RU2615420C2

RU2615420C2 - Method for electrospark of sliding contacts

Info

Publication number: RU2615420C2
Application number: RU2015138183A
Authority: RU
Inventors: Юрий Сергеевич Тимофеев; Николай Степанович Петрухин
Original assignee: Открытое акционерное общество акционерная научно-промышленная компания "Блик"; Общество с ограниченной ответственностью "Центрнасоссервис"
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2017-04-04
Also published as: RU2015138183A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: method includes electrospark alloying of the mentioned contacts during rotary disc revolution with a rotation speed within the range of 30-50 rpm and during the transfer to the alloying electrode of vibration with a frequency of between 15-30 Hz and an amplitude of 0.5 mm along with the simultaneous avancing of the electrode transverse to the rotation direction by 0.07 mm per one revolution of the rotary disc, hereby a graphite rod with a section of 0.09 cm² is used as an alloying electrode.

EFFECT: increased operational life and reliability of sliding electrical contacts.

3 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим методам обработки материалов и может быть использовано для повышения ресурса работы и надежности электроискровым легированием скользящих электрических контактов (СЭК), применяемых в коллекторах, вращающихся контактных устройствах (ВКУ), коммутаторах и других прецизионных контактных узлах приборов и систем автоматического управления.The invention relates to electrical methods of processing materials and can be used to increase the service life and reliability by electrospark alloying of sliding electrical contacts (SEC) used in collectors, rotating contact devices (VKU), switches and other precision contact nodes of devices and automatic control systems.

Известен способ повышения износостойкости неметаллических деталей методом электроискрового нанесения покрытия, при котором используется вибрирующий электрод, и нанесение покрытия совмещено с последующим электроконтактным обкатыванием детали с помощью упрочняющих роликов (авт. св. №656791, МПК В23Р 1/10, 1/12, 1979).A known method of increasing the wear resistance of non-metallic parts by the method of electrospark coating, which uses a vibrating electrode, and coating is combined with subsequent electrical contact rolling of the part using reinforcing rollers (ed. St. No. 656791, IPC B23P 1/10, 1/12, 1979) .

Однако указанный способ, в силу неравномерности разогрева места обработки, вызывает появление внешних повреждений слоя (микротрещин, выкрашиваний, отслаиваний) и приводит к отпуску термообработанной основы детали и самого легированного слоя.However, this method, due to the uneven heating of the processing site, causes the appearance of external damage to the layer (microcracks, spalling, peeling) and leads to the release of the heat-treated base of the part and the alloyed layer itself.

Известен способ повышения ресурса работы стальных деталей методом электроискрового легирования (ЭИЛ) в условиях относительного перемещения электродов анода и катода, при котором электроду анода сообщают крутильные колебания, а детали - катоду механические вибрации в плоскости, перпендикулярной направлению продольной составляющей колебаний электрода анода. [Патент РФ №1002124, кл. В23Р 1/18, 1983].There is a method of increasing the life of steel parts by the method of electrospark alloying (ESA) under conditions of relative displacement of the anode and cathode electrodes, in which torsional vibrations are reported to the anode electrode, and mechanical vibrations in the plane to the cathode in a plane perpendicular to the longitudinal component of the anode electrode vibrations. [RF patent No. 1002124, cl. B23P 1/18, 1983].

Недостатками данного способа являются низкое качество покрытия и неэффективность процесса легирования.The disadvantages of this method are the low quality of the coating and the inefficiency of the alloying process.

В известных способах обработки неэлектрических деталей основное внимание уделяется повышению износостойкости. В то время как важным для СЭК критерием является надежность контактирования (электропроводность), которая вызывает катастрофические отказы, энергетической основой которых является пластическая деформация, вызывающая не только активацию собственного металла, но и окислителя при его поглощении активным металлом. При трении его обратная диффузия вызывает скачкообразную перестройку структуры поверхностного слоя в диэлектрическую пленку окисла металла, которая нарушает электрический контакт, а износостойкость лишь определяет ресурс работы. [Куранов В.Г. Фрикционная непроводимость слаботочных контактов. - СГТУ. - Саратов. - 1996 г.].In known methods for processing non-electrical parts, the main attention is paid to increasing wear resistance. While an important criterion for SEC is the reliability of contacting (electrical conductivity), which causes catastrophic failures, the energy basis of which is plastic deformation, causing not only the activation of the intrinsic metal, but also the oxidizing agent when it is absorbed by the active metal. During friction, its reverse diffusion causes an abrupt restructuring of the structure of the surface layer into a dielectric film of metal oxide, which disrupts electrical contact, and wear resistance only determines the service life. [Kuranov V.G. Frictional conductivity of low-current contacts. - SSTU. - Saratov. - 1996].

Техническим результатом, достигаемым при реализации предложенного способа, является повышение ресурса работы и надежности скользящих электрических контактов.The technical result achieved by the implementation of the proposed method is to increase the service life and reliability of sliding electrical contacts.

Указанный технический результат достигается тем, что способ электроискрового легирования скользящих электрических контактов, расположенных на поверхности поворотного диска и выполненных в виде нанесенных на медную основу дорожек электрохимически осажденного покрытия никель-бор, содержащего 96% Ni и 3% В, включает электроискровое легирование упомянутых контактов при вращении поворотного диска с частотой вращения в пределах 30-50 об/мин и при сообщении легирующему электроду вибрации с частотой в пределах 15-30 Гц и амплитудой 0,5 мм с одновременным его продвижением поперек направлению вращения на 0,07 мм на один оборот поворотного диска, при этом в качестве легирующего электрода используют стержень из графита сечением 0,09 см².The specified technical result is achieved in that the method of electrospark alloying of sliding electrical contacts located on the surface of a rotary disk and made in the form of tracks deposited on a copper base of an electrochemically deposited nickel-boron coating containing 96% Ni and 3% B includes electrospark alloying of said contacts at rotation of the rotary disk with a rotation speed in the range of 30-50 rpm and when the doping electrode is informed of vibration with a frequency in the range of 15-30 Hz and an amplitude of 0.5 mm simultaneously nnym its advance across the rotational direction of 0.07 mm per revolution of the disk rotating, in this case as an alloying electrode rod using a graphite-section of 0.09 cm ^2.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

На фиг. 1 схематически показано устройство для электроискрового легирования скользящих электрических контактов.In FIG. 1 schematically shows a device for electrospark alloying of sliding electrical contacts.

на фиг. 2 - узел вращающегося контактного устройства (ВКУ) с поворотным диском;in FIG. 2 - node rotating contact device (VKU) with a rotary disk;

на фиг. 3 - поворотный диск со скользящими электрическими контактами.in FIG. 3 - rotary disk with sliding electrical contacts.

Скользящие электрические контакты (СЭК), применяемые, например, во вращающихся контактных устройствах (ВКУ), выполнены в виде нанесенных на медную основу плоских концентричных дорожек 1 электрохимически осажденного покрытия никель-бор, содержащего 96% Ni и 3% В, толщиной 5 мкм и расположены на поверхности поворотного диска 2 (фиг. 3).Sliding electrical contacts (SECs), used, for example, in rotating contact devices (VKU), are made in the form of flat concentric tracks 1 deposited on a copper base by electrochemically deposited nickel-boron coating containing 96% Ni and 3% B with a thickness of 5 μm and located on the surface of the rotary disk 2 (Fig. 3).

Для обеспечения требуемого ресурса работы и надежности работающих в различных климатических условиях таких скользящих электрических контактов электроискровое легирование их никелевого поверхности осуществляют графитом, например, ЭГ - 4 ОСТ 229-83.To ensure the required service life and reliability of such sliding electrical contacts operating in various climatic conditions, the spark spark alloying of their nickel surface is carried out with graphite, for example, EG - 4 OST 229-83.

Способ электроискрового легирования СЭК был реализован на токарном станке 1К62 с помощью электроискровой установки для упрочнения «UR-121» 3 (фиг. 1) при чистовом режиме, силе тока в пределах 1…3 А, импульсном напряжении в пределах 17-20 В и технологической среде - воздух, при этом катодом являлись дорожки 1 электрохимически осажденного покрытия никель-бор, а легирующим электродом 4 (анодом) - стержень из графита площадью 0,09 см², закрепленный в вибраторе 5 токарного станка.The method of electrospark alloying of SEC was implemented on a 1K62 lathe with the help of an electric spark hardening unit “UR-121” 3 (Fig. 1) during final operation, current strength within 1 ... 3 A, pulse voltage within 17-20 V and technological the medium is air, with the cathode being tracks 1 of the electrochemically deposited nickel-boron coating, and the alloying electrode 4 (anode) is a graphite rod with an area of 0.09 cm ² fixed in the vibrator 5 of the lathe.

Поверхность дорожек предварительно была обезжирена керосином или спиртом этиловым ректификованным техническим, ГОСТ 18300-87.The surface of the tracks was previously degreased with kerosene or technical rectified ethyl alcohol, GOST 18300-87.

Поворотный диск 2 закрепляют на выходном валу 6 мотор-редуктора 7 токарного станка. Включают двигатель 8 и сообщают вращение поворотному столу с частотой вращения выходного вала в пределах 30-50 об/мин. Одновременно включают электроискровую установку 3 и механизм подачи 9, на котором установлен вибратор 5 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении поворотного диска. Положительный полюс подают на легирующий электрод 4 (стержень из графита), отрицательный - на дорожки 1. Приложив импульсное напряжение в пределах 17-20 В, подводят легирующий электрод к обрабатываемой поверхности дорожек до появления искрового разряда.The rotary disk 2 is fixed on the output shaft 6 of the geared motor 7 of the lathe. The engine 8 is turned on and the rotation of the rotary table is reported with an output shaft speed of 30-50 rpm. At the same time, an electric spark installation 3 and a feeding mechanism 9 are included, on which a vibrator 5 is mounted with the possibility of reciprocating movement in the direction of the rotary disk. The positive pole is fed to the alloying electrode 4 (a rod of graphite), the negative pole to tracks 1. Applying a pulse voltage in the range of 17-20 V, the alloying electrode is brought to the surface of the tracks to be treated until a spark discharge appears.

С помощью электроискровой установки 3 и механизма подачи 9 легирующему электроду 4 сообщают вибрацию с частотой в пределах 15-30 Гц и амплитудой 0,5 мм и одновременно продвигают его поперек направлению вращения поворотного стола на 0,07 мм на один его оборот.Using an electrospark installation 3 and a feeding mechanism 9, the doping electrode 4 is informed of vibration with a frequency in the range of 15-30 Hz and an amplitude of 0.5 mm and at the same time it is moved 0.07 mm per revolution in the direction of rotation of the turntable.

Легирующий электрод (графитовый стержень) перемещается над легируемой поверхностью скользящих контактов на расстоянии, при котором осуществляется периодическое замыкание цепи, во время которого на никелевом покрытии дорожек образуются единичные лунки, в которые попадает графит с легирующего электрода в виде отдельных точек. Достигнув поверхности дорожек, расплавленные частицы графита внедряются в расплавленную лунку и смешиваются с никель-бором.The alloying electrode (graphite rod) moves over the alloyed surface of the sliding contacts at a distance at which the circuit is periodically closed, during which single holes are formed on the nickel coating of the tracks, into which graphite enters from the alloying electrode in the form of separate points. Having reached the surface of the tracks, the molten particles of graphite are introduced into the molten well and mixed with nickel-boron.

В указанном способе режим легирования никеля только графитом основан на процессе диффузии (насыщения) поверхностного слоя. Новый поверхностный слой практически не создается (геометрические размеры готовой детали практически не меняются), происходит лишь насыщение легируемой поверхности углеродом.In this method, the mode of alloying nickel only with graphite is based on the diffusion (saturation) of the surface layer. A new surface layer is practically not created (the geometrical dimensions of the finished part remain practically unchanged), only the alloyed surface is saturated with carbon.

В результате получают: шероховатость легированной поверхности Rz=6-7 мкм. Сплошность (плотность) покрытия - 30-50% от покрываемой поверхности.The result is: roughness of the alloyed surface Rz = 6-7 microns. The continuity (density) of the coating is 30-50% of the surface to be coated.

После легирования поворотные диски очищают механическим путем от графитовой пыли, чтобы избежать в период эксплуатации локальных схватываний скользящих электрических контактов.After alloying, the rotary disks are mechanically cleaned of graphite dust in order to avoid local seizures of sliding electrical contacts during operation.

Предлагаемый способ электроискрового легирования скользящих электрических контактов позволил увеличить ресурс их работы скользящих электрических контактов более чем в 3-4 раза.The proposed method of electrospark alloying of sliding electrical contacts allowed to increase the resource of their work of sliding electrical contacts by more than 3-4 times.

Claims

The method of electrospark alloying of sliding electrical contacts located on the surface of a rotary disk and made in the form of tracks deposited on a copper base of an electrochemically deposited nickel-boron coating containing 96% Ni and 3% B, comprising electrospark alloying of said contacts during rotation of the rotary disk with a rotation speed of within 30-50 rpm and when the doping electrode is informed of vibration with a frequency in the range of 15-30 Hz and an amplitude of 0.5 mm with its simultaneous advancement across the direction of rotation 0.07 mm per revolution of the disk rotating, in this case as an alloying electrode rod using a graphite-section of 0.09 cm ^2.