RU2411111C2 - Method of anode dynamic hardening of part from current conducting material - Google Patents
Method of anode dynamic hardening of part from current conducting material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411111C2 RU2411111C2 RU2009107163/02A RU2009107163A RU2411111C2 RU 2411111 C2 RU2411111 C2 RU 2411111C2 RU 2009107163/02 A RU2009107163/02 A RU 2009107163/02A RU 2009107163 A RU2009107163 A RU 2009107163A RU 2411111 C2 RU2411111 C2 RU 2411111C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hardening
- stage
- granules
- processing
- allowance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к комбинированным методам обработки с наложением электрического поля и механического упрочнения поверхностного слоя. Оно может быть использовано в машиностроении при обработке наружных и внутренних поверхностей деталей машин.The invention relates to combined processing methods with the application of an electric field and mechanical hardening of the surface layer. It can be used in mechanical engineering when processing the outer and inner surfaces of machine parts.
Известен способ электрохимикомеханической обработки внутренних поверхностей деталей, где производится ударное действие калибрующего элемента для получения местного наклепа, ускоряющего съем металла в местах повышенного припуска (SU №1085734 А, МПК B23P 1/04, B23P 1/10, 15.04.1984).There is a method of electrochemomechanical processing of the inner surfaces of parts, where the shock effect of the calibrating element is performed to obtain local hardening, accelerating the removal of metal in places of high stock (SU No. 1085734 A,
К недостаткам способа относится возможность реализации его при обработке только внутренних поверхностей, невозможность использования для получения гарантированного наклепа при большой глубине и величине наклепанного слоя после предшествующей обработки.The disadvantages of the method include the possibility of implementing it when processing only internal surfaces, the inability to use to obtain guaranteed cold work with a large depth and size of the riveted layer after the previous treatment.
Известен способ размерной электрохимической обработки, комбинирующий последовательные воздействия на деталь упрочняющего действия инструмента для достижения наклепа и анодного растворения при отводе инструмента (SU №1192917 А, МПК B23H 3/00, 23.11.1985).A known method of dimensional electrochemical processing, combining sequential effects on the part of the hardening action of the tool to achieve hardening and anodic dissolution during removal of the tool (SU No. 1192917 A, IPC
К недостаткам способа относится неконтролируемый наклеп зоны обработки, что не позволяет повысить усталостную прочность обработанных деталей.The disadvantages of the method include uncontrolled hardening of the processing zone, which does not allow to increase the fatigue strength of the machined parts.
Наиболее близким аналогом является способ обработки, по которому при комбинированной электрохимикомеханической обработке достигается оптимальный наклеп поверхности каналов за счет анодного растворения припуска до удаления наследственного наклепа и с регулированием припуска на упрочнение инструментом в форме дорна за счет постоянства силы осевого перемещения комбинированного обрабатывающе-упрочняющего инструмента (А.с. №663518, МПК B23P 1/04, 25.05.1979).The closest analogue is the processing method, in which the combined surface hardening of the channels is achieved due to the anodic dissolution of the allowance until the hereditary hardening is removed and the allowance for hardening is controlled by the mandrel-shaped tool due to the constant axial displacement of the combined processing-strengthening tool (A S. pp. 663518, IPC
К недостаткам способа относится возможность использования его только для осесимметричных каналов, ограничения использования способа при глубине наследственного наклепа, превышающем припуск на комбинированную обработку.The disadvantages of the method include the possibility of using it only for axisymmetric channels, restrictions on the use of the method with a depth of hereditary hardening exceeding the allowance for combined processing.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей комбинированной анодно-динамической обработки на наружные и внутренние поверхности деталей с получением гарантированного наклепа, обеспечивающего наибольшее повышение усталостной прочности деталей.The objective of the invention is to expand the technological capabilities of the combined anodic-dynamic processing on the outer and inner surfaces of the parts with obtaining guaranteed hardening, providing the greatest increase in the fatigue strength of the parts.
Технический результат достигается с помощью способа анодно-динамического упрочнения детали из токопроводящего материала, включающего механическую и анодную обработку поверхности детали из токопроводящего материала металлическими гранулами с наложением электрического поля в среде слабых электролитов на базе нетоксичных солей при низких напряжениях постоянного тока, где анодом является деталь. Обработку осуществляют в три этапа, на первом этапе металлические гранулы свободно размещают на обрабатываемой части детали, затем подают электролит вдоль обрабатываемой поверхности детали со скоростью, обеспечивающей перемещение гранул относительно обрабатываемой поверхности, включают постоянный ток на гранулы и деталь, производят анодное удаление припуска, составляющего разницу между общим припуском на обработку и припуском на третьем этапе обработки, после чего на втором этапе отключают ток и подачу электролита и теми же гранулами производят виброударное упрочнение до достижения предельной величины наклепа, а на третьем этапе производят анодное растворение наклепанного слоя с использованием тока и электролита аналогично первому этапу и регулируют величину съема припуска до достижения на поверхности обрабатываемой детали величины наклепа, обеспечивающего наибольшую усталостную прочность материала детали.The technical result is achieved using the method of anodic-dynamic hardening of a conductive material part, including mechanical and anodic treatment of the conductive material part surface with metal granules with the application of an electric field in a medium of weak electrolytes based on non-toxic salts at low DC voltages, where the part is the anode. The processing is carried out in three stages, at the first stage, metal granules are freely placed on the workpiece part, then electrolyte is fed along the workpiece surface at a speed that allows the granules to move relative to the surface to be treated, a direct current is applied to the granules and the part, anodic removal of the allowance that makes up the difference between the total allowance for processing and the allowance at the third stage of processing, after which at the second stage the current and the supply of electrolyte and the same granule are turned off and produce vibro hardening until reaching the limit value of work hardening, and the third stage produce anodic dissolution of cold-hardened layer by using a current and an electrolyte similar to the first stage and adjusting the magnitude of stock removal to achieve at the workpiece surface hardening value providing the highest fatigue strength of the material items.
Способом анодно-динамического упрочнения обрабатывают наружную и внутреннюю поверхность деталей. Способ осуществляют в три этапа. На первом этапе металлические гранулы (конструкционные стали, жаропрочные материалы), чугуны и др.) свободно размещают на обрабатываемой части детали, выполненной из любых токопроводящих материалов, затем подают электролит (на базе нетоксичных солей) вдоль обрабатываемой поверхности детали со скоростью, обеспечивающей перемещение гранул относительно обрабатываемой поверхности, потом включают постоянный ток (при низком напряжении генератора (2-4 В)) на гранулы и деталь, производят анодное удаление припуска, составляющего разницу между общим припуском на обработку и припуском на третьем этапе обработки, после чего на втором этапе отключают ток и подачу электролита и теми же гранулами производят виброударное упрочнение (механическая обработка) до достижения стабильной величины наклепа. На третьем этапе производят анодное растворение наклепанного слоя с использованием тока и электролита аналогично первому этапу и регулируют величины съема припуска до достижения на поверхности обрабатываемой детали величины наклепа, обеспечивающего наибольшую усталостную прочность материала детали.By the method of anodic-dynamic hardening, the outer and inner surfaces of the parts are treated. The method is carried out in three stages. At the first stage, metal granules (structural steel, heat-resistant materials), cast irons, etc.) are freely placed on the workpiece part made of any conductive materials, then electrolyte (based on non-toxic salts) is fed along the workpiece surface at a speed that allows the granules to move relative to the surface to be treated, then direct current (at a low voltage of the generator (2-4 V)) is turned on to the granules and the part, anodic removal of the allowance is made, which makes up the difference between with a machining allowance and an allowance at the third processing stage, after which at the second stage the current and the electrolyte supply are turned off and vibrohardening (mechanical processing) is carried out with the same granules until a stable hardening value is achieved. At the third stage, an anodic dissolution of the riveted layer is carried out using current and electrolyte similarly to the first stage and the allowance removal rates are adjusted until the hardening value on the surface of the workpiece is achieved, which provides the greatest fatigue strength of the part material.
На чертежах 1-3 приведены этапы осуществления способа анодно-динамической обработки: анодное удаление припуска с детали до получения припуска на окончательную обработку (фиг.1), наклеп поверхностного слоя на предельную глубину (фиг.2), анодное снятие припуска при окончательной обработке (фиг.3).In the drawings 1-3, the stages of the method of anodic-dynamic processing are shown: anodic removal of the allowance from the part to obtain an allowance for final processing (Fig. 1), hardening of the surface layer to the maximum depth (Fig. 2), anodic removal of the allowance during final processing ( figure 3).
На металлическую деталь 1, которая при анодной обработке является анодом, насыпают не менее одного слоя металлических гранул 2, которые при анодной обработке являются катодом, устанавливают экран 3 для удержания гранул 2 в зоне обработки. При анодной обработке ток поступает от генератора 4 с возможностью регулирования расхода электричества регулятором 5. Электролит 6 подают между деталью и гранулами 2. На первом этапе обработки удаляется припуск 7, на втором образуется зона части припуска 8 с повышенным наклепом. Допуск 9 на геометрические размеры обрабатываемой поверхности детали и динамическое воздействие виброударного упрочнения 10 показаны на фиг.2.At least one layer of
Способ осуществляют следующим образом: наносят на поверхность детали 1 один или несколько слоев гранул 2, включают (фиг.1 и 3) подачу от насоса (не показан) электролита 6 со слабой концентрацией и повышают давление электролита 6 до начала перемещения гранул 2 в направлениях вдоль детали 1 и от нее на величину отскока (δ1). Гранулы 2 достигают экрана 3 и отражаются им до возвращения на поверхность детали 1. Электролит 6 сливают через экран 3 и повторно используют. Ток (фиг.1 и 3) подают от генератора 4 на деталь 1 (анод) и гранулы 2 (катод). Припуск 7 на первом этапе обработки (фиг.1), удаляемый анодным растворением, рассчитывают по формуле:The method is as follows: apply one or more layers of
- для наружной поверхности- for an external surface
где L1 - толщина заготовки, мм;where L 1 is the thickness of the workpiece, mm;
L2 - толщина детали, мм;L 2 - the thickness of the part, mm;
Z2 - припуск 7 на достижение при виброударном упрочнении предельного наклепа поверхностного слоя детали, мм.Z 2 - allowance 7 to achieve the maximum hardening of the surface layer of the part during vibration hardening, mm.
- для внутренней поверхности- for an internal surface
Процесс обработки на первом этапе контролируют по времени τ1, которое составляет:The processing at the first stage is controlled by time τ 1 , which is:
где Z1 - находят по (1) и (2) в зависимости от вида обрабатываемой поверхности, мкм;where Z 1 - find by (1) and (2) depending on the type of surface being treated, microns;
α - электрохимический эквивалент материала детали (справочный материал), кг/(А×мин);α is the electrochemical equivalent of the material of the part (reference material), kg / (A × min);
γ - плотность материала детали (справочный материал), кг/м3;γ is the density of the material of the part (reference material), kg / m 3 ;
η - выход по току (справочный материал), зависит от выбранного электролита;η - current output (reference material), depends on the selected electrolyte;
χ - проводимость электролита (справочный материал), зависит от состава и температуры электролита, см/м;χ is the conductivity of the electrolyte (reference material), depends on the composition and temperature of the electrolyte, cm / m;
- средняя величина отскока гранул, мм. Регулируется скоростью потока в диапазоне 2-4 мм; - the average value of the rebound of the granules, mm It is regulated by a flow rate in the range of 2-4 mm;
U - напряжение генератора, В. Регулируется в диапазоне 2-4 В;U - generator voltage, V. Adjustable in the range of 2-4 V;
ΔU - потери напряжения (справочный материал), зависит от состава электролита, величины отскока гранул, обрабатываемого материала, В.ΔU - voltage loss (reference material), depends on the composition of the electrolyte, the magnitude of the rebound of the granules, the processed material, V.
На втором этапе время динамического виброударного упрочнения 10 выбирают или находят экспериментально по величине получения стабильной величины наклепа на части припуска 8, отсчитываемого от допуска 9 на деталь.At the second stage, the time of dynamic vibration hardening 10 is selected or found experimentally by the value of obtaining a stable value of hardening on the part of the allowance 8, counted from the tolerance 9 on the part.
На третьем этапе происходит получение гарантированного оптимального наклепа за счет анодного удаления части припуска 8 и перемещения границы удаления припуска в середину поля допуска 9. Здесь требуется обеспечить точный объем удаления материала, поэтому анодный съем выполняется с контролем окончания процесса регулятором 5 (типа счетчика электричества) по расчетному значению количества электричества (Q):At the third stage, the guaranteed optimum hardening is obtained due to the anode removal of part of the allowance 8 and movement of the allowance removal margin to the middle of tolerance 9. Here, it is necessary to ensure the exact volume of material removal, therefore, the anode removal is carried out by monitoring the end of the process with regulator 5 (such as an electricity meter) the calculated value of the amount of electricity (Q):
где Z2 - предельная глубина зоны повышенного наклепа части припуска 8, мкм;where Z 2 - the maximum depth of the zone of increased hardening of the allowance part 8, microns;
- средняя величина поля допуска 9 на деталь, мм. - the average value of the tolerance field 9 per part, mm
Режимы обработки на третьем этапе могут выбираться аналогичными процессу анодного растворения на первом этапе.The processing modes in the third stage can be selected similar to the process of anodic dissolution in the first stage.
Пример осуществления способа. Способу анодно-динамического упрочнения подверглась компрессорная лопатка, выполненная из токопроводящего жаропрочного материала ЭИ437А, предельный наклеп которой после упрочнения достигает 37% (Сулима A.M., Евстигнеев М.И. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов. - М.: Машиностроение, 1974, с.97, табл.3.7). По нашим исследованиям оптимальный наклеп должен составлять 5%±1% при глубине залегания остаточных напряжений - до 0,1 мм. Гранулами для динамического упрочнения являлись шарики диаметром 4-5 мм, выполненные из чугуна СЧ 20. Время динамического упрочнения составляло 15 минут при амплитуде отскока гранул - 4 мм (Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей. - М.: Машиностроение, 1978, с.117, табл.35). В качестве электролита для анодной обработки был выбран 5% раствор хлористого натрия при температуре 290 К. Рабочее напряжение - 4 В. Общий припуск на обработку составлял 0,4 мм. На первом этапе анодным растворением был удален припуск 0,3 мм (формула (1)), на что понадобилось около 2 минут машинного времени (формула (3)). Динамическое виброударное упрочнение на втором этапе составляло 15 минут. Анодное растворение на третьей стадии контролировалось по использованию 1,36 амперчасов электричества (время обработки около 1,3 минуты). Измерения остаточных напряжений методом Давиденкова отработанных деталей на приборе ПИОН-3 показало, что степень наклепа составила 4,1-5,5%. Это отвечало требованиям по оптимальной усталостной прочности (σ-1=470 МПа) жаропрочного материала ЭИ437А.An example implementation of the method. A compressor blade made of conductive heat-resistant material EI437A was subjected to the method of anodic dynamic hardening, the ultimate hardening of which after hardening reaches 37% (Sulima AM, Evstigneev MI The quality of the surface layer and the fatigue strength of parts made of heat-resistant and titanium alloys. - M .: Engineering, 1974, p. 97, table 3.7). According to our research, the optimal hardening should be 5% ± 1% with a depth of residual stresses of up to 0.1 mm. Pellets for dynamic hardening were balls with a diameter of 4-5 mm made of SCh 20 cast iron. The time of dynamic hardening was 15 minutes with an amplitude of rebound of granules of 4 mm (Smolentsev V.P. Technology of electrochemical processing of internal surfaces. - M .: Mashinostroenie, 1978 , p. 117, table 35). A 5% sodium chloride solution at a temperature of 290 K was selected as the electrolyte for the anode treatment. The operating voltage was 4 V. The total allowance for processing was 0.4 mm. At the first stage, an anode dissolution of 0.3 mm was removed (formula (1)), which took about 2 minutes of machine time (formula (3)). Dynamic vibrohardening in the second stage was 15 minutes. The anodic dissolution in the third stage was monitored by using 1.36 ampere hours of electricity (processing time of about 1.3 minutes). Measurement of residual stresses by the Davidenkov method of the used parts on a PION-3 device showed that the degree of hardening was 4.1-5.5%. This met the requirements for optimal fatigue strength (σ -1 = 470 MPa) of the heat-resistant material EI437A.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009107163/02A RU2411111C2 (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | Method of anode dynamic hardening of part from current conducting material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009107163/02A RU2411111C2 (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | Method of anode dynamic hardening of part from current conducting material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009107163A RU2009107163A (en) | 2010-09-10 |
RU2411111C2 true RU2411111C2 (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=42800022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009107163/02A RU2411111C2 (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | Method of anode dynamic hardening of part from current conducting material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2411111C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491155C2 (en) * | 2011-02-22 | 2013-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of surface hardening of part inner surfaces |
RU2709072C1 (en) * | 2019-07-17 | 2019-12-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of hardening treatment of rotor parts surfaces local areas |
-
2009
- 2009-02-27 RU RU2009107163/02A patent/RU2411111C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491155C2 (en) * | 2011-02-22 | 2013-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of surface hardening of part inner surfaces |
RU2709072C1 (en) * | 2019-07-17 | 2019-12-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of hardening treatment of rotor parts surfaces local areas |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009107163A (en) | 2010-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kaynak et al. | Finish machining-induced surface roughness, microhardness and XRD analysis of selective laser melted Inconel 718 alloy | |
Mu et al. | Application of electrochemical polishing in surface treatment of additively manufactured structures: A review | |
Liu et al. | Jet electrochemical machining of TB6 titanium alloy | |
Vasanth et al. | Performance analysis of process parameters on machining titanium (Ti-6Al-4V) alloy using abrasive water jet machining process | |
Shih et al. | A study of electrical discharge grinding using a rotary disk electrode | |
Hung | Postprocessing of additively manufactured metal parts | |
Fayazfar et al. | An overview of surface roughness enhancement of additively manufactured metal parts: a path towards removing the post-print bottleneck for complex geometries | |
Klocke et al. | Experimental investigations on sinking-EDM of seal slots in gamma-TiAl | |
Demirtas et al. | Surface quality improvement using electro chemical machining process for γ-TiAl parts produced by electron beam melting | |
RU2411111C2 (en) | Method of anode dynamic hardening of part from current conducting material | |
Choudhary et al. | Performance and surface integrity of Nimonic75 alloy machined by electrical discharge machining | |
Rao et al. | Precision finishing of external cylindrical surfaces of EN8 steel by electro chemical honing (ECH) process using OFAT technique | |
Dharmalingam et al. | Experimental investigation on electrochemical micro machining of Al-10% wt SiCp based on Taguchi design of experiments | |
Özerkan et al. | Electrochemical small diameter deep hole drilling of powder metal steel | |
Yang et al. | The use of electropolishing surface treatment on IN718 parts fabricated by laser powder bed fusion process | |
Zeidler et al. | Surface finish of additively manufactured parts using plasma electrolytic polishing | |
Başak et al. | Application of burnishing process on friction stir welding and investigation of the effect of burnishing process on the surface roughness, hardness and strength | |
Jones et al. | Empirical modeling of direct electric current effect on machining cutting force | |
Satishkumar et al. | Investigation on Electrochemical Micro Machining of Al 6061-6% wt Gr based on Taguchi design of experiments | |
Pa et al. | Continuous secondary ultrasonic electropolishing of an SKD61 cylindrical part | |
Ruszaj et al. | Electrochemical machining supported by electrode ultrasonic vibrations | |
Kendall et al. | Investigation into post-processing electron beam melting parts using jet electrochemical machining | |
Yan et al. | A study on the mirror surface machining by using a micro-energy EDM and the electrophoretic deposition polishing | |
Zhou et al. | Research on pulse electrochemical finishing using a moving cathode | |
Pa | Design of freeform surface finish using burnishing assistance following electrochemical finishing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120228 |