
  • головки шпинделя;
  • пульта для управления процессом;
  • системы обеспечения подачи импульсов на деталь;
  • системы автоматической регулировки процессов.

Встречаются станки, которые могут иметь некоторое отличие в устройстве. Например, могут иметь систему очистки в виде отдельного устройства.

Импульсные генераторы являются отдельными агрегатами, размещенными рядом с основным станком. Есть виды устройств, в которых генератор встроен в станок.

Упрощенный вариант электроискрового станка не включает систему подачи жидкости и ее очистки. Обработка включает погружение стола с деталью заготовки в воду, находящуюся в ванне. Если обработка проводится с использованием керосина, то образующиеся газы удаляются через общую вентиляцию.

При эксплуатации этого оборудования требуются квалификация и знание технологического процесса, которые позволят выполнять процесс с соблюдением всех требований, отраженных в документации.

Основные сведения об электроэрозионной обработке

Особенности электроэрозионной обработки

На обрабатываемость металлов и сплавов резанием (снятием стружки) существенное влияние оказывают его физико-механические свойства, такие как вязкость, твердость, хрупкость. От их значений, при прочих равных условиях, зависит скорость съема материала в единицу времени.

На обрабатываемость материалов электроэрозионным способом оказывают влияние теплофизические свойства материалов. Чем выше температура плавления материала, тем меньше материала будет удалено единичным разрядом. Электроэрозионная обрабатываемость различных материалов, таким образом, будет характеризоваться удельным расходом энергии на единицу массы снятого материала. Однако нужно иметь в виду,

что подведенная энергия должна использоваться с минимальными потерями. Интенсивность эрозионного съема материала зависит от длительности теплового воздействия. При одной и той же энергии разрядного импульса эрозионный съем увеличивается с увеличением длительности разрядного импульса до некоторых пределов, а затем начинает падать. Объясняется это тем, что увеличение длительности воздействия приводит к расширению зоны плавления большого объема материала. Однако при этом снижается плотность энергии разрядного импульса, а следовательно, снижается и температура в точках приложения разряда на поверхности электродов. Поэтому для каждой энергии импульса имеется оптимальное значение его длительности, при которой интенсивность эрозии будет максимальной.

Экспериментально удалось установить, что если обрабатываемость стали 45 и других углеродистых сталей принять за единицу, то обрабатываемость других металлов и сплавов может быть выражена следующими соотношениями:

Из приведенного примера видно, что вязкие сплавы обрабатываются лучше, чем сталь 45, а твердые сплавы, которые обычным резанием не обрабатываются, электроэрозионным способом могут быть обработаны.

Твердый сплав обрабатывают малыми по времени импульсами, обеспечивающими высокую температуру в момент разряда (прямая полярность электродов). Оптимальная плотность тока при обработке твердого сплава в 1,5-2 раза ниже, чем при обработке сталей. Твердые сплавы обычно обрабатываются на режимах до 50 А (среднее значение тока). Припуск под последующую обработку нужно стремиться снизить до минимальных значений. Припуск на доводку должен составлять 0,02- 0,03 мм, однако удаление и этого припуска является весьма трудоемкой операцией. В случае обработки фасонных полостей (для получения минимального припуска при оптимальной производительности) последовательно осуществляют: предварительную (черновую), получистовую и чистовую обработку с обновлением ЭИ. Если обрабатывается сквозное или глухое отверстие постоянного по высоте профиля, то обработку производят на режиме, обеспечивающем необходимую точность и шероховатость. Обновление ЭИ осуществляют путем подрезания торца. Эффективность работы в значительной степени зависит от подачи в зону обработки рабочей среды, необходимой для удаления продуктов эрозии. Чаще всего используется отсос или прокачка рабочей среды через ЭИ.

Читать еще:  Коррозия металла. Почему возникает и как избежать

Жаропрочные сплавы из-за своей вязкости обычным резанием обрабатываются значительно хуже, чем конструкционные или инструментальные стали, а электроэрозионным методом — лучше. Объясняется это тем, что жаропрочные сплавы имеют низкую теплопроводность и теплоемкость, а именно эти свойства материалов и оказывают существенное влияние на обрабатываемость их электроэрозионным способом.

Обрабатываемость вязких алюминиевых и магниевых сплавов также выше, чем у сталей. Обработку этих сплавов можно осуществлять на всех возможных режимах ЭЭО. Только всегда нужно помнить, что выбранный режим должен быть экономичным.

Часто перед технологами встает задача, как изготовить ту или иную деталь из вязких или высокотвердых материалов, имеющую сложную форму, различные закрытые полости, криволинейные каналы и каналы сложного профиля и т. д. И чем сложнее задача обработки на металлорежущих станках, тем более экономически выгодным становится применение ЭЭО.

Рассмотрим ряд операций, выполняемых на электроэрозионных станках.

Обработка штампов и пресс-форм. Электроэрозионным способом целесообразно обрабатывать фасонные формующие полости, которые обычно получают обработкой на копировально-фрезерных станках или на станках с программным управлением. Полости простой геометрической формы (например, тела вращения) обрабатывать электроэрозионным методом неэффективно.

Если изделие после изготовления подвергается термообработке, то ЭЭО производят после термообработки и шлифования базовых поверхностей заготовки. Слишком большой припуск под ЭЭО нежелателен, так как перед термообработкой основную его массу можно снять на универсальном фрезерном станке. Используя эту предварительную операцию, получаем выигрыш во времени, так как по производительности на простых операциях электроэрозионный метод обработки уступает фрезерованию. Оставшийся припуск снимают на черновом режиме с большой энергией импульса, а по мере уменьшения припуска переходят на более мягкие режимы (энергию импульса уменьшают). Когда требования к шероховатости поверхности повышенные, то последующую обработку осуществляют на чистовых высокочастотных режимах с малой энергией импульса и при этом удается исключить необходимость ручной слесарной доводки.

Обработка предварительно термообработанных заготовок исключает брак, который может возникнуть из-за искажения профиля в результате тепловых деформаций при термообработке.

Особенно удобна и эффективна ЭЭО при восстановлении изношенных формообразующих полостей штампов и пресс-форм; восстановление полости производят без отжига изделия.

Обработка штампов и пресс-форм осуществляется на электроэрозионных универсальных копировально-прошивочных станках.

Чтобы увеличить производительность ЭЭО, особенно при обработке штампов и пресс-форм, имеющих большую площадь обрабатываемой поверхности, используют многоконтурную обработку.

Обработка закрытых полостей и каналов. В машиностроении часто возникает необходимость изготовлять изделия, имеющие различные закрытые полости, соединительные каналы и т. д.

Применение ЭЭО позволяет получить каналы практически любой формы и в труднодоступных местах.

Обрабатывать закрытые полости и каналы можно в корпусных деталях, изготовляемых из черных и цветных металлов. Однако чаще всего приходится обрабатывать такие полости или каналы в алюминиевых и жаропрочных сплавах. Наиболее целесообразно при этом использовать электроды из углеграфита. На рис. 7 дана схема обработки закрытого канала. Электродержатель 1 и ЭИ 4 имеют изоляционное покрытие 2 для того, чтобы избежать электрического контакта с обрабатываемой деталью 3. Чаще всего обработка таких деталей производится на электроэрозионных копировально-прошивочных станках. Стрелкой указано направление движения ЭИ.

Электроэрозионное разрезание заготовок. В процессе выполнения этой операции отрезается или вырезается заготовка с заданными геометрическими размерами. Производительность электроэрозионного разрезания труднообрабатываемых материалов в два — десять раз выше, чем при механическом резании. В некоторых случаях, например при разрезании заготовок из металлокерамики, электроэрозионный метод становится одним из немногих, который позволяет вообще выполнять эту операцию.

Электроэрозионное разрезание заготовок выполняется дисковым, пластинчатым или проволочным ЭИ, а технологический ток может быть подведен при этом от источников постоянного, переменного или импульсного напряжения. Разрезание может выполняться в воздушной среде и в воде с погружением разрезаемой заготовки в ванну, а также при поливе водой зоны разрезания. Операция может выполняться на копировально-прошивочных, проволочных вырезных станках и специальных станках для отрезания заготовок.

Электроэрозионное легирование. Существуют различные способы поверхностного упрочнения деталей — наплавка, термообработка, антикоррозийное покрытие и электроэрозионное легирование, которое сопровождается различными, физико-химическими превращениями поверхностного упрочняемого слоя детали и позволяет в связи с этим повысить износостойкость, жаропрочность, коррозионную стойкость детали и снизить ее коэффициент трения. С помощью легирования можно произвести ремонт изношенной детали, придав ее поверхностному слою новые свойства.

Процесс электроэрозионного легирования заключается в переносе материала ЭИ, отвечающего определенным требованиям, на обрабатываемую поверхность детали импульсным электрическим разрядом, обеспечивая прочное сцепление вводимого легирующего материала с поверхности детали.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.11.30 Обновлено: 2020.03.04

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Метод электроискрового легирования для упрочнения стали 12Х18Н10Т

Для удовлетворения потребности машиностроения, металлообработки и других отраслей в металлорежущем инструменте, а также обеспечения экономии дорогостоящих и дефицитных марок стали, применяемых при изготовлении инструмента и деталей машин, необходимо шире использовать различные износостойкие покрытия. Нанесение износостойких покрытий на контактирующие при резании поверхности инструмента или работающие на трение поверхности деталей производится карбидами вольфрама, титана, ниобия, нитридами титана, циркония, молибдена и др.

Наибольшее распространение для создания защитных покрытий на металлических и неметаллических материалах, деталях и инструментах получил метод электроискрового легирования (ЭИЛ), позволяющий образовывать на поверхности карбиды, бориды, нитриды, карбонитриды. К основным достоинствам ЭИЛ следует отнести локальную обработку поверхности, не защищая при этом остальные поверхности детали; высокую адгезию нанесенного материала с основой; отсутствие нагрева детали в процессе обработки; возможность использования в качестве обрабатывающих материалов, как чистых материалов, так и их сплавов, металлокерамических композиций, тугоплавких соединений; отсутствие необходимости специальной предварительной подготовки обрабатываемой поверхности. Этим методом можно в широких пределах изменять механические, термические, коррозионные и другие свойства рабочих поверхностей деталей. Кроме этого, технология ЭИЛ очень проста, а необходимое оборудование малогабаритно, надежно и транспортабельно. Производительность процесса ЭИЛ изменяется от 0,5 до 20 см 2 /мин. Толщина формируемых слоев находится в пределах 0,01-0,2 мм.
Одним из приложений метода ЭИЛ является усовершенствование технологии ремонта шнеков и гильз сушильных машин с целью снижения себестоимости их изготовления и ремонта, упрочнения и механической обработки, увеличения износостойкости и сроков эксплуатации.
В настоящее время ремонт и упрочнение шнеков и гильз из стали 12Х18Н10Т сушильных машин проводится методом наплавки материала ВЗК до толщины порядка 8 мм с последующей механической обработкой до 4 мм. Данная технология требует больших материальных затрат, трудоемка для проведения последующей механической обработки, а износостойкость неудовлетворительная.
Нанесение износостойких покрытий на высоколегированную сталь является очень трудоемкой задачей, т.к. адгезия покрытия со сталью неудовлетворительная, что приводит к отслоению. Для достижения наибольшего сродства материала электрода и подложки были разработаны специальные СВС-электроды на основе твердого раствора карбидов тантала и титана со связкой из стали Х18Н9Т. Качество легированных слоев контролировалось методом металлографического анализа по их сплошности, толщине и микротвердости. Исследования показали, что на поверхности образцов формируется легированный слой (ЛС) толщиной 5-30 мкм, твердость которого в 4-6 раз превышает твердость подложки, при этом сплошность покрытия составляет 80-100% (табл.1).

В дальнейшем легированные образцы были подвергнуты испытаниям на износостойкость на универсальной испытательной машине трения, результаты испытаний приведены в графике 1.

Как видно из графика, износостойкость покрытия на основе материала ВЗК существенно ниже по сравнению с предложенными электродами. Износостойкость легированных образцов СВС-электродами возрастает в 1,5-3 раза по сравнению с традиционным способом обработки.
Проведенные исследования дают все предпосылки эффективного использования СВС-электродов марки T для ремонта и упрочнения шнеков и гильз сушильных машин. При этом существенно снижаются затраты на обработку деталей и повышается производительность.

П. М. Бажин, А. М. Стопин, д.ф.-м.н.
Журнал «Станочный парк», № 10 (55) 2008 г.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector