Способ электроэрозионной обработки

Способ электроэрозионной обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ с одновременным легированиемповерхностей стальных деталей материалом электрода-инструмента, о-т 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 Тц (С) материала электродаинструмента из соотношения 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

119) 01!

4(5!) В 23 Н 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3604754/25-08 (22) 15.06.83 (46) 23,03.85. Бюл. Р 11 (72) Н.К.Фотеев (71) Завод-ВТУЗ при Московском автомобильном заводе им. И.А.Лихачева (53) 621.9.048.6 (088.8) (56) 1ю Золотых Б.Н., Иельдер P.P. физические основы электроэрозионной обработки. N., "Машиностроение", 197? (нрототип). (54)(57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ

ОБРАБОТКИ с одновременным легироваиием поверхностей стальных деталей материалом электрода-инструмента, о.т л и ч а ю шийся тем, что; с целью получения качественного легированного слоя с заданньпчи свойствами без нарушения стабильности электроэрозионной обработки, обработку ведут в несколько переходов электродами-инструментами из разных материалов, причем для каждого перехода плотность тока с определяют в зависимости от температуры кипения Тх (С) материала электродаинструмента из соотношения — (5 — 10) ° 10 Т,, А/см, а энергию для каждого последующего перехода уменьшают по сравнению с энергией предыдущего в 2-5 раз.

1146154

Изобретение относится к электрофиэическим и электрохимическим методам обработки и может найти приме. нение в машиностроении и приборостроении при обработке деталей электроэрозионным способом. Известен способ электроэрозионной обработки с одновременным легированием поверхностей стальных деталей материалом электрода-инструмен- 10 та (1 .

Недо ст атком из вес тно го с по с оба является шлакование обрабатываемой поверхности,,приводящее к снижению точности обработки и вызывающее неустойчивое протекание процесса.

Целью изобретения является получение качественного легированного слоя с заданными свойствами без нарушения стабильности электроэрози- уо онной обработки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу электроэрозионной обработки с одновременным легированием поверхностей сталь- 25 ных деталей материалом электродаинструмента, обработку ведут в несколько переходов электродами-инструментами из разных материалов, причем для каждого перехода плотt ность тока с определяют в зависимости от температуры кипения Т (С) материала электрода-инструмента из соотношения

L = (5 - 10) ° 10 Т, А/см з5

-3 кой энергии в канале разряда. Так как с нагретым участком обрабатываемой поверхности соприкасается не жидкость, а газ, то ухудшаются усло-, вия охлаждения поверхности, что обуславливает поддерживание ее в нагретом состоянии.

При реализации предлагаемого способа диаметр канала разряда большой, поэтому плотность электрической энергии в канале мала, что, обуславливая расплавление большого объема металла заготовки, не дает возможности произвести испарение скольлибо значительной его части. По той же причине с поверхности обрабатываемой заготовки удаляется только небольшая часть расплавленного металла.

Таким образом, толщина слоя расплавленного металла значительно превышает глубину образующейся после удаления металла единичной лунки. В связи с малой величиной межэлектродно- . го зазора струи паров металла электрода-инструмента достигают обрабатываемой поверхности и перемешиваются

Ф с расплавленным металлом заготовки, а также вступают в химические реакции, образуют новые соединения. При этом струи паров металла электродаинструмента проникают на значительную глубину в поверхностный слой заготовки, превышающую толщину слоя металла, удаляемого с обрабатываемой заготовки. а энергию для каждого последующего перехода уменьшают по сравнению с энергией предыдущего в 2-5 раз.

Проведение процесса электроэрозионной обработки при плотностях тока, определяемых по указанному соотношению и соответствующих в реальных условиях 10-40 А/см2, приводит к тому, что в межэлектродный промежуток<> поступает большое количество теплоты, иагревающее поверхность заготовки, что обуславливает интенсивное пароабразование по всему объему межэлектродного промежутка, электричес- кий разряд формируется не s жидкости, а s парожидкостной смеси, которая концентрирует канал разряда в значительно меньшей степени, чем жидкость.

При большом диаметре канала разряда N и равном режиме. обработки, определяемом энергией и длительностью имнульса, уменьшается плотность электричес-, Таким образом, процессы легирова.ния и размерной электроэрозионной обработки протекают одновременно.

При этом для обеспечения качественного легирования металлической по верхности не нужно проводить специl альной подготовки поверхности, подлежащей легированию. Так как процесс легирования ведется при значительных по величине энергии и дли.тельности импульса, металл электрода-инструмента, переносимый факелами на обрабатываемую заготовку, находится в основном в жидком состоянии.

Поэтому возможно осуществление связи плотности тока с такой теплофизической характеристикой материала электрода-инструмента, как температура кипения Тк (C), (5 — 10) ° 10 Т, А/см .

Полученные из опытных данных плот ности тока и расчитанные по приве1146154 денной эмпирической формуле хорошо совпадают.

Из описания сущности процесса обработки по предлагаемому способу и некоторых его технологических по- 5 казателей вытекает объяснение причин выбора принятых плотностей тока для осуществления процесса легирования. При малой плотности тока, меньшей минимального значения, общее количество вводимой в межэлектродный промежуток теплоты мало, его недостаточно для создания условий переноса материала электродаинструмента на поверхность обрабатываемой заготовки, поэтому нет процесса легирования. Визуальный осмотр, а также металлографические исследования образцов, обрабатываемых при Вм-, показывают, что либо 20 не наблюдается отложения и диффузии материала электрода-инструмента в поверхностном слое .заготовки, или имеют место отдельные незначительные его вкрапления в поверхностный слой заготовки.

Электроэрозионная обработка при плотио тях тока, находящихся в пределах между i. ì ì и i4, характеризуется устойчивым протеканием процесса легирования.

При плотности тока, превышающей макстчальное значение Саек, электрозроэионная обработка характеризу- ется тем, что в межэлектродный промежуток вводится черезмерно большое количество теплоты. Это приводит к неустойчивости протекания процесса и к переходу электроэрозионной обработки в дуговой стационарный процесс. Такое положение не позволяет получить качественного покрытия. На поверхности заготовим наблюдаются следы дуговых электрических разрядов, что ухудшает качество обрабатываемой поверхности.

Вместе с тем такие важнме технологические характеристики легироваиия, как толщина нанесенного слоя 50 при плотности тока, при,которой протекает процесс легирования, зависят от энергии и длительности импульса.

При этом чем больше энергия и длительность импульса, тем больше толщи-55 на нанесенного слоя и слоя, в который диффундировал материал электрода-инструмента.

При последовательном легировании поверхности заготовки несколькими материалами необходимо при осуществлении первого перехода, связанного с нанесением первого материала электрода-инструмента, вести электроэрозионную обработку при энергии импульса, превышающей энергию импульса, используемую при втором (в частности при окончательном} переходе, связанном с нанесением второго материала электрода-инструмента. Необходимость легирования заготовки разными материалами электрода-инструмента при. различных энергиях импульса связана со следующими обстоятельствами. При легировании первым и вторым материалами электрода-инструмента при равных энергиях импульса глубина единичной лунки и толщина слоя легирования одинаковы, что приводит к удалению слоя, легированного материалом перво-. го электрода-инструмента. В процессе легирования глубина единичной лунки и толщина слоя легирования уменьшаются в 1,5-2 раза при уменьшении энергии в 2-2,5 раза. Такая разница в толщинах легированных слоев и глубинах единичных лунок позволяет провести последовательное легирование различными материалами электродовинструментов.

Дальнейшее уменьшение энергии импульса, при которой проводится легирование вторым материалом электрода-инструмента, ведет к дальнейшему уменьшению глубины единичной лунки и толщины слоя легирования. При . уменьшении энергии легирования вторым материалом в пять раз в сравнении с энергией, при которой велось легирование первым материалом, глуби-. на единичной лунки и толщина слоя легирования уменьшались в 3-3,5 раза, что можно принять за предельное минимальное. значение, которое обеспечивает требуемые свойства обрабатываемой поверхности.

При экспериментальном опробовании способа используются материалы электродов-инструментов из латуни, меди, алюминия, молибденомедной и вольфрамомедной композиций и другие материалы, которыми обрабатываются конструкционные и инструментальные стали, в частности марок 45, Ó10, 65F, 5ХНИ, 5ХВ2С, Х12И, Х12Ф1 и др.

Обработка ведется в индустриальном

Э 114615 масле, в смеси индустриалького масла с керосином в кремнеорганической жидкости ПИС-6 и ПМС-10. Во всех случаях при обработке всех сталей происходит легирование материалом электрода-инструмента, если используются соответствующие плотности тока. Следовательно„ материал обрабатываемой заготовки и рабочая жидкость (в пределах используемых) 10 не вносят каких-либо нринципиальных особенностей в процесс легирования.

Точность деталей, обработанных по предлагаемому способу, получена 15 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 определяется, в частности, шероховатостью поверхности и физическими показателяии поверхностного слоя. Высота неровностей профиля шероховатости Ю после обработки конкретных деталей по предлагаемому способу находится в пределах 15-300 мкм, что также ке отличается от известных данных, полученных в результате размерной электроэрозионкой обработки на средних и грубых режимах.

Про из водит ельно сть съема ме т алла (размерной обработки) при осуществлении предлагаемого способа находится в зависимости от режима обработки в пределах 20-300 мм /мин.

При обработке по предлагаемому способу основной припуск металла должен удаляться на форсированных режимах с применением известных высокопроизводительных способов.

После этого остается припуск в несколько десятых долей миллиметра для обработки детали предлагаемым

45 способом. При этом одновременно с удалением припуска осуществляется легирование обрабатываемой поверхности

При необходимости получения поверхности, прошедшей легирование по предлагаемому способу, с малой высотой неровностей профиля Н следует после обработки детали провести чистовую обработку поверхности одним из известных способов.

Предлагаемый способ эффективно может быть использован при. обработке фасонных отверстий и полостей, простых наружных поверхностей деталей, специальная подготовка которых под легирование (шлифование, доводка, дробеструйна1 обработка и т.д.) нежелательна из-за сложности базирования, высокой трудоемкости, опасности коробления, сложности экранирования других поверхностей и т.д. различных деталей в автоматизированном производстве и т.д.

Повышение износостойкости деталей машин и инструментов, работающих в тяжелых. условиях интенсивного трения, возможно за счет нанесения на рабочие поверхности деталей, например, твердой смазки. В качестве твердой смазки может использоваться медь, которая легко наносится на рабочую поверхность детали в процессе размерной электроэрозионной обработки при плотности тока в пределах 15-30 А/см .

Повышение жаростойкости и износостойкости деталей машин и инструментов, работающих в условиях высоких температур и давлений при относительном перемещении сопрягаемых деталей, возможно путем нанесения на рабочие поверхности вначале слоя молибдена с медью, а затем — алюминия. В этом случае вначале электроэрозионную обработку ведут электродом-инструментом из молирденомедной композиции при плотности тока в пределах 3040 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 необходимы в качестве подложки для rtoследующего слоя из алюминия.

Обработка партии раскатных валков, предназначенных для горячей раскатки колец подшипников и установленных в специальном приспособлении, ведется на электроэрозиокком станке модели 4723M с генератором ШГИ 25100 при среднем токе 70-80 А, что обеспечивает плотность тока в 2225 А/см . Процесс легирования продолжается в течение 5 мин, за это время удаляется оставленный припуск

0 5 мм, что обеспечивает производительность размерной обработки

260 мм /мин. Размеры валков выдер3 жаны с точностью 0,08 мм при допуске О, 12 мм. Высота неровности нро46154

Составитель И.Малхазова

Гехред Т.Дубинчак Корректор А.Обручар

Редактор Л.Гратилло

Заказ 1268/ 11 Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 t1 филя шероховатости обработанной поверхности К, находится в пределах

150 мкм. Рабочие поверхности валков, прошедших обработку, покрыты медью, которая, кроме того, диффундируется в поверхностный слой, обеспечивая надежное сцепление с металлом валка. Общая толщина легированного слоя равна 0,35 мм.

Другая партия валков обрабатывается предлагаемым способом на указанном оборудовании в два перехода: вначале электродом-инструментом из медномолибденовой композиции, а затем — алюминиевым электродом-инструментом. Обработка молибденомедным электродом-инструментом ведетея при сравнении тока 100-120 А, что обеспечивает плотность тока 30-35 А/см2 при энергии 5 Дж. При этом за

4,2 мин удаляется припуск, равный

0,38 мм. На втором переходе обработка ведется алюминиевым электродоминструментом при среднем токе 48 А, что позволяет получить плотность тока 18 А/см при энергии импульса

2 Дж. На втором переходе обработка ведется в течение 2,2 мин, что позволяет снять припуск 0,12 мм. В итоге средняя производительность скорости съема металла при ведении процесса по предлагаемому способу составляет 275 мм /мин. Точность размеров валков равна 0,08-0,1 мм. Высота Я находится в пределах 125 мкм.

В рассматриваемом случае молибден и медь дифундируют в поверхностный слой валков, образуя основу, которая покрыта алюминием. Общая толщина легированного слоя составля10 ет 0,28 мм.

Затем валки используются для горячей раскатки колец подшипников и показывают стойкость в 4000-4500 колец до износа, что в 6-10 раз боль15 ше стойкости валков, не проходивших легирования.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить размерную электроэрозионную обработку с одновременным легированием обрабатываемой поверхности, но так как процесс легирования осуществляется на том же оборудовании, на котором ведется предварительная злектроэрозионная

25 обработка, с .частием того же оператора-рабочего, без применения специального инструмента для легирования, то трудоемкость и себестоимость деталей в большинстве случаев ниже, З0 чем при использовании известных способов обработки.