RU2642243C2 - Method of forming microrelief on surface of metal articles - Google Patents
Method of forming microrelief on surface of metal articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642243C2 RU2642243C2 RU2015143244A RU2015143244A RU2642243C2 RU 2642243 C2 RU2642243 C2 RU 2642243C2 RU 2015143244 A RU2015143244 A RU 2015143244A RU 2015143244 A RU2015143244 A RU 2015143244A RU 2642243 C2 RU2642243 C2 RU 2642243C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- microrelief
- vacuum
- product
- forming
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлообработки для создания на поверхности металлических изделий микрорельефа и может быть использовано в машиностроении, станкостроении, авиастроении, приборостроении, электронике и многих других областях.The invention relates to the field of metalworking to create a microrelief on the surface of metal products and can be used in mechanical engineering, machine tool manufacturing, aircraft manufacturing, instrument making, electronics and many other fields.
Известны различные способы формирования рельефа поверхности, такие как штамповка (Патент РФ №2082993 от 14.05.96, G03F 7/00, В44В 5/00), вибронакатывание (Заявка на изобретение №2005117516 от 07.06.2005, В24В 39/00; Шнейдер Ю.Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и их эксплуатационные свойства. - Л.: Машиностроение, 1972, с. 119), струйно-абразивная (Патент РФ №2283213 от 27.05.2002, В24С 1/10) и лезвийная обработки (Патент РФ №2226146 от 17.12.2001, В24В 1/00, В24В 39/00), алмазная нарезка (Л.Г. Одинцов. Финишная обработка деталей алмазным выглаживанием и вибровыглаживанием. - М.: Машиностроение, 1981 г., С. 3.), обработка пластическим деформированием (Патент РФ №2339499 от 09.01.2007, В24В 39/00), электромеханическая обработка (Багмутов В.П., Паршев С.Н., Дудкина Н.Г., Захаров И.Н. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация. - Новосибирск: Наука. - 2003. - 318 с.; АС СССР №804328, В23Р 1/04, опубликовано 15.02.81 БИ №6), электроискровая обработка и т.д., используемые при технологической обработке металлов.There are various methods of forming a surface topography, such as stamping (RF Patent No. 2082993 from 05/14/96,
Недостатками механических способов формирования микрорельефа являются трудоемкость и длительность процесса, необходимость применения специального оборудования, низкая производительность. Как правило, силовое воздействие инструмента на обрабатываемую деталь вызывает ее деформацию, что в ряде случаев недопустимо. Относительно низкая производительность вызвана тем, что в работе участвует, в основном, один инструмент. Недостатком указанных способов также является сложность расчета и наладки процесса, что приводит в ряде случаев к невозможности обрабатывать изделия сложной геометрической формы.The disadvantages of the mechanical methods of forming the microrelief are the complexity and duration of the process, the need to use special equipment, low productivity. As a rule, the forceful effect of the tool on the workpiece causes its deformation, which in some cases is unacceptable. Relatively low productivity is caused by the fact that mainly one tool is involved in the work. The disadvantage of these methods is also the complexity of the calculation and adjustment of the process, which leads in some cases to the inability to process products of complex geometric shapes.
При формировании микрорельефа с помощью электрических разрядов (электроискровая, электрохимическая обработки) не обеспечивается высокая равномерность обработки (расстояние между микрокарманами) и на поверхности образуются кратеры и неровности.When forming a microrelief with the help of electric discharges (electrospark, electrochemical processing), a high uniformity of processing (the distance between micropockets) is not ensured and craters and irregularities are formed on the surface.
Наиболее близким к заявляемому способу по совокупности признаков является «Способ формирования микрорельефа поверхности изделий», патент РФ №2248266 от 22.01.2003, B23K 26/18, авторы Каргин Н.И. и др., бюл. №8 от 20.03.2005, включающий обработку поверхности заготовки сконцентрированным потоком энергии, который моделируют по времени, направляют на обрабатываемую поверхность и перемещают по обрабатываемой поверхности, формируя требуемый профиль рисунка путем повторения перемещения сконцентрированного потока энергии, при этом осуществляют управление процессом с помощью ЭВМ. Сконцентрированным потоком энергии формируют в заданном месте поверхности изделия зону расплава заданных размеров и конфигурации, которую перемещают в заданную точку заготовки, управляя параметрами термовоздействия в процессе перемещения сконцентрированного потока энергии, и подвергают ее затвердеванию, прекращая действие потока энергии. В качестве сконцентрированного источника энергии используется энергия лазерного излучения или энергия сфокусированного потока электронов.Closest to the claimed method according to the totality of features is “The method of forming the microrelief of the surface of the products”, RF patent No. 2248266 from 01/22/2003, B23K 26/18, authors Kargin N.I. et al., bull. No. 8 dated 03/20/2005, including processing the surface of the workpiece with a concentrated energy flow, which is modeled over time, directed to the surface to be machined and moved along the surface to be machined, forming the desired profile of the pattern by repeating the movement of the concentrated energy flow, while controlling the process using a computer. A concentrated energy flow forms a melt zone in a predetermined location on the surface of the product of a given size and configuration, which is moved to a predetermined point of the workpiece by controlling the thermal effects during the movement of the concentrated energy flow and solidifies it, terminating the energy flow. The energy of laser radiation or the energy of a focused electron flow is used as a concentrated source of energy.
Данный способ осуществляют следующим образом. Способ формирования микрорельефа поверхности основан на использовании эффекта массопереноса, возникающего при плавлении поверхностного слоя изделия концентрированными источниками тепла. Под действием концентрированного источника тепла в определенном месте поверхности изделия создается зона расплава заданных размеров. Если плотность материала изделия при переходе в жидкое состояние увеличивается, то поверхность расплава примет вогнутую форму. Перемещение расплава по поверхности изделия в направлении движения зоны расплава приведет к тому, что за счет сил поверхностного натяжения его поверхность (зоны расплава) сравняется с поверхностью изделия, сам расплав пополнится избытком материала, а на месте его первоначального расположения будет сформирована впадина. После перемещения расплава в заданную точку образца и прекращения действия источника тепла застывание расплава повлечет за собой формирование выступа над поверхностью изделия за счет содержащегося в нем избытка материала. Заданный рельеф поверхности изделия формируют, управляя геометрическими размерами расплава и его пространственным перемещением при помощи ЭВМ. Геометрические размеры расплава могут колебаться от долей микрона до нескольких миллиметров в зависимости от высоты формируемого рельефа поверхности. Для плавления поверхностного слоя достаточно использовать концентрированные источники тепла с удельной плотностью энергии в фокусе 102…104 Вт/см2, что значительно меньше, чем при испарении части материала изделия (5⋅103…109 Вт/см2).This method is as follows. The method of forming the surface microrelief is based on the use of the mass transfer effect that occurs when the surface layer of the product is melted by concentrated heat sources. Under the action of a concentrated heat source, a melt zone of predetermined sizes is created in a certain place on the surface of the product. If the density of the material of the product increases upon transition to a liquid state, then the surface of the melt will assume a concave shape. Moving the melt along the surface of the product in the direction of movement of the melt zone will lead to the fact that due to surface tension forces its surface (melt zone) will become equal to the surface of the product, the melt itself will be replenished with excess material, and a depression will be formed at the place of its initial location. After moving the melt to a predetermined point of the sample and terminating the action of the heat source, solidification of the melt will entail the formation of a protrusion above the surface of the product due to the excess material contained in it. A given surface relief of the product is formed by controlling the geometric dimensions of the melt and its spatial movement using a computer. The geometric dimensions of the melt can range from fractions of a micron to several millimeters, depending on the height of the formed surface topography. For melting the surface layer, it is sufficient to use concentrated heat sources with a specific energy density in focus of 10 2 ... 10 4 W / cm 2 , which is much less than when evaporating part of the product material (5⋅10 3 ... 10 9 W / cm 2 ).
Основной недостаток данного способа заключается в высокой себестоимости лазерных установок и оптических систем управления лазерным излучением или электронным лучом, в сложности реализации процесса на поверхностях сложной геометрической формы. Кроме того, формирование лазерного пучка или электронного луча определенных размеров обеспечивает лишь точечное энергетическое воздействие на поверхность, что требует создания сложной системы сканирования излучения по поверхности воздействия.The main disadvantage of this method is the high cost of laser systems and optical control systems for laser radiation or an electron beam, the complexity of the process on surfaces of complex geometric shapes. In addition, the formation of a laser beam or electron beam of a certain size provides only a point energy effect on the surface, which requires the creation of a complex system of scanning radiation on the surface of the impact.
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа формирования микрорельефа на поверхности металлических изделий при их поверхностной обработке сконцентрированным потоком энергии, обеспечивающего простоту реализации и высокую производительность процесса и способствующего расширению номенклатуры обрабатываемых изделий за счет обработки сложных геометрических поверхностей.The objective of the invention is the development of a method of forming a microrelief on the surface of metal products when they are surface treated with a concentrated flow of energy, ensuring ease of implementation and high productivity of the process and contributing to the expansion of the range of processed products by processing complex geometric surfaces.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе формирования микрорельефа на поверхности металлических изделий, включающем обработку поверхности изделия в вакууме сконцентрированным потоком энергии, локализованной в перемещающихся по поверхности изделия катодных пятнах вакуумно-дугового разряда, горящего между изделием, являющимся катодом, и анодом, обработку поверхности изделия ведут в диапазоне давлений вакуума от 10 Па до 200 Па.The problem is solved due to the fact that in the method of forming a microrelief on the surface of metal products, including treating the surface of the product in vacuum with a concentrated stream of energy localized in the cathode spots of the vacuum-arc discharge burning between the product being the cathode and the anode, surface treatment of the product is carried out in the range of vacuum pressures from 10 Pa to 200 Pa.
Использование в качестве источника теплового воздействия на обрабатываемую поверхность энергии перемещающихся катодных пятен вакуумно-дугового разряда обеспечивает:The use of the energy of moving cathode spots of a vacuum-arc discharge as a source of thermal action on the treated surface provides:
- упрощение процесса формирования микрорельефа на поверхности металлических изделий и снижение себестоимости обработки;- simplification of the process of forming the microrelief on the surface of metal products and reducing the cost of processing;
- протекание процесса обработки в вакууме при давлении от 10 Па до 200 Па, что исключает процессы обезуглероживания и окисления;- the course of the processing in vacuum at a pressure of from 10 Pa to 200 Pa, which eliminates the processes of decarburization and oxidation;
- повышение производительности процесса за счет высокой скорости перемещения катодных пятен;- increasing the productivity of the process due to the high speed of movement of the cathode spots;
- обработку поверхности сложной геометрической формы.- surface treatment of complex geometric shapes.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.
Фиг. 1 - схема технологической установки для реализации способа.FIG. 1 is a process plant diagram for implementing the method.
Фиг. 2 - фотографии воздействия катодного пятна вакуумной дуги на поверхность изделия: а - разряд на поверхности катода; б - след, оставляемый катодным пятном на поверхности.FIG. 2 - photographs of the effect of the cathode spot of the vacuum arc on the surface of the product: a - discharge on the surface of the cathode; b - trace left by the cathode spot on the surface.
Фиг. 3 - фотография микрорельефа на поверхности металлического изделия: а) - 100 кратное увеличение изображения; б) - 25000 кратное увеличение изображения.FIG. 3 - photograph of the microrelief on the surface of a metal product: a) - 100-fold increase in the image; b) - 25,000x magnification of the image.
Фиг. 4 - фотографии рулонов стальной ленты: а - до поверхностной обработки; б - после поверхностной обработки с микрорельефом.FIG. 4 - photographs of steel tape rolls: a - before surface treatment; b - after surface treatment with a microrelief.
Фиг. 5 - фотографии внутренней поверхности корпуса буксы железнодорожного вагона: а - до поверхностной обработки; б - после поверхностной обработки с микрорельефом.FIG. 5 - photographs of the inner surface of the hull of the axle box of a railway carriage: a - before surface treatment; b - after surface treatment with a microrelief.
Формирование микрорельефа на поверхности металлических изделий проводят в технологической установке, представленной на фиг. 1, и состоящей из вакуумной камеры 1, откачной системы 2, обрабатываемого изделия (катода) 3, анода 4, системы экранов 5, источника питания дугового разряда 6 и поджигающего электрода 7.The formation of the microrelief on the surface of metal products is carried out in the processing unit shown in FIG. 1, and consisting of a
Обрабатываемое изделие 3 размещают в вакуумной камере 1. Система экранов 5 предназначена для удержания разряда на заданной зоне обрабатываемой поверхности изделия 3 (если необходимо). Обрабатываемое изделие может быть как стационарно расположенным в вакуумной камере, так и перемещающимся за счет использования системы транспортировки (например, лента или проволока, пропускаемые через вакуумную камеру, или перематываемые внутри вакуумной камеры).The
Вакуумно-дуговой разряд на рабочей поверхности катода возникает и развивается в парах испаряемого материала катода 3 и существует в перемещающихся катодных пятнах. Данный тип разряда относится к вакуумно-дуговому разряду с интегрально-холодным катодом. В этом случае эмиссионным центром разряда является катодное пятно (Фиг. 2, а), характеризующееся высокой скоростью перемещения до 100 м/с, малыми геометрическими размерами, в среднем от единиц до сотен микрометров, в котором выделяющаяся мощность достигает значений 109 Вт/м2, что и обусловливает его интенсивное тепловое воздействие на материал катода.A vacuum arc discharge on the working surface of the cathode arises and develops in the vapor of the vaporized material of the
Фотографирование горящей вакуумной дуги и анализ эрозионных следов показали, что движение катодных пятен носит прерывистый характер: некоторое время пятно остается на одном месте, а затем перепрыгивает на новый участок поверхности, отстоящий от первоначального на один-два радиуса пятна, оставляя кратер в виде лунки на предыдущем месте. Катодное пятно, как локальный тепловой источник воздействия на поверхность катода при движении, испаряя металл, за собой оставляет эрозионный след в виде канавки (Фиг. 2, б). Плотность тока в катодных пятнах имеет порядок 108-109 А/см2. Для обеспечения таких высоких плотностей тока электрическое поле на поверхности катода должно быть на уровне Е~108 В/см. В катодном пятне вакуумной дуги это поле создается ионами, образовавшимися из испарившихся атомов, поэтому температура катода в пятне должна быть достаточно высока. Так, при плотности тока j~108 А/см2 плотность ионного тока должна быть на уровне 107 А/см2. В этом случае температура в катодном пятне превышает температуру кипения материала катода. Область, разогреваемая катодным пятном на рабочей поверхности катода, превышает размеры самого катодного пятна. Уровень мощности, выделяющейся на катоде, определяется катодным падением напряжения, близким по значению к потенциалу ионизации металла, и величиной разрядного тока. При хаотическом перемещении по поверхности изделия (катода) катодные пятна формируют микрорельеф (Фиг. 3) в виде впадинок, имеющих форму микрокарманов. Эта поверхность вполне соответствует определению «Микрорельеф с элементами вогнутой формы», описанному в ГОСТе 24773-81 «Поверхности с регулярным микрорельефом». Размеры микрокарманов зависят в основном от материала изделия и тока вакуумно-дугового разряда. Таким образом, изменяя ток вакуумно-дугового разряда можно формировать на поверхности изделий микрорельеф с заданными параметрами.Photographing a burning vacuum arc and analysis of erosion traces showed that the movement of the cathode spots is intermittent: for some time the spot remains in one place, and then jumps to a new surface area that is one or two spots apart from the original one, leaving a crater in the form of a hole previous place. The cathode spot, as a local thermal source of influence on the cathode surface during movement, evaporating the metal, leaves behind an erosion trace in the form of a groove (Fig. 2, b). The current density in the cathode spots is of the order of 10 8 -10 9 A / cm 2 . To ensure such high current densities, the electric field on the cathode surface should be at the level of E ~ 10 8 V / cm. In the cathode spot of a vacuum arc, this field is created by ions formed from evaporated atoms, so the cathode temperature in the spot must be sufficiently high. So, at a current density of j ~ 10 8 A / cm 2, the ion current density should be at the level of 10 7 A / cm 2 . In this case, the temperature in the cathode spot exceeds the boiling point of the cathode material. The region heated by the cathode spot on the working surface of the cathode exceeds the size of the cathode spot itself. The power level released at the cathode is determined by the cathode voltage drop close in value to the metal ionization potential and the magnitude of the discharge current. With chaotic movement along the surface of the product (cathode), cathode spots form a microrelief (Fig. 3) in the form of hollows having the form of micropockets. This surface is fully consistent with the definition of “Microrelief with concave-shaped elements” described in GOST 24773-81 “Surfaces with regular microrelief”. The dimensions of the micro-pockets mainly depend on the material of the product and the current of the vacuum-arc discharge. Thus, by changing the vacuum-arc discharge current, a microrelief with specified parameters can be formed on the surface of the products.
За счет высокой скорости перемещения и условий существования - разряд охватывает всю поверхность и обеспечивает равномерное воздействие на обрабатываемое изделие. Управление движением катодных пятен по заданной поверхности могут осуществлять за счет взаимного перемещением обрабатываемого изделия (катода) и анода, использования системы дополнительных экранов, применением магнитного поля, коммутацией тока за счет применения различных токоподводов и др.Due to the high speed of movement and the conditions of existence, the discharge covers the entire surface and provides a uniform effect on the workpiece. The motion of cathode spots on a given surface can be controlled by the mutual movement of the workpiece (cathode) and the anode, the use of a system of additional screens, the use of a magnetic field, current switching due to the use of various current leads, etc.
Предлагаемый способ был реализован для формировании микрорельефа на поверхности стальной ленты (Фиг. 4) шириной 12 см и толщиной 0,7 мм и для формирования микрорельефа на внутренней поверхности корпуса буксы (Фиг. 5) грузового железнодорожного вагона.The proposed method was implemented for forming a microrelief on the surface of a steel strip (Fig. 4) with a width of 12 cm and a thickness of 0.7 mm and for forming a microrelief on the inner surface of the axle box body (Fig. 5) of a freight railroad car.
Обработку стальной ленты осуществляли в вакуумной камере при непрерывной протяжке ее относительно положительного электрода. К ленте подключали отрицательный полюс источника питания постоянного тока (сварочный выпрямитель). Положительный полюс источника питания подключали к аноду в виде металлической пластины, установленной на некотором расстоянии от ленты. С помощью форвакуумного насоса откачивали вакуумную камеру до необходимого давления в диапазоне от 1 Па до 200 Па. С помощью поджигающего электрода возбуждали вакуумно-дуговой разряд, горящий между поверхностью ленты (катод) и анодом. Визуально зона горения разряда на поверхности катода (ленты) представляет собой светящуюся область прямоугольной формы по всей ширине ленты. При токе дугового разряда в 300 А равномерная и полная обработка по всей ширине ленты осуществлялась при скорости ее протяжки относительно анода, равной приблизительно 0,2 м/с. На поверхности был сформирован микрорельеф с Rz около 15 мкм.The processing of the steel strip was carried out in a vacuum chamber while continuously drawing it relative to the positive electrode. The negative pole of the DC power supply (welding rectifier) was connected to the tape. The positive pole of the power source was connected to the anode in the form of a metal plate mounted at a certain distance from the tape. Using a fore-vacuum pump, the vacuum chamber was pumped to the required pressure in the range from 1 Pa to 200 Pa. Using a firing electrode, a vacuum arc discharge was excited, burning between the surface of the tape (cathode) and the anode. Visually, the combustion zone of the discharge on the surface of the cathode (tape) is a luminous region of a rectangular shape over the entire width of the tape. At an arc discharge current of 300 A, uniform and complete processing over the entire width of the tape was carried out at a speed of its drawing relative to the anode, equal to approximately 0.2 m / s. A microrelief with R z of about 15 μm was formed on the surface.
Таким образом, была подготовлена поверхность ленты для нанесения на нее лакокрасочного покрытия. Совокупность двух процессов - очистки поверхности в вакууме, обеспечивающей идеальную чистоту, и создание заданного микрорельефа на поверхности, способствовали существенному повышению срока службы лакокрасочного покрытия, по ряду красок превышающего десятикратного увеличения.Thus, the surface of the tape was prepared for applying paint on it. The combination of two processes - cleaning the surface in a vacuum, which ensures perfect cleanliness, and creating a given microrelief on the surface, contributed to a significant increase in the service life of the paint coating, for a number of colors exceeding tenfold increase.
Обработку внутренней поверхности корпуса вагонной буксы для формирования микрорельефа осуществляли следующим образом. В связи с тем, что внутренняя поверхность корпуса буксы имеет цилиндрическую форму, она с торцов герметично закрывалась заглушками, и через одну из заглушек осуществлялась откачка воздуха с помощью откачной системы (форвакуумный насос, система клапанов и трубопроводов, система измерения вакуума). Таким образом, корпус буксы выполнял роль вакуумной камеры и одновременно являлся обрабатываемым изделием. К корпусу буксы (катод) подсоединялся отрицательный полюс источника питания дугового разряда, в качестве которого использовался сварочный выпрямитель. Вдоль внутренней поверхности буксы вращался электрод (анод), длина которого была приблизительно равна высоте буксы, и к которому подключался положительный полюс источника питания. При достижении заданного давления внутри буксы (приблизительно от 200 Па до сколь угодно высокого вакуума), обеспечиваемого откачной системой, с помощью поджигающего электрода возбуждают вакуумно-дуговой разряд, горящий из катодных пятен, перемещающихся по поверхности катода. Катодные пятна вакуумной дуги, перемещаясь по поверхности буксы под анодом, и следуя за анодом при его вращении, осуществляют обработку поверхности буксы, формируя на поверхности микрорельеф. При токе дуги в 200 А и скорости вращения анода 2 оборота в минуту, как правило, вся внутренняя поверхность корпуса буксы была полностью равномерно обработана. Процесс обработки можно было контролировать визуально через смотровое окно, находящееся на одной из заглушек корпуса буксы. Длительность процесса формирования микрорельефа на внутренней поверхности буксы диаметром 250 мм и высотой 250 мм вместе с процессом откачки не превышала 5 мин.The processing of the inner surface of the casing of the wagon for the formation of microrelief was carried out as follows. Due to the fact that the inner surface of the axle box body is cylindrical, it was hermetically sealed with plugs, and air was pumped out through one of the plugs using a pumping system (foreline pump, valve and pipe system, vacuum measurement system). Thus, the axle box body served as a vacuum chamber and at the same time was a processed product. The negative pole of the arc discharge power source, which was used as a welding rectifier, was connected to the axle box body (cathode). An electrode (anode) rotated along the inner surface of the axle box, the length of which was approximately equal to the height of the axle box, and to which the positive pole of the power source was connected. When the specified pressure inside the axle box is reached (from about 200 Pa to an arbitrarily high vacuum) provided by the pumping system, a vacuum-arc discharge is ignited from the cathode spots moving along the cathode surface using an ignition electrode. The cathode spots of the vacuum arc, moving along the surface of the axle box under the anode, and following the anode during its rotation, process the surface of the axle box, forming a microrelief on the surface. With an arc current of 200 A and anode rotation speed of 2 rpm, as a rule, the entire inner surface of the axle box body was completely uniformly processed. The processing process could be controlled visually through a viewing window located on one of the caps of the axle box housing. The duration of the microrelief formation process on the inner surface of the axle box with a diameter of 250 mm and a height of 250 mm together with the pumping process did not exceed 5 minutes.
Исследования поверхностного слоя буксы после обработки показали экономическую эффективность технологического процесса. Полученный микрорельеф эффективно использовался для удержания масляной пленки на поверхности буксы.Studies of the surface layer of the axle box after processing showed the economic efficiency of the process. The obtained microrelief was effectively used to hold the oil film on the axle box surface.
Таким образом, источником сконцентрированной энергии для формирования микрорельефа на поверхности изделия является вакуумно-дуговой разряд, локализованный в катодных пятнах, перемещающихся по поверхности, и горящий между изделием, являющимся катодом, и анодом.Thus, the source of concentrated energy for the formation of the microrelief on the surface of the product is a vacuum-arc discharge localized in cathode spots moving along the surface and burning between the product, which is the cathode, and the anode.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015143244A RU2642243C2 (en) | 2015-10-09 | 2015-10-09 | Method of forming microrelief on surface of metal articles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015143244A RU2642243C2 (en) | 2015-10-09 | 2015-10-09 | Method of forming microrelief on surface of metal articles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015143244A RU2015143244A (en) | 2017-04-13 |
| RU2642243C2 true RU2642243C2 (en) | 2018-01-24 |
Family
ID=58641892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015143244A RU2642243C2 (en) | 2015-10-09 | 2015-10-09 | Method of forming microrelief on surface of metal articles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2642243C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU202108U1 (en) * | 2020-02-03 | 2021-02-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Device for forming microrelief of friction surface |
| RU2814588C1 (en) * | 2022-12-30 | 2024-03-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН) | Method for preparing surface of metal products before applying coatings |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1738553A1 (en) * | 1987-12-31 | 1992-06-07 | Московский энергетический институт | Method to form finned pattern at the surface of workpiece |
| JPH08243630A (en) * | 1995-03-07 | 1996-09-24 | Nippon Steel Corp | Vacuum arc descaling method |
| RU2248266C2 (en) * | 2003-01-22 | 2005-03-20 | Северо-Кавказский государственный технический университет (СевКавГТУ) | Method of forming microrelief of article surfaces |
| RU2386705C1 (en) * | 2009-04-21 | 2010-04-20 | Институт проблем машиноведения Российской академии наук | Steel items hardening method |
| RU2457282C1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ФАКТОРИЯ ЛС" | Method of processing part surface by arc discharge in vacuum and device to this end |
-
2015
- 2015-10-09 RU RU2015143244A patent/RU2642243C2/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1738553A1 (en) * | 1987-12-31 | 1992-06-07 | Московский энергетический институт | Method to form finned pattern at the surface of workpiece |
| JPH08243630A (en) * | 1995-03-07 | 1996-09-24 | Nippon Steel Corp | Vacuum arc descaling method |
| RU2248266C2 (en) * | 2003-01-22 | 2005-03-20 | Северо-Кавказский государственный технический университет (СевКавГТУ) | Method of forming microrelief of article surfaces |
| RU2386705C1 (en) * | 2009-04-21 | 2010-04-20 | Институт проблем машиноведения Российской академии наук | Steel items hardening method |
| RU2457282C1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ФАКТОРИЯ ЛС" | Method of processing part surface by arc discharge in vacuum and device to this end |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Кузнецов В.Г. и др. Вакуумно-дуговая обработки поверхности металлических деталей, как способ получения поверхности регулярного микрорельефа. Труды 11-й Международной конференции "Пленки и покрытия-2013", Санкт-Петербург, 2013, с. 15-20. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU202108U1 (en) * | 2020-02-03 | 2021-02-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Device for forming microrelief of friction surface |
| RU2814588C1 (en) * | 2022-12-30 | 2024-03-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН) | Method for preparing surface of metal products before applying coatings |
| RU224398U1 (en) * | 2023-12-26 | 2024-03-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН) | Vacuum installation for cleaning the inner surface of the axle box housing of a railway car with cathode spots of a vacuum-arc discharge |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015143244A (en) | 2017-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8350179B2 (en) | Application of surface relief to spot welding electrodes | |
| US5480497A (en) | High speed electrical discharge surface preparation internal surfaces for thermal coatings | |
| RU2422555C1 (en) | Procedure for electric-explosive application of metal coating on contact surfaces | |
| RU2642243C2 (en) | Method of forming microrelief on surface of metal articles | |
| US20120196051A1 (en) | Deposition Apparatus and Methods | |
| Banker et al. | Review to performance improvement of die sinking EDM using powder mixed dielectric fluid | |
| US20150014289A1 (en) | Laser-induced plasma deburring | |
| KR20060066632A (en) | Method and apparatus for cathodic arc deposition of materials on a substrate | |
| Kim et al. | Hybrid deburring process assisted by a large pulsed electron beam (LPEB) for laser-fabricated patterned metal masks | |
| RU2661162C1 (en) | Installation for ion-plasma modification and coating the mono-wheels with blades | |
| RU2386705C1 (en) | Steel items hardening method | |
| RU2457282C1 (en) | Method of processing part surface by arc discharge in vacuum and device to this end | |
| RU2635203C2 (en) | Method for restoration of worn inner cylindrical surface | |
| RU2597447C2 (en) | Laser method for production of functional coatings | |
| RU2619543C1 (en) | Pulse electron-beam metal product surface polishing method | |
| US3474218A (en) | Electron beam conditioning ingot and slab surfaces | |
| RU2607398C2 (en) | Method of coatings application by plasma spraying and device for its implementation | |
| Iwaszko et al. | Surface modification of ZrO2-10 wt.% CaO plasma sprayed coating | |
| RU2560112C1 (en) | Method of flaw detection of metal items during their surface treatment | |
| JPS599294B2 (en) | What's going on? | |
| RU2786493C1 (en) | Method for vacuum coating on the inner surface of long cylindrical products | |
| Kuznetsov et al. | Mathematical modeling of the temperature distribution under the cathode spot of the vacuum arc | |
| Brar | Optimization of machining parameters in dry EDM of EN31 steel | |
| RU2814588C1 (en) | Method for preparing surface of metal products before applying coatings | |
| RU2709548C1 (en) | Method for electro-erosion treatment of molybdenum surface |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20170525 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20170706 |