СПОСОБ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК B23H9/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, используется для нанесения покрытий электроискровым способом.

Известен способ нанесения покрытий на поверхность детали искровыми разрядами, при котором электроду-инструменту задают вибрацию в условиях периодического контактирования с формируемым участком покрытия, а в межэлектродный зазор подают порошковый материал дозировано в течение периодов сближения электродов (SU 1151403, кл. В 23 Н 9/00 опубл. 23.04.85, бюл. 15). Реализация известного способа возможна только с соблюдением дополнительных условий, усложняющих процесс электроискрового легирования, и исключает возможность его применения для легирования внутренних поверхностей изделий типа втулок.

Известен также способ поверхностного легирования электрическим разрядом, при котором разряды возбуждают в рабочей среде, подаваемой в зону обработки. В качестве рабочей среды используют диэлектрическую жидкость, которую отводят из зоны обработки через осевое отверстие в электроде-инструменте (авт. св. СССР 1404225, кл. В 23 Н 9/00, опубл. 23.06.88, бюл. 23). Для получения таким методом покрытия необходима герметизация зоны обработки, что сложно выполнимо в условиях перемещения электрода по поверхности изделия.

Наиболее близким к предлагаемому является способ электроэрозионного нанесения покрытий вибрирующим стержневым электродом-инструментом, при котором его вращают вокруг своей оси и располагают под углом к поверхности обрабатываемой детали (авт. св. СССР 1362577, кл. В 23 Н 9/00, опубл. 30.12.87, бюл. 48).

Недостатком этого способа является то, что он не может быть использован для легирования внутренних поверхностей изделий типа втулок, так как угол расположения электрода по отношению к обрабатываемой поверхности α=8-12^o не позволяет наносить покрытие в глубокие отверстия с небольшим диаметром. Одновременное вращение и вибрация электрода-инструмента усложняет процесс легирования.

Предлагаемый способ электроискрового легирования решает задачу нанесения покрытий не только на внешние, но и на внутренние поверхности изделий типа втулок путем локальной электроискровой обработки, при которой используется вращающийся электрод с малым поперечным сечением и автоматической следящей системой для поддержания постоянного межэлектродного зазора. Нанесение покрытия производится со стороны концевой поверхности торцевой части вращающегося электрода, заточенного под углом 60-90^o и расположенного под углом 30-45^o к обрабатываемой поверхности. В межэлектродный зазор во время обработки подают струю инертного газа.

Легирование поверхностей, в том числе и внутренних, изделий типа втулок, валов, шестерней предлагаемым способом позволяет получать плотные, равномерные покрытия. Использование электрода, имеющего малое поперечное сечение и расположенного к обрабатываемой поверхности под углом 30-45^o, позволяет реализовать задачу нанесения покрытий труднодоступных внутренних поверхностей изделий. Заточенная под углом 60-90^o торцевая часть электрода дает возможность увеличения одновременного, устойчивого получения прочно сцепленного с основой покрытия, с ровной поверхностью и с хорошим межчастичным взаимодействием в покрытии.

Способ предусматривает продувку межэлектродного промежутка струей инертного газа, например аргона, который вытесняет воздух и тем самым оказывает влияние на фазовые превращения поверхностного слоя и предотвращает охрупчивание легированного слоя за счет уменьшения в нем оксидных и нитридных фаз, образующихся в результате взаимодействия материала анода и катода (электрода и изделия) с элементами межэлектродной среды. Таким образом, продувка аргоном межэлектродного промежутка позволяет увеличить объем жидкой фазы, избавиться от хрупких фаз на поверхности легированного слоя, стабилизировать состав переходного слоя, что положительно влияет на сопротивление усталости и тем самым повышает ресурс изделия, обеспечивая высокое качество покрытия.

В известном способе (а.с. 1362577) наличие оксидов и нитридов в легированном слое связано с тем, что в плазме электроискрового разряда происходит диссоциация молекул воздуха и проникновение газов азота и кислорода в тонкий поверхностный слой покрытия.

Проведенные металлографические исследования показали, что в процессе легирования в струе аргона на поверхности катода (изделии) формируется белый слой толщиною до 25 мкм высокой сплошности и плотного прилегания к основе. Это достигается тем, что эрозия катода (изделия) и перенос частиц на анод (электрод), имеющие место при электроискровом легировании на воздухе, резко снижаются в струе аргона. Наиболее важным показателем, подтверждающим это явление, является привес, который увеличивается при легировании в струе аргона наклонным электродом, но при этом угол наклона α=30-45^o.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором показано положение обрабатывающего электрода при нанесении покрытия.

Способ осуществляется следующим образом.

Электрод 1 подключают к аноду, а обрабатываемое изделие 2, закрепленное во вращателе, к катоду электроискрового генератора. Электроду 1 и изделию 2 задают вращение ω₁ и ω₂ относительно осей YY₁ и ZZ₁, которые расположены под углом α=30-45^o, при этом электроду во время нанесения покрытия сообщают поступательное движение S вдоль оси ZZ₁. Через сопло 3 патрубка 4 подают инертный газ аргон в межэлектродный зазор 5.

Электрод-инструмент 1 в начале процесса легирования устанавливают на край обрабатываемой поверхности. В межэлектродный рабочий зазор через патрубок 4 и сопло 3 подают струю аргона. Электроду 1 сообщается вращательное движение ω₁ и поступательное S, а изделию - вращательное движение ω₂, причем поступательное движение S осуществляется после каждого оборота изделия. Угол наклона электрода к обрабатываемой поверхности выбирают 30-45^o в зависимости от глубины и внутреннего диаметра обрабатываемой поверхности. Это позволяет обрабатывать труднодоступные внутренние поверхности изделий типа втулок. В связи с тем, что электрод в процессе обработки расположен под углом к обрабатываемой поверхности, его концевую поверхность затачивают под углом 60-90^o для увеличения площади контактирования электродов, т.е. увеличения площади обрабатываемой поверхности.

Струя аргона, подаваемая в межэлектродный зазор, вытесняет воздух, тем самым оказывая влияние на фазовые превращения поверхностного слоя, и предотвращает охрупчивание легированного слоя за счет уменьшения образования оксидов и нитридов в результате взаимодействия материала анода и катода (электрода и изделия) с элементами межэлектродной среды. Постоянный межэлектродный зазор поддерживают с помощью автоматической следящей системы.

Вращение детали вокруг своей оси и поступательное движение вращающегося электрода обеспечивают равномерное нанесение покрытия на поверхность детали.

Пример: на модернизированной установке ЭЛФА-731 проводилась обработка втулки из стали 20Х13 диаметром 34 мм и высотой 13 мм, в качестве электрода-инструмента использовался стержень из молибдена марки МЧ-А диаметром 2 мм.

Режимы обработки: ток короткого замыкания I_к.з=90 А; емкость С=200 мкФ; угол наклона α= 45^o; величина перемещения S=0,3 мм; расход аргона 1 л/мин; угловая скорость вращения втулки в процессе нанесения 1,24 об/мин; частота вращения электрода 2600-2700 об/мин; удельное время обработки 4 мин/см²; привес 0,038 г; толщина покрытия 20-25 мкм; шероховатость поверхности Ra 3,2; сплошность покрытия составляет 100%.

Изобретение может быть использовано при нанесении покрытия электроискровым способом. Стержневой электрод-инструмент вращают вокруг своей оси и располагают под углом от 30 до 45^o к поверхности обрабатываемой детали. Торец электрода-инструмента затачивают под углом 60-90^o. В межэлектродный зазор подают инертный газ. Постоянную величину межэлектродного зазора поддерживают с помощью автоматической следящей системы. Электроду-инструменту придают поступательное движение. Обрабатываемую деталь вращают вокруг своей оси. Способ позволяет наносить плотное равномерное покрытие на труднодоступные внутренние поверхности изделий. 1 ил.

Способ электроискрового легирования стержневым электродом-инструментом, при котором его вращают вокруг своей оси и располагают под углом к поверхности обрабатываемой детали, отличающийся тем, что в межэлектродный зазор, постоянную величину которого поддерживают с помощью автоматической следящей системы, подают инертный газ, угол наклона электрода-инструмента, которому придают поступательное движение, выбирают в пределах от 30 до 45^o, обрабатываемую деталь вращают вокруг своей оси, а торец электрода-инструмента затачивают под углом 60-90^o.