Способ электроэрозионной обработки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 119) (11) 1/00 ТЕ И О Т- (5 - 10 А/см,о последующегоо сравнению св 2-5 раз. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР 10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Завод-ВТУЗ при Московском автомобильном заводе им. И.А.Лихачева(54)(57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙОБРАБОТКИ с одновременным легированием поверхностей стальных деталейматериалом электрода-инструмента,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что; с целью получения качественного легированного слоя с заданными свойствами без нарушения стабильностиэлектроэрозионной обработки, обработку ведут в несколько переходовэлектродами-инструментами из разных материалов, причем для каждогоперехода плотность тока 1, определяют в зависимости от температуры кипения Т)1 (С) материала электродаинструмента из соотношения а энергию для каждо перехода уменьшают энергией предыдущег1146154 Изобретение относится к электрофиэическим и электрохимическим методам обработки и может найти применение в машиностроении и приборостроении при обработке деталей электроэрозионным способом,Известен способ электроэрозионнойобработки с одновременным легированием поверхностей стальных деталей материалом электрода-инструмен Ота Я,Недостатком известного способаявляется шлакование обрабатываемойповерхностиприводящее к снижениюточности обработки и вызывающее неустойчивое протекание процесса.Целью изобретения является получение качественного легированногослоя с заданными свойствами безнарушения стабильности электроэрози- уоонной обработки.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу электроэрозионной обработки с одновременным легированием поверхностей стальньас деталей материалом электродаинструмента, обработку ведут внесколько переходов электродами-инструментами из разных материалов,причем для каждого перехода плотФность тока ь определяют в зависимости от температуры кипения Т (С)материала электрода-инструмента изсоотношения1 = (5 - 10) 10 Т А/см з 5-3 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 сколь- либо 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 перемешиваютсяФс расплавленным металлом заготовки, а также вступают в химические реакции, образуют новые соединения. При этом струи паров металла электрода- инструмента проникают на значительную глубину в поверхностный слой заготовки, превышающую толщину слоя металла, удаляемого с обрабатываемой заготовки.а энергию для каждого последующегоперехода уменьшают по сравнению сэнергией предыдущего в 2-5 раз.Проведение процесса электроэро зионной обработки при плотностях тока, определяемых по указанному соотношению и соответствующих в реальных условиях 10-40 А/см, приводит к тому, что в межэлектродный промежутокф 5 поступает большое количество теплоты, иагревающее поверхность заготовки, что обуславливает интенсивное пароабразованйе по всему объемумежэлектродного промежутка, электричес О кий разряд формируется не в жидкости, а в парожидкостной смеси, которая концентрирует канал разряда в значительно меньшей степени, чем жидкость. При большом диаметре канала разряда 55 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 специальной 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 теплоизи" ческой характеристикой материала электрода-инструмента, как температура кипения Т ( ФС), С =(5 - 10)10 Т, А/см,Полученные из опытных данных плотности тока и расчитанные по приве1146154 денной эмпирической формуле хорошосовпадают.Из описания сущности процессаобработки по предлагаемому способуи некоторых его технологических показателей вытекает объяснение причин выбора принятых плотностей токадля осуществления процесса легирования. При малой плотности тока,меньшей минимального значения, об Ощее 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 металлографическиеисследования образцов, обрабатываемых при Вмю, показывают, что либо тОне наблюдается отложения и диффузии материала электрода-инструментав поверхностном слое .заготовки,или имеют место отдельные незначительные его вкрапления в поверхностный слой заготовки.Электроэрозионная обработка приплотиостях тока, находящихся в пределах между Ьиим и 3.4 мс, характеризуется устойчивым протеканиемпроцесса легирования. При плотности тока, превышающей максщчальное значение Сиав, электрозроэионная обработка характеризу- ется 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 качественного покрытия. На поверхности заготовим наблюдаются следы дуговых электрических разрядов, что ухудшаеткачество обрабатываемой паверхности. 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 толщина нанесенного слоя и слоя, в который диффундировал материал электрода-инструмента. 4При 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 электродов- инструментов.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, 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 опробованииспособа используются материалыэлектродов-инструментов из латуни,меди, алюминия, молибденомедной ивольфрамомедной композиций и другиематериалы, которыми обрабатываютсяконструкционные и инструментальныестали, в частности марок 45, У 10,65 Г, 5 ХНИ, 5 ХВ 2 С, Х 12 И, Х 12 Ф 1 и др.Обработка ведется в индустриальном3 114615масле, в смеси индустриалького масла с керосином в кремнеорганическойжидкости ПИСи ПМС. Во всехслучаях при обработке всех сталейпроисходит легирование материаломэлектрода-инструмента, если используются соответствующие плотноститока, Следовательно материал обрабатываемой заготовки и рабочаяжидкость (в пределах используемых) 10не вносят каких-либо нринципиалькых особенностей в процесс легирования,Точность деталей, обработанныхпо предлагаемому способу, получена 15в пределах 0,03-0,15 мм в зависимости от режима обработки, что соответствует точности, получаемой насредних и грубых режимах размернойэлектроэрозионной обработки.Качество поверхности определяется, в частности, шероховатостьюповерхности и физическими показателяии поверхностного слоя. Высотанеровностей профиля шероховатости 25после обработки конкретных деталейпо предлагаемому способу находитсяв пределах 15-300 мкм, что такжеке отличается от известных данных,полученных в результате размернойэлектроэрозионкой обработки на средних и грубых режимах.Производительность съема металла (размерной обработки) при осуществлении предлагаемого способа З 5 находится в зависимости от режима обработки в пределах 20-300 мм /мин.При обработке по предлагаемому способу основной припуск металла должен удаляться на Форсированных режвчах с применением известных высокопроизводительных способов. После этого остается припуск в несколько десятых долей миллиметра для обработки детали предлагаемым45 способом. Ерн этом одновременно с удалением припуска осуществляется легирование обрабатываемой поверхностиПри необходимости получения поверхности, прошедшей легирование по предлагаемому способу, с малой высотой неровностей профиля 8 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, дробеструйна 1 обработка и т.д.) нежелательна из-за сложности базирования, высокой трудоемкости, опасности коробления, сложности экранирова-. ния 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-инструмен" том из молирденомедной композиции при плотности тока в пределах 30- 40 А/см и энергии импульса 4-5 Дж, а затем - алюминиевым электродом-инструментом при плотности тока 10- 20 А/см, при энергии импульса 1-2 Дж. Первые слои молибдена необходимы в качестве подложки для последующего слоя из алюминия.Обработка партии раскатных валков, предназначенных для горячей раскатки колец подшипников и установленных в специальном приспособлении, ведется на электроэрозиокком станке модели 4723 М с генератором ШГИ 25- 100 при среднем токе 70-80 А, что обеспечивает плотность тока в 22- 25 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 выдер 3жаны с точностью 0,08 мм при допуске О, 12 мм. Высота неровности нро46154 Составитель И.Малхазова Техред Т.Дубинчак Корректор А,Обручар Редактор Л,Гратилло Заказ 1268/ 11 Тираж 1086 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 7 11 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/см 2 при энергии 5 Дж. При этом за 4,2 мин удаляется припуск, равный 0,38 мм. На втором переходе обработка ведется алюминиевым электродом- инструментом 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 молибдени медь дифундируют в поверхностныйслой валков, образуя основу, которая покрыта алюминием, Общая толщина легированного слоя составля 10 ет 0,28 мм.Затем валки используются для горячей раскатки колец подшипников ипоказывают стойкость в 4000-4500 колец до износа, что в 6-10 раз боль 15 ше стойкости валков, не проходившихлегирования,Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить размернуюэлектроэрозионную обработку с одно 20 временным легированием обрабатываемой поверхности, но так как процесслегирования осуществляется на томже оборудовании, на котором ведетсяпредварительная злектроэрозионная25 обработка, с .частием того же оператора-рабочего, без применения специального инструмента для легирования, то трудоемкость и себестоимостьдеталей в большинстве случаев ниже,З 0 чем при использовании известных способов обработки.