Способ электроэрозионной обработки Советский патент 1985 года по МПК B23H1/00 

№ 1 Изобретение относится 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 является шлакование обрабатываемой поверхности,.приводящее к снижению точности обработки и вызывающее неустойчивое протекание процесса. Целью изобретения является получение качественного легированного слоя с зада«ными свойствами без нарушения стабильности электроэрози онной обработки. Поставленная цель достигается 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 для каждого перехода плотность тока.t определяют в зависимос ти от температуры кипения Т| (С) материала электрода-инструмента из соотношения 10 Т,, А/см t (5 - 10) а энергию для каждого последующего перехода уменьшают по сравнению с энергией предьщущего в 2-5 раз. Проведение процесса электроэрознойной обработки при плотностях то ка, определяемьвс по указанному соот ношению и соответствукицих в реальны условиях 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, эяектричес Kirit разряд формируется не в жидкост а в парожидкостной смеси, которая концентрирует канал разряда в значи тельно меньшей степени, чем жидкост При большом диаметре канала разряда и равном режиме обработки, определя мом энергией и длительностыо импуль са, уменьшается плотность эяектриче 42 кой энергии в канале разряда. Так как с нагреть1м участком обрабатываемой поверхности соприкасается не , а газ, то ухудшаются услоВИЯ 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 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, превьШ1ающую толщину слоя металла, удаляемого с обрабатываемой заготовки. Таким образом, процессы легирования и размерной электроэрозионной обработки протекают одновременно. При этом для обеспечения качественного легирования металлической по верхности не нужно проводить специальной подготовки поверхности, подлежащей легирован1ло. Так как процесс легирования ведется пут значительных по величине энергии и длитeльнocти импульса, металл электрода-инструмента , переносимый факелами на обрабатываемую заготовку, находится в основном в жцдком состоянии. Поэтому возможно осуществление связи плотности тока с такой теплофизической характеристикой материала электрода-инструмента, как температура кипения Тц (С), L (3 - 10) . 10 Тц, А/см. Полученные из опытных данных плот ности тока и расчитанные по приве3денной эмпирической формуле хорошо совпадают. Из описания сущности процесса обработки по предлагаемому способу и некоторых его технологических показателей 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 про цесса легирования. Визуальный осмотр, а также металлографические исследования образцов, обрабатываемых при 1цчт , показывают, что либо не наблодается отложения и диффузии материала электрода-инструмента в поверхностном слое заготовки, или имеют место отдельные незначительные его вкрапления в поверхност ный слой заготовки. Электроэрозионная обработка при плотностях тока, находящихся в пределах мезкду IMUH и Ijuom характеризуется устойчивьм протеканием процесса легирования. При плотности тока, превышающей макс1шальное значение , электроэрозионная обработка характеризуется тем, что в межэлектродный промежуток вводится чрезмерно большое количество теплоты. Это приводит к неустойчивости протекания процесса и к переходу электроэрозионной обработки в дуговой стационарный процесс. Такое положение не позволяет получить кач ествениого покрытия. На поверхности заготошск иаблюдшотся следы дуговых электрических разрядо что ухудмает качество обрабатываемо шэверхности. Вместе с тем такие важнме технологические характеристики легирования, как тощина {занесенного слоя при плотности тока, при .которой про текает процесс легирования, зависят от энергии и длительности импульса. При этом чем больше энергия и длительность импульса, тем больше толщ на нанесенного слоя и слоя, в который диффундировал материал электрода-инструмента . 44 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, превьш1ающей 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 первьм 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 вто рым материалом в пять раз в сравнении с энергией, при которой велось легирование первым материалом, глубина 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, У10, 65Г, 5ХНМ, 5ХВ2С, Х12М, Х12Ф1 и др. Обработка ведется в индустриальном

масле, в смеси индусЧриального масла с керосином в кремнеорганической жидкости ПМС-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) не вносят каких-либо принципиальных особенностей в процесс легирования.

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 оцределяется, в частности, шероховатостью поверхности и физическими показателями поверхностного слоя. Высота неровностей профиля шероховатости после обработки конкретных деталей по предлагаемому способу находится в пределах 15-300 мкм, что также не отличается от известных данных, полученных в результате размерной электроэрозионной обработки на средних и грубых режимах.

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

При обработке по предлагаемому способу основной припуск металла должен удаляться на форсированных режга ах с применением известных высокопроизводительных способов. После этого остается припуск в несколько десятых долей миллиметра для обработки детали предлагаемьм способом. Ери этом одновременно с удалением припуска осуществляется легирование обрабатываемой поверхности.

При необходимости получения поверхности, прошедшей легирование п предлагаем жу способу, с малой высотой неровностей профиля 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, специальная подготовка которых под легирование (шлифование, доводка, дробеструйная обработка и т.д.) нежелательна из-за сложности базирования, высокой трудоемкости, опасности коробления, сложности экранирования других поверхностей и т.д. разoличных деталей в автоматизированном производстве и т.д.

Повышение износостойкости деталей машин и инструментов, работающих в тяжелых условиях интенсивного трения,

5 возможно за счет нанесения на рабочие поверхности деталей, например, твердой смазки. В качестве твердой смазки может использоваться медь, которая легко наносится на рабочую поверх0ность детали в процессе размерной электроэрозионной обработки при плотности тока в пределах 15-30 А/см1

Повьш1ение жаростойкости и износостойкости деталей машин и инструмен5тов , работающих в условиях высоких температур и давлений при относительном перемещении сопрягаемых деталей, возможно путем нанесения на рабочие поверхности вначале слоя молибдена

0 с медью, а затем - aJW)миния. В этом случае вначале электроэрозионную обработку ведут электродом-инструментом из молирденомедной композиции при плотности тока в пределах 30540 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 необ0ходимы в качестве подложки для последующего слоя из алюминия.

Обработка партии раскатных валков, предназначенных для горячей раскат5ки колец подшипников и установленных в специальном приспособлении, : ведется 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 легирования продолжается в течение 5 мин, за это время удаляется оставленный припуск 0,5 мм, что обеспечивает производи5тельность размерной обработки 260 мм /мин. Размеры валков вьщержаны с точностью 0,08 мм при допуске 0,12 мм. Высота неровности про7филя шероховатости обработанной поверхности Ri 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 обрабатывает ся предлагаемым способом на указанном оборудовании в два перехода: вначале электродом-инструментом из медномолибденовой композиции, а затем - алюминиевым электродом-инструментом. Обработка молибденомедным электродом-инструментом, ведется при сравнении тока 100-120 А, что обеспечивает плотность тока 30-35 А/см при энергии 5 Дж. При этом эа 4,2 мин удаляется припуск, равный 0,38 мм. На втором перекоде 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 про548цесса по предлагаемому способу составляет 275 мм-/мин. Точность размеров валков равна 0,08-0,1 мм. Высота RZ. 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 составляет 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 больше 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 электроэрозионная обработка, с участием того же оператора-рабочего, без применения специального инструмента для легирования, то трудоемкость и себестоимость деталей в большинстве случаев ниже, чем при использовании известных способов обработки.

СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ с одновременным легированием- поверхностей 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