СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1997 года по МПК B23H9/00 

Изобретение относится к металлообработке, а именно к электроэрозионным методам упрочнения и легирования поверхностей и может быть использовано при нанесении покрытий на металлы для улучшения износостойкости и уменьшения химической активности поверхностного слоя частей деталей машин и инструментов.

К процессу упрочнения, напримеp, медицинских инструментов предъявляются высокие требования по достижению сплошности покрытия и коррозионной стойкости, обусловленных жесткими условиями стерилизации и эксплуатации их в агрессивных средах.

Известен способ электроискрового легирования когда нанесение слоя покрытия для улучшения качества совмещено с пластическим деформированием поверхности детали. Легирующий электрод и деформирующий инструмент перемещают по обрабатываемой поверхности совместно так, чтобы наносимый слой попадал под набегающий на него рабочий элемент деформирующего инструмента. В качестве рабочего элемента для поверхностного пластического деформирования используются ролик, который прижимают к обрабатываемой поверхности с небольшим статическим усилием (Трофимов В. И. "Улучшение качества покрытий, получаемых электроискровым легированием, Электронная обработка материалов", N 4, 1978 г. с. 86).

Однако при этом, в силу малого значения временного интервала застывания слоя, требуется высокая скорость перемещения электрода по детали, что ухудшает процесс нанесения покрытия из-за уменьшения длительности контактов электрода с обрабатываемой деталью. При работе с небольшими скоростями подачи электрода, деформирование проводится по уже застывшему слою, что затруднят процесс уплотнения покрытия и приводит к образованию микротрещин и выкрашиваний.

Известен так же способ электроискpового легирования с наложением ультразвуковых колебаний на легирующий электрод, выполняющего таким образом одновременно функцию деформирующего элемента. (Заявки Японии N 54-81210, кл. 23 17/00, публ. 1987 и N 56-5978, кл. 17/00, публ. 1981). Временное отставание деформировавшего воздействия ультразвуковых колебаний от электроискрового легирования здесь практически равно нулю, однако в процессе работы по предложенному способу рабочая поверхность электрода подвергается действию эрозирующих импульсов, приводящих к возникновению на ней бугорков и неровностей, что не позволяет качественно деформировать покрытие. Кроме того в зоне воздействия электрода значительно поднимается температура, приводящая к заметному снижению твердости наносимого слоя (снижение на 5-10 НRCэ).

Наиболее близком к предлагаемому по технической сущности является способ электроискрового легирования, когда процесс нанесения покрытия совмещен с последующим электроконтактным обкатыванием поверхности детали. Легирующий электрод устанавливается упруго между двумя упрочняющими роликами, поджимающимися к детали для создания необходимого рабочего давления. На легирующий электрод подается напряжение от генератора электрических импульсов, а упрочняющие ролики подключены к низковольтному источнику питания.

При вращении детали электрод, касаясь ее поверхности, совершает колебательные движения, а ролики, прижимаемые к поверхности детали, вращаются и осуществляют электромеханическое упрочнение (авт. св. СССР N 656791, В 23 Н 1/04, 1979).

В процессе работы по указанному способу легированная поверхность детали попадает в рабочую зону обкатных роликов, где подвергается действию давления и неоднородного поля высоких температур, вызванного протеканием электрического тока большой силы, что приводит не только к внешним повреждениям слоя (появлению трещин, выкрашиваний, отслаивания), но и сопровождается отпуском как термообработанной основы детали, так и самого легированного слоя.

Цель предполагаемого изобретения получение гладких равномерных плотных покрытий с высокой твердостью.

Цель достигается тем, что пластическое деформирование слоя покрытия, получаемого при электроэрозионном легировании вибрирующим электродом, производят торцевой поверхностью вращающегося диска, поджимаемого к поверхности детали, а контакты электроискрового электрода с деталью осуществляют через выполненные в диске сквозные пазы, при этом частоту вибрации электрода согласуют с частотой следования пазов диска при его вращении.

Предлагаемый способ позволяет деформировать слой в пластичном состоянии в зависимости от скорости вращения и частоты вибрации электрода.

При этом использование сильнотоковых режимов обработки не приводит к снижению твердости легированного слоя и термообработанной основы детали вследствие дополнительного отвода тепла с помощью диска.

Невысокое статическое усилие на обрабатываемую поверхность позволяет применять предложенный способ для нанесения покрытий на мелкие детали, например, рабочие поверхности медицинских инструментов.

Для осуществления процесса нанесения покрытия по предлагаемому способу применяется устройство, изображенное на чертеже.

Устройство содержит деформирующий диск 1 с выполненными в нем пазами 11, через которые осуществляются контакты вибрирующего легирующего электрода 3 с обрабатываемой поверхностью. Электрод закреплен на подпружиненном поршне демпфера 2. Этим обеспечивается компенсация расхода электрода и достигается мягкая его посадка при контактах с деталью.

Деформирующий диск укреплен на оси вращения 6, привод которой осуществляют от электродвигателя. Ось вращения размещена внутри трубки 8, опирающейся через ролики 4 на каретку деформирующего диска с профилированными выступами 10, обеспечивающими отклонения электрода, согласованные с частотой следования пазов диска 11. Трубка и ось вращения расположены коаксиально внутри цилиндрического корпуса 9 и крепятся в нем с помощью манжет 5 и пружин 7 для создания небольшого статического усилия на обрабатываемую поверхность. Диск термообработан до твердости 57 59 HRСэ, а торцевая часть диска отполирована до Ra 1,6 мкм.

Устройство питается от источника тока генератора электрических импульсов и работает следующим образом.

Устройство закрепляется в приспособлении, обеспечивающем плавную его подачу к обрабатываемой поверхности детали 12, закрепленной на подвижном столе для перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях. После касания торцовой поверхностью диска обрабатываемой детали, осуществляют поджатие деформирующего диска 1 на деталь 12, а трубки 8 с роликами 4 на профилированные выступы 10 посредством регулировочных манжет 5 и пружин 7 для получения необходимого рабочего давления. Затем включают электродвигатель и источник импульсного тока. При вращении оси 6, осуществляются согласованные контакты легирующего электрода с обрабатываемой поверхностью через пазы в диске. Устройство позволяет обеспечить поворот диска на угол, равный центральному углу паза Φ_п и за время, меньшее времени затвердевания переносимых долей материала электрода при его контактах с обрабатываемой деталью и, таким образом, деформировать слой диском в размягченном пластичном состоянии.

Испытания показали, что для значений параметров, когда частота колебания электроискрового электрода выбрана в пределах от 50 до 100 гц, использован неразобщенный генератор эрозирующих импульсов ЭФИ 46 на III и IV режимах работы, скорость вращения деформирующего диска от 600 до 1200 об/мин, диаметр диска 45 мм, в диске пять пазов с Φ_п= 20-40^° и статическое усилие на обрабатываемую поверхность от 0,3 до 0,5 кгс, достигаются условия выполнения указанного вида деформирования слоя. Выполнение покрытий проводилось на образцах деталей из стали 30 х 13, легирующим электродом служил сплав марки КБХ.

Для сравнения эксперименты проводили для трех различных способов в зависимости от выбранных типов деформирующих инструментов:
1. Ультразвуковая обработка слоя покрытия, совмещенная с процессом электроэрозионного легирования;
2. Деформирование слоя с помощью прижимного ролика, движущегося за электродом по обрабатываемой поверхности;
3. Деформирование наносимого слоя вращающимся диском, поджимаемым к поверхности детали, а легирование осуществляет через сквозные пазы в диске (предложенный способ).

Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице.

Обработка легированного слоя, находящегося в пластичном размягченном состоянии, путем деформирования его торцевой поверхностью вращающегося диска, поджимаемого с небольшим усилием к обрабатываемой поверхности детали, позволяет получать качественные, равномерные покрытия с высокой степенью сплошности и плотности, исключить образование в слое микротрещин, пор и выкрашиваний.

Высокая твердость и износостойкость получаемых покрытий, их низкая шероховатость и химическая активность позволяет рекомендовать предложенный способ для упрочнения и улучшения функциональных свойств различных деталей и инструментов. Процесс нанесения покрытия не вызывает отпуск основы обрабатываемого материала и позволяет осуществлять его на термообработанные детали, существенно поднимая срок их службы.

Использование: изобретение относится к электроэрозионным методам упрочнения и может быть использовано для улучшения износостойкости и уменьшения химической активности поверхностей деталей машин и инструментов. Сущность изобретения: производят электроэрозионное легирование поверхности вибрирующим электродом и пластическое деформирование нанесенного слоя торцовой поверхностью вращающегося диска. Для этого в диске выполняют сквозные пазы, через которые осуществляются контакты вибрирующего электрода с деталью, и частоту вибрации электрода согласуют с частотой следования пазов диска при его вращении, при реализации способа происходит деформирование слоя в пластичном состоянии, что позволяет снизить статическое усилие на обрабатываемую поверхность и использовать способ для нанесения покрытий на мелкие детали, например, рабочие поверхности медицинских инструментов. 1 ил., 1 табл.

Способ нанесения покрытий, включающий электроэрозионное легирование выбрирующим электродом и пластическое деформирование нанесения слоя вращающимся диском, поджимаемым к поверхности детали, отличающийся тем, что деформирование производят торцевой поверхностью диска, а контакт вибрирующего электрода с поверхностью детали осуществляют через выполненные в диске сквозные пазы, при этом частоту вибрации электрода согласуют с частотой следования пазов диска при его вращении.