SU1146154A1 - Способ электроэрозионной обработки - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ с одновременным легированием- поверхностей стальных деталей материалом электрода-инструмента, о-т л ичающийс  тем, что-, с целью получени  качественного легированного сло  с заданными свойствами без нарушени  стабильности электроэрозионной обработки, обработку ведут в несколько переходов электродами-инструментами из разных материалов, причем дл  каждого перехода плотность тока i определ ют в зависимости от температуры кипени  Тц (С) материала электродаинструмента из соотношени  1

Description

№ 1 Изобретение относитс  к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и может найти приме нение в машиностроении и приборостроении при обработке деталей элек роэрозионным способом. Известен способ электроэрозионно обработки с одновременным легированием поверхностей стальных деталей материалом электрода-инструмента C1J. Недостатком известного способа  вл етс  шлакование обрабатываемой поверхности,.привод щее к снижению точности обработки и вызывающее неустойчивое протекание процесса. Целью изобретени   вл етс  получение качественного легированного сло  с зада«ными свойствами без нарушени  стабильности электроэрози онной обработки. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу электроэрозионной обработки с одновременным легированием поверхностей сталь ных деталей материалом электродаинструмента , обработку ведут в несколько переходов электродами-инструментами из разных материалов. причем дл  каждого перехода плотность тока.t определ ют в зависимос ти от температуры кипени  Т| (С) материала электрода-инструмента из соотношени  10 Т,, А/см t (5 - 10) а энергию дл  каждого последующего перехода уменьшают по сравнению с энергией предьщущего в 2-5 раз. Проведение процесса электроэрознойной обработки при плотност х то ка, определ емьвс по указанному соот ношению и соответствукицих в реальны услови х 1Q-40 А/СМ, приводит к тому, что в межэлектродн промежут поступает большое количество теплоты , нагревающее поверхность заготов ки, что обуславливает интенсивное парообразование по всему объему меж электродного промежутка, э ектричес Kirit разр д формируетс  не в жидкост а в парожидкостной смеси, котора  концентрирует канал разр да в значи тельно меньшей степени, чем жидкост При большом диаметре канала разр да и равном режиме обработки, определ  мом энергией и длительностыо импуль са, уменьшаетс  плотность э ектриче 42 кой энергии в канале разр да. Так как с нагреть1м участком обрабатываемой поверхности соприкасаетс  не , а газ, то ухудшаютс  услоВИЯ охлаждени  поверхности, что обуславливает поддерживание ее в нагретом состо нии. При реализации предлагаемого способа диаметр канала разр да большой , поэтому плотность электрической энергии в канале мала, что, обуславлива  расплавление большого объема металла заготовки, не дает возможности произвести испарение скольлибо значительной его части. По той же причине с поверхности обрабатываемой заготовки удал етс  только небольша  часть расплавленного металла. Таким образом, толщина сло  расплавленного металла значительно превышает глубину образующейс  после удалени  металла единичной лунки. В св зи с малой величиной межэлектродно- го зазора струи паров металла электрода-инструмента достигают обрабатываемой поверхности и перемешиваютс  с расплавленным металлом заготовки, а также вступают в химические реакции , образуют новые соединени . При этом струи паров металла электродаинструмента проникают на значительную глубину в поверхностный слой заготовки , превьШ1ающую толщину сло  металла, удал емого с обрабатываемой заготовки. Таким образом, процессы легировани  и размерной электроэрозионной обработки протекают одновременно. При этом дл  обеспечени  качественного легировани  металлической по верхности не нужно проводить специальной подготовки поверхности, подлежащей легирован1ло. Так как процесс легировани  ведетс  пут значительных по величине энергии и длитeльнocти импульса, металл электрода-инструмента , переносимый факелами на обрабатываемую заготовку, находитс  в основном в жцдком состо нии. Поэтому возможно осуществление св зи плотности тока с такой теплофизической характеристикой материала электрода-инструмента, как температура кипени  Тц (С), L (3 - 10) . 10 Тц, А/см. Полученные из опытных данных плот ности тока и расчитанные по приве3 денной эмпирической формуле хорошо совпадают. Из описани  сущности процесса обработки по предлагаемому способу и некоторых его технологических показателей вытекает объ снение причин выбора прин тых плотностей тока дл  осуществлени  процесса легировани . При малой плотности тока, меньшей минимального значени , общее количество вводимой в межэлектродный промежуток теплоты мало, его недостаточно дл  создани  условий переноса материала электродаинструмента на поверхность обрабатываемой заготовки, поэтому нет про цесса легировани . Визуальный осмотр , а также металлографические исследовани  образцов, обрабатываемых при 1цчт , показывают, что либо не наблодаетс  отложени  и диффузии материала электрода-инструмента в поверхностном слое заготовки, или имеют место отдельные незначительные его вкраплени  в поверхност ный слой заготовки. Электроэрозионна  обработка при плотност х тока, наход щихс  в пределах мезкду IMUH и Ijuom характеризуетс  устойчивьм протеканием процесса легировани . При плотности тока, превышающей макс1шальное значение , электроэрозионна  обработка характеризуетс  тем, что в межэлектродный промежуток вводитс  чрезмерно большое количество теплоты. Это приводит к неустойчивости протекани  процесса и к переходу электроэрозионной обработки в дуговой стационарный процесс . Такое положение не позвол ет получить кач ествениого покрыти . На поверхности заготошск иаблюдшотс  следы дуговых электрических разр до что ухудмает качество обрабатываемо шэверхности. Вместе с тем такие важнме технологические характеристики легировани , как тощина {занесенного сло  при плотности тока, при .которой про текает процесс легировани , завис т от энергии и длительности импульса. При этом чем больше энерги  и длительность импульса, тем больше толщ на нанесенного сло  и сло , в который диффундировал материал электрода-инструмента . 44 При последовательном легировании поверхности заготовки несколькими материалами необходимо при осуществлении первого перехода, св занного с нанесением первого материала электрода-инструмента , вести электроэрозионную обработку при энергии импульса , превьш1ающей энергию импульса, используемую при втором (в частности при окончательном) переходе, св занном с нанесением второго материала электрода-инструмента. Необходимость легировани  заготовки разными материалами электрода-инструмента при,, различных энерги х импульса св зана со следующими обсто тельствами. При легировании первьм и вторым материалами электрода-инструмента при равных энерги х импульса глубина единичной лунки и толщина сло  легировани  одинаковы, что приводит к удалению сло , легированного материалом перво-. го электрода-инструмента. В процессе легировани  глубина единичной лунки и толщина сло  легировани  уменьшаютс  в 1,5-2 раза при уменьшении энергии в 2-2,5 раза. Така  разница в толщинах легированных слоев и глубинах единичных лунок позвол ет провести последовательное легирование различными материалами электродовинструментов . Дальнейшее уменьшение энергии импульса , при которой проводитс  легирование вторым материалом электрода-инструмента , ведет к дальнейшему уменьшению глубины единичной лунки и толщины сло  легировани . При уменьшении энергии легировани  вто рым материалом в п ть раз в сравнении с энергией, при которой велось легирование первым материалом, глубина единичной лунки и толщина сло  легировани  уменьшались в 3-3,5 раза, что можно прин ть за предельное минимальное значение, которое обеспечивает требуемые свойства обрабатываемой поверхности. При экспериментальном опробовании способа используютс  материалы электродов-инструментов из латуни, меди, алюмини , молибденомедной и вольфрамомедной композиций и другие материалы, которыми обрабатываютс  конструкционные и инструментальные стали, в частности марок 45, У10, 65Г, 5ХНМ, 5ХВ2С, Х12М, Х12Ф1 и др. Обработка ведетс  в индустриальном

масле, в смеси индусЧриального масла с керосином в кремнеорганической жидкости ПМС-6 и ПМС-10. Во всех случа х при обработке всех сталей происходит легирование материалом электрода-инструмента, если используютс  соответствующие плотности тока. Следовательно, материал обрабатываемой заготовки и рабоча  жидкость (в пределах используемых) не внос т каких-либо принципиальных особенностей в процесс легировани .

Точность деталей, обработанных по предлагаемому способу, пол учена в пределах 0,03-0,15 мм в зависимости от режима обработки, что соответствует точности, получаемой на средних и грубых режимах размерной электроэрозионной обработки.

Качество поверхности оцредел етс , в частности, шероховатостью поверхности и физическими показател ми поверхностного сло . Высота неровностей профил  шероховатости после обработки конкретных деталей по предлагаемому способу находитс  в пределах 15-300 мкм, что также не отличаетс  от известных данных, полученных в результате размерной электроэрозионной обработки на средних и грубых режимах.

Производительность съема металла {размерной обработки) при осуществлении предлагаемого способа находитс  в зависимости от режима обработки в пределах 20-300 мм/ми

При обработке по предлагаемому способу основной припуск металла должен удал тьс  на форсированных режга ах с применением известных высокопроизводительных способов. После этого остаетс  припуск в несколько дес тых долей миллиметра дл  обработки детали предлагаемьм способом. Ери этом одновременно с удалением припуска осуществл етс  легирование обрабатываемой поверхности .

При необходимости получени  поверхности , прошедшей легирование п предлагаем жу способу, с малой высотой неровностей профил  R следует после обработки детали провес чистовую обработку поверхности одним из известных способов.

Предлагаемый способ эффективно может быть использован при обработ

фасонных отверстий и полостей, простых наружных поверхностей деталей, специальна  подготовка которых под легирование (шлифование, доводка, дробеструйна  обработка и т.д.) нежелательна из-за сложности базировани , высокой трудоемкости, опасности короблени , сложности экранировани  других поверхностей и т.д. разo личных деталей в автоматизированном производстве и т.д.

Повышение износостойкости деталей машин и инструментов, работающих в т желых услови х интенсивного трени ,

5 возможно за счет нанесени  на рабочие поверхности деталей, например, твердой смазки. В качестве твердой смазки может использоватьс  медь, котора  легко наноситс  на рабочую поверх0 ность детали в процессе размерной электроэрозионной обработки при плотности тока в пределах 15-30 А/см1

Повьш1ение жаростойкости и износостойкости деталей машин и инструмен5 тов , работающих в услови х высоких температур и давлений при относительном перемещении сопр гаемых деталей, возможно путем нанесени  на рабочие поверхности вначале сло  молибдена

0 с медью, а затем - aJW)мини . В этом случае вначале электроэрозионную обработку ведут электродом-инструментом из молирденомедной композиции при плотности тока в пределах 305 40 А/см и энергии импульса 4-5 Дж, а затем - алюминиевым электродом-инструментом при плотности тока 1020 А/см, при энергии импульса 1-2 Дж. Первые слои молибдена необ0 ходимы в качестве подложки дл  последующего сло  из алюмини .

Обработка партии раскатных валков, предназначенных дл  гор чей раскат5 ки колец подшипников и установленных в специальном приспособлении, : ведетс  на электроэрозионном станке модели 4723М с генератором ШГИ 25100 при среднем токе 70-80 А, что

O обеспечивает плотность тока в 2225 А/см. Процесс легировани  продолжаетс  в течение 5 мин, за это врем  удал етс  оставленный припуск 0,5 мм, что обеспечивает производи5 тельность размерной обработки 260 мм /мин. Размеры валков вьщержаны с точностью 0,08 мм при допуске 0,12 мм. Высота неровности про7 фил  шероховатости обработанной поверхности Ri находитс  в пределах 150 мкм. Рабочие поверхности валков прошедших обработку, покрыты медью, котора , кроме того, диффундируетс  в поверхностный слой, обеспечива  надежное сцепление с металлом валка . Обща  толщина легированного сло  равна 0,35 мм. Друга  парти  валков обрабатывает с  предлагаемым способом на указанном оборудовании в два перехода: вначале электродом-инструментом из медномолибденовой композиции, а затем - алюминиевым электродом-инструментом . Обработка молибденомедным электродом-инструментом, ведетс  при сравнении тока 100-120 А, что обеспечивает плотность тока 30-35 А/см при энергии 5 Дж. При этом эа 4,2 мин удал етс  припуск, равный 0,38 мм. На втором перекоде обработка ведетс  алюминиевым электродоминструментом при среднем токе 48 А, что позвол ет получить плотность тока 18 А/см при энергии импульса 2 Дж. На втором переходе обработка ведетс  в течение 2,2 мин, что позвол ет сн ть припуск 0,12 мм. В итоге средн   производительность скорости съема металла при ведении про548 цесса по предлагаемому способу составл ет 275 мм-/мин. Точность размеров валков равна 0,08-0,1 мм. Высота RZ. находитс  в пределах 125 мкм. В рассматриваемом случае молибден и медь дифундируют в поверхностный слой валков, образу  основу, котора  покрыта алюминием. Обща  толщина легированного сло  составл ет 0,28 мм. Затем валки используютс  дл  гор чей раскатки колец подшипников и показывают стойкость в 4000-4500 колец до износа, что в 6-10 раз больше стойкости валков, не проходивших легировани . Таким образом, предлагаемый способ позвол ет производить размерную электроэрозионную обработку с одновременным легированием обрабатываемой поверхности, но так как процесс легировани  осуществл етс  на том же оборудовании, на котором ведетс  предварительна  электроэрозионна  обработка, с участием того же оператора-рабочего , без применени  специального инструмента дл  легировани , то трудоемкость и себестоимость деталей в большинстве случаев ниже, чем при использовании известных способов обработки.

Claims (1)

1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ с одновременным легированием- поверхностей стальных деталей материалом электрода-инструмента, от л ичающийся тем, что·, с целью получения качественного легированного слоя с заданными свойствами без нарушения стабильности электроэрозионной обработки, обработку ведут в несколько переходов электродами-инструментами из разных материалов, причем для каждого перехода плотность тока i определяют в зависимости от температуры кипения (°C) материала электродаинструмента из соотношения

   L = (5 - 10) · 10*⁵ Т_к, А/см² , а энергию для каждого последующего перехода уменьшают по сравнению с энергией предыдущего в 2-5 раз.

   1 1146154 2