MD4184C1

MD4184C1 - Procedeu de durificare a suprafeţelor metalice

Info

Publication number: MD4184C1
Application number: MDA20110054A
Authority: MD
Inventors: Павел ТОПАЛА; Серджиу МАЗУРУ; Виталие БЕШЛИУ; Павел КОСОВСКИЙ
Original assignee: Павел ТОПАЛА; Серджиу МАЗУРУ; Виталие БЕШЛИУ; Павел КОСОВСКИЙ
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2013-08-31
Also published as: MD4184B1

Abstract

Invenţia se referă la metodele de prelucrare electrofizică a materialelor, în special la tehnologiile de durificare a suprafeţelor metalice prin descărcări electrice prin impulsuri de scurtă durată.Procedeul de durificare a suprafeţelor metalice constă în efectuarea descărcărilor electrice prin impulsuri între electrodul-sculă în formă de disc rotitor din grafit pirolitic şi suprafaţa de prelucrare a piesei, conectate la circuitul de descărcare a generatorului de impulsuri de curent în calitate de catod şi anod, respectiv. Impulsurile de curent între electrodul-sculă şi piesă sunt formate din trenuri a câte o pereche de impulsuri de polaritate directă, primul dintre ele fiind cu durata de 5…10 µs şi cantitatea de energie degajată între electrodul-sculă şi piesă de 0,001 J, iar cel de-al doilea - cu durata de 250 µs şi cantitatea de energie degajată între electrodul-sculă şi piesă de 1,8 J. Interstiţiul dintre electrodul-sculă şi piesă este de 1 mm.

Description

Invenţia se referă la metodele de prelucrare electrofizică a materialelor, în special la tehnologiile de durificare a suprafeţelor metalice prin descărcări electrice prin impulsuri de scurtă durată.

Este cunoscut procedeul de formare a depunerilor de grafit cu utilizarea electrozilor compacţi prin contactarea periodică a acestora cu suprafaţa prelucrată a piesei [1].

Dezavantajele acestui procedeu constau în productivitatea joasă din cauza interacţiunii locale a plasmei cu suprafaţa prelucrată (suprafaţa de interacţiune a canalului de plasmă cu suprafaţa catodului nu depăşeşte 0,1…0,5 mm2, în funcţie de energia descărcării electrice prin impuls), distrugerea depunerii de grafit sub acţiunea şocurilor mecanice provocate de electrodul-sculă, rugozitatea suprafeţei prelucrate (Ra=3…6 µm) care, de asemenea, este funcţie de energia descărcării electrice, şi discontinuitatea suprafeţei prelucrate, care este funcţie de calificarea operatorului.

Cea mai apropiată soluţie este procedeul de durificare a suprafeţelor metalice prin descărcări electrice prin impulsuri între electrodul-sculă şi suprafaţa de prelucrare a piesei, conectate la circuitul de descărcare al generatorului de impulsuri de curent. Descărcările electrice se întreţin pe petele electrodice „reci”. Electrodul-sculă este executat în formă de disc rotitor din grafit electrotehnic, impulsurile de curent în interstiţiul dintre electrodul-sculă şi piesă sunt formate din trenuri a câte două impulsuri, primul dintre ele fiind de polaritate directă, cu durata de 150…200 µs, iar cel de-al doilea - de polaritate inversă, cu durata de 10 ori mai mică la aceeaşi cantitate de energie degajată între electrodul-sculă şi piesă [2].

Dezavantajele procedeului dat constau în faptul că întreţinerea descărcărilor electrice pe petele electrodice „reci” nu duce la crearea condiţiilor favorabile de formare a depunerii stabile de grafit cu cristalizarea lui aderentă la suprafaţa piesei. Depunerea de grafit, formată în acest caz, se şterge de pe suprafaţă la acţiuni mecanice mici şi serveşte numai procesului de durificare a stratului superficial prin difuzia carbonului din grafit în structura metalică a piesei, iar grosimea peliculei de grafit este mai mică de 1 µm.

Problema pe care o rezolvă invenţia este majorarea durabilităţii pieselor metalice şi păstrarea geometriei piesei prelucrate, rugozitatea acesteia rămânând constantă ori micşorându-se.

Procedeul de durificare a suprafeţelor metalice, conform invenţiei, constă în efectuarea descărcărilor electrice prin impulsuri între electrodul-sculă în formă de disc rotitor din grafit pirolitic şi suprafaţa de prelucrare a piesei, conectate la circuitul de descărcare a generatorului de impulsuri de curent în calitate de catod şi anod, respectiv. Descărcările electrice se întreţin pe petele electrodice „calde”. Impulsurile de curent între electrodul-sculă şi piesă sunt formate din trenuri a câte o pereche de impulsuri de polaritate directă, primul dintre ele fiind cu durata de 5…10 µs şi cantitatea de energie degajată între electrodul-sculă şi piesă de 0,001 J, iar cel de-al doilea - cu durata de 250 µs şi cantitatea de energie degajată între electrodul-sculă şi piesă de 1,8 J. Interstiţiul dintre electrodul-sculă şi piesă este de 1 mm.

Rezultatul invenţiei constă în majorarea durabilităţii suprafeţelor metalice prin formarea pe ele a peliculelor de grafit, care posedă proprietăţi refractare, micşorarea rugozităţii suprafeţei prelucrate şi păstrarea geometriei piesei prelucrate.

Procedeul dat permite sporirea rezistenţei refractare a suprafeţei pieselor şi a celei de uzură prin formarea pe ele a peliculelor de grafit, precum şi durificarea substratului suprafeţelor metalice prin interacţiunea surselor punctiforme de impulsuri de căldură şi a câmpurilor electrice, create de descărcările electrice prin impulsuri, însoţite de transferul grafitului pe suprafaţa piesei, cristalizarea lui pe suprafaţă cu formarea unei depuneri de 7...17 µm şi difuzia lui în aceasta, însoţită de modificarea compoziţiei chimice cu formarea carburilor metalice în substrat şi micşorarea rugozităţii suprafeţei din contul întreţinerii descărcărilor electrice prin impulsuri pe petele electrodice „calde”.

Experimental a fost demonstrat că grafitul erodează mult mai efectiv la polaritate directă în fază solidă, iar materialul erodat de pe suprafaţa catodului este transferat pe cea a anodului, cristalizându-se şi formând pe aceasta o peliculă subţire, cu difuzia în substratul suprafeţei prelucrate şi care decurge mai puţin intensiv în cazul conectării piesei în calitate de catod. În cazul utilizării numai a impulsului de polaritate directă procesul de difuzie este mai puţin efectiv din motivul formării pe suprafaţa piesei a unui strat gros de grafit, care izolează termic suprafaţa prelucrată pe de o parte, iar pe de altă parte, la interacţiuni repetate cu canalul de plasmă, acesta creşte în grosime şi este mai puţin supus eroziunii, deoarece are loc formarea legăturilor interatomice nemetalice, materialul de depunere fiind nemetal.

Suprafaţa prelucrată a piesei suportă transformări de compoziţie chimică şi de natură termică, astfel încălzirea unei suprafeţe de ordinul 4...12 mm2 (pentru un impuls), transferul polar al grafitului, însoţit de cristalizarea lui pe aceasta, provoacă formarea depunerii şi efecte de difuzie a grafitului în suprafaţa metalică, însoţite de formarea aşa-numitului strat alb, a cărui grosime este funcţie de cantitatea de energie degajată în interstiţiu şi de numărul de treceri (şocuri termice), la care este supusă suprafaţa prelucrată.

De asemenea, este necesar de menţionat că în mod experimental a fost stabilită creşterea grosimii piesei şi micşorarea rugozităţii suprafeţei prelucrate.

Generatorul conţine un bloc de impulsuri de amorsare şi un bloc de impulsuri de putere, precum şi un bloc de dirijare. Durata impulsurilor de putere, asigurată de blocul de dirijare, nu va depăşi 250 µs, timp suficient pentru apariţia şi dezvoltarea petelor electrodice „calde”, ceea ce provoacă fenomenele electroerozive şi de transfer polar, totodată topirea suprafeţei la adâncimi de 0,05...0,1 µm asigură amestecarea parţială a fazei lichide a metalului cu grafitul transferat de pe catod. Grafitul netopit serveşte în calitate de germene pentru cristalizarea de mai departe a acestuia şi formarea depunerii din el. La acţiunea repetată a impulsurilor de curent creşte grosimea depunerii şi are loc difuzia grafitului în adâncul suprafeţei piesei din contul acţiunii termice pe adâncimi de ordinul a 3...7 µm.

Continuitatea deplină a stratului de depunere din grafit se asigură pentru suprapunerea petelor de interacţiune anodică cu pasul de 0,5dzt (unde dzt este diametrul zonei de interacţiune termică a canalului de plasmă cu suprafaţa prelucrată) al avansului longitudinal şi transversal.

Pentru formarea straturilor de depunere refractare şi antipriză pe suprafeţe metalice cu descărcări electrice prin impulsuri în regim de subexcitare este necesar de a asigura următorii parametri: interstiţiul de 1 mm, capacitatea bateriei de condensatoare de 600 µF, tensiunea de încărcare a acestora de 200 V, durata impulsului de putere de 250 µs, iar pentru impulsurile de amorsare C=0,1 µF, tensiunea în impuls fiind de 10...12 kV.

Exemplu de realizare

În scopul majorării durabilităţii suprafeţelor metalice prin depunerea pe acestea a peliculelor de grafit conform tehnologiei propuse se vor realiza următoarele etape:

1. Piesa de prelucrat se fixează în dispozitivul de prindere al maşinii-unelte.

2. În dispozitivul de prindere a portsculei se fixează electrodul-sculă.

3. Se stabileşte mărimea interstiţiului S=1 mm.

4. Se stabileşte viteza de avans V=0,5dzt·f , în care f - frecvenţa impulsurilor.

5. Se stabilesc duratele şi cantităţile de energie degajată între electrodul-sculă şi piesă ale celor două impulsuri de polaritate directă, primul dintre ele fiind de amorsare, cu durata de 5...10 µs, Wa=0,001 J, iar cel de-al doilea - de putere, cu durata de 250 µs şi Wp=1,8 J.

6. Se conectează piesa la polul plus al generatorului de impulsuri de curent.

7. Se conectează electrodul-sculă la polul minus al generatorului de impulsuri de curent.

8. Se ajustează generatorul la regimul de funcţionare.

9. Se conectează instalaţia în regim de funcţionare.

Generatorul de impulsuri de curent conţine două blocuri: blocul de amorsare şi blocul de putere, mărimile de ieşire ale parametrilor tehnologici ai cărora sunt reglabile.

1. Михайлюк А.И. Уменьшение шероховатости электроискровых покрытий при последующей обработке графитовым электродом. Электронная обработка материалов, 2003, Nr. 3, с. 21-23

2. MD 3974 C2 2009.11.30

Claims

Procedeu de durificare a suprafeţelor metalice, care constă în efectuarea descărcărilor electrice prin impulsuri între electrodul-sculă în formă de disc rotitor din grafit şi suprafaţa de prelucrare a piesei, conectate la circuitul de descărcare a generatorului de impulsuri de curent în calitate de catod şi anod, respectiv; impulsurile de curent între electrodul-sculă şi piesă sunt formate din trenuri a câte o pereche de impulsuri, caracterizat prin aceea că descărcările electrice se întreţin pe petele electrodice „calde”; interstiţiul dintre electrodul-sculă şi piesă este de 1 mm; perechea de impulsuri include două impulsuri de polaritate directă, primul dintre ele fiind cu durata de 5…10 µs şi cantitatea de energie degajată între electrodul-sculă şi piesă de 0,001 J, iar cel de-al doilea - cu durata de 250 µs şi cantitatea de energie degajată între electrodul-sculă şi piesă de 1,8 J; electrodul-sculă este executat din grafit pirolitic.