Способ нагрева вращающихся деталей электрическими разрядами

(51)5 Н 05 В 7/18 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТ СОБ НАГРЕВА ВРАЩАЮЩИХСЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ РАЗРЯДА(54) СПОДЕТАЛЕМИ(57) Использовани быть применено пр рабатываемых мате ластях машиностро тения: способ нагрев электрическими раз скание электрически ваемой поверхность Длину электрически пределах (0,02-0,07) туру нагрева поверх лируют по длител разрядов 1. Величи данного соотнощен мощности дуги и незначительной продолжительности нагрева детали, вращающейся со скоростью, соответствующей скорости резания,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому способу нагрева является способ нагрева деталей импульсными разрядами, при котором предварительно определяют частоту самопроизвольной пульсации тока в дуге при его максимальной амплитуде и на дугу дополнительно подают ток с указанной частотой 2). По сравнению с нагревом деталей сварочной дугой известный способ нагрева обеспечивает повышеобласти элекектронагреву нение при обмых материаготовления машиностроотносится к стности к э найти приме брабатывае мых для и ных областях соб нагрева вращающихся ической дугой, которую держивают между электемой поверхностью детадостаток известного спосочается в низкой пройзвоботки деталей из-за малой(71) Уфимский авиационный институт им, Серго Орджоникидзе(56) Сварка в машиностроении. Справочник. -М,: Машиностроение, 1978, т,1, с.16-17,Авторское свидетельство СССРМ 928676, кл. Н 05 В 7/18, 1980,Строшков А.Н. и др. Обработка резанйем труднообрабатываемых материалов с нагревом, - М.: Машиностроение, 1977,с.14-17.Такунцов К,В, Исследование технологических закономерностей эрозионно-химической обработки с применением вращающихся электродов, Автореферат дис, на соиск, учен. степени канд, техн. наук - Уфа:УАИ, 1981,Электронная обработка материалов. -1988, Ь 1, с,7-9. Изобретениетротехники, в чадеталей, и можетработке трудноолов, применяедеталей в различения.Известен сподеталей электрнепрерывно подродом и нагрева. ли(1),Основной неба нагрева заклюдительности обра е: изобретение может и обработке труднообриалов в различных обения. Сущность изобреа вращающихся деталей рядами включает пропух разрядов между нагрею детали и электродом. х разрядов выбирают в мм. Заданную темпера- ности детали Тн контроьности электрических ну тц определяют из заия, 2 ил., 1 табл.1750070 При этом значения 0,1,определяют, экспериментальным путем в зависимости от длины дуги электрических разрядов,Частоту вращения детали определяют 5 по формуле(2) 1 Зс,у 4 йдогЗ/2 Т 3 Вйя.0,5,1 д= - "6 ао М 3= - .(4)Пцц ,.: " В/р35где О, 1 и - среднее значение напряжения и По вычисленному значению 5 определяют" но; .;:.. температуры нагрева от Б для некоторыхи - коэффициент полезного действия труднообрабатываемых материалов прирэзрядов, .40 ведены в ряде таблиц работы 31 и другихи - число разрядов; генерируемых за . справочниках по металлообработке. При отвремя поворота Детали на угол, соответству.- сутствии этих данных необходимо Я опреющий длине дуги окружности, на которой делять эксперимейтэльно в зависимости отзазоры Междудеталью и электроДом не пре- температуры Тн по формуле (3).-" вышают предельного знэченйа длины элек. Скорость вращения диска 2 определяюттрической дуги(0,07 мм);, . изусловия предотвращения перехода генес, у, ао-удельная теплоемкость, плот- рируемых электрических дуг в сварочнуюность и коэффициенттемпературопровоД-. согласно работ 4) и 5 или экспериментальности обрабатыВаемого материала соответ- но. В процессе обработки детали необходиственно;.мо введение контроля за температуройе - основание натурального логэриф- нагрева обрабатываемой поверхностидетама; :;. ли,- времв между двумя электрйцескими В связи с тем, что контроль темперэтузарядэми;, . ры Тн в зазоре между деталью и электро 8 - глубина нэгреваемого слоя детали 55 дом. равным 0,02-0,07 мм, представляет(равная глубине срезаемого слоя); значительйые трудности и не обеспечиваВ - радиус нагреваемой поверхности ет заданной точности, то предложено контролировать заданную температуру Т, поа вращения обрабатываемой длительности импульсных разрядов с помощью электроприборов (осциллографов,детали,аЪ - частотдетали,ние производительности обработки деталей,Однако он обладает следующими недостатками; малой производительностьюобработки деталей из-за низкой скоростинагрева участков детали, подлежащих обработке; неудовлетворительными экологическими условиями нагрева из-заобразования вредных паров, газов, свето вых и шумовых эффектов; низким качеством.поверхностного слоя детали, в особенностипри чистовой обработке деталей (т.е, с малыми припусками на обработку), из-за образования трещин и глубоких структурныхизменений.Цель изобретения - повышение производительности обработки и качества обрабатываемых поверхностей детали за счет. выбора длины дуги,Поставленная цель достигается тем, чтов способе нагрева вращающихся деталей,включающем пропускание электрическихразрядов между нагревэемой поверхностью детали и электродом, длину электрической дуги выбирают в пределах 0,020,07 мм, Заданную температуру нагрева обрабатываемой поверхности детали Тн контролируют подлительности электрическихразрядов 1, величину которой определяю 1"по формуле 10где Яр - скорость резания при обработкедетали, равная Яр = м В;Л - коэффициент теплопроводности обрабатываемого материала;с - истинный предел прочности обрабатываемого материала; который определяют по уравнениюО)(= ив(1.+ 4, (3)где Ъ, д - предел прочности и относитель 20 ного удлинения обрабатываемого материала соответственно,Ввиду того, что величина 3 не являетсяпостоянной, а завйсит от конкретного значения температуры нагрева Тн, то ее факти 25 ческое значениеопределяют по формуле(2),в которой значение Ир определяют согласно работы 4) и уточняют по заданной производительности обработки или по числузаданного выпуска деталей. В этом случае30 формулу(2) преобразуют в виде10 рических разрядов (осциллографов,15 импульсных вольтметров, самопишущихусловия нагрева детали и качество обраба-,20 тываемой детали. 30 35 40 50 55 импульсных самопишущих вольтметров и т,д,). При этом, как показывают эксперименть 1, корректирования длительности импульсов не требуется для большей части материалов, применяемых в современном машиностроении. Исключение составляют медные и алюминиевые сплавы, обладающие высокими коэффициентами теплопроводности и температуропроводности, в 30 - 60 раз превышающими соответствующие значения теплопроводности жаропрочных, титановых и высокопрочных сплавов, трудноподдающихся обработке механическим резанием,На фиг.1 изображена схема устройства для осуществлеНия предлагаемого способа; на фиг,2 - относительное расположение дискового электрода и нагреваемой детали с обозначением минимального и максимального зазоров, а также зоны их расположения в процессе обработки,Устройство для осуществления способа ,нагрева вращающихся деталей содержит генератор 1 импульсов электрического тока, дисковый электрод 2, шинопроводы 3 и 4, 2 электродвигатель 5, щеткодержателй 6 и 7, меднографитовые щетки 8 и 9, приспособление 10 для базирования нагреваемой детали 11, подключаемую в процессе обработки к положительному полюсу генератора 1. Диск 2 устанавливают на валу электродвигателя 5, Меднографитовые щетки 9 посредством шинопровода 3 соединены с генератором 1 импульсного тока и контактируют с наружной цилиндрической поверхностью дискового электрода 2, Меднографитовые щетки 8, расположенные в щеткодержателе 7, соединены с помощью шинопровода 4 с генератором 1 и находятся в контакте с наружной поверхностью приспособления 10, в котором базируется обрабатываемая деталь 11, Приспособление 10 устанавливают на шпиндель станка,Способ нагрева вращающихся деталей осуществляют следующим образом,Обрабатываемую деталь 11 и дисковый электрод 2 устанавливают по отношению друг к другу с минимальным зазором Яюп. как показано на фиг,2, который равен 0,02 мм; Деталь 11 и дисковый электрод 2 приводят во вращение с частотами вращения йЪ, йк Частоту вращения детали йЪ принимают равной частоте, соответствующей скорости резания (В/р), т,е. Яр = иь В, а частоту вращения электрода 2 выбирают из условия отсутствия осаждения материала электрода 2 на обрабатываемой поверхности деали 11 с учетом данных, приведенных в работах 4,5). Ввиду того, что температуру нагрева поверхности детали 11 контролировать в процессе обработки не представляется возможным из-за малых зазоров между нагреваемой поверхностью детали и электродом (фиг.2), контроль температуры нагрева Тн осуществляют посредством измерения длительности импульсныхразрядов, которые рассчитывают по формуле (1),Длительность импульсных разрядов определяют по показаниям электрических приборов, измеряющих временно-амплитудные значения напряжения и тока электимпульсных вольтметров и амперметров), Применение электрических дуг в пределах 0,02-0,07 обеспечивает наилучшие Зависимость скорости обработки детали и качества обрабатываемой поверхности от длины дуги приведены в таблице Как видно из таблицы, нагрев поверхности детали электрическими разрядами, длина дуги которых менее 0,02 мм, ведет к неустойчивости разрядов, местному оплавлению участков нагреваемой детали, в результате чего скорость нагрева и производительность обработки детали снижаются на 30/о,Как видно из таблицы оптимальная длина электрической дуги находится в пределах 0,02 - 0,07 мм. При превышении длины дуги свыше 0,07 мм электрическая дуга не образуется. Для ее образования необходимо повышение напряжения на электродах, что ведет к неустойчивому разряду и снижению производительности обработки, т.е. делениям, аналогичным при длине дуги 0,01 мм,В процессе нагрева и обработки деталиэлектрод 2 перемещают в осевом направлении со скоростью Чр, величина которой соответствует скорости удаления нагретогослоя детали режущим инструментом 12.. П р и м е р 1. Производят нагрев имеханическую обработку .вала центробежного насоса из труднообрабатываемого материала 12 х 18 Н 9 Т, Размеры вала: диаметрнаружной поверхности 80 мм, длина вала370 мм,Нагрев и обработку производят при следующих режимах:Напряжение междуэлектродом 2 и деталью 11 24 ВТехнологический ток(амплитудное значение) 400 АЗазор между нагреваемой поверхностью детали0,1 м/с 11 и электродом 2 0,04 ммВремя действия импуль-зсного разряда 5 10 сВремя между разрядами 1 10с .Температура нагрева 5поверхности детали 1270 КГлубина нагреваемогослоя 0,2 ммСкорость нагреваповерхности детали . 10(скорость резания)Частота вращениядетали 28 1 сВремя обработки детали машинное) 27 мин . 15Скорость перемещениярежущего инструментав осевом направлении ОЯ 40 м/сП р и м е р 2, Производят нагрев и механическую обработку вала центробеж ного насоса, обрабатываемый материал и размеры которого приведены в примере 1.:Нагрев и обработку производят при следующихпараметрах;Напряжение между . 25электродом и деталью 27 ВТехнологический ток 300 АЗазор между нагреваемой поверхностьюдетали и электродом 2 0,03 ммВ,ремя действияим- пульсных разрядов 0,005 сВремя следованияразрядов 0,015 сСкважность разрядов 3 35Температура нагреваповерхности детали 1350 КСкорость нагреваповерхности детали 0,12 м/сЧастота вращения 40детали . 32 1/сСкорость перемещениярежущего инструмента 1,2 10 з м/сВремя обработкидетали (машинное) 18,5 мин 4Предлагаемый способ нагрева вращающихся деталей обеспечивает повышение производительности обработки на 31, снижение себестоимости обработки на 27, снижение расхода электроэнергии на 29, 50формула изобретения Способ нагрева вращающихся деталей электрическими разрядами, включающий пропускание электрических разрядов между поверхностью нагреваемой детали и электродом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности обработки и качества нагрева поверхности детали, нагреваемую деталь и электрод устанавливают с зазором, выбираемым в пределах 0,02-0,07 мм, а заданную температуру нагрева поверхности детали Тн контролируют по длительности электрических разрядов 1 ц величину которой определяют по формуле зя 4 й 4 аогде Оц,ивтока электно;Г- вре реднее значен ческих разряд напряжения и соответствен между дву ектрическим разряд с, у, ао-удельн ность и коэффициен сти обрабатываемо ственно;пц в ,число разр время поворота дета ющий длине дуги о зазоры между детал вышают предельно ской дуги, 0,07 мм;ц - КПД разряд ая теплоемкость, плотт температуропроводного материала соответядов, генерируемых за ли на угол, соответствукружности, на которой ью и электродом не прего значения электричеов.5 - глубина нагреваемого В - радиус нагреваемой тали;а - частота вращения на оя детали оверхност гре тали; е-основ логарифма,натурально При предлагаемом способе нагрева значительно улучшаются экологические условия: отсутствуют выделения вредных паров, газов, образования шума, световых эффектов. Данные получены на основе расчетой и проведенных экспериментов.лина ги, мм0,010,020,03 0,04 0,050,06 0,070,08 Показатель и о есса наг еваНагрев происходит неустойчиво: наблюдается переход разрядной дуги в сварочную, наблюдается местное оплавление участков детали, снижение скорости обработки до 70 6 Процесс нагрева протекает устойчиво, оплавление участков наобрабатываемой поверхности не наблюдается Процесс нагрева протекает устойчиво, но для достижения заданной температуры нагрева требуется время большее на (812) 7 ь, что снижает производительность обработки на 12Процесс нагрева протекает устойчиво, время, затрачиваемое на нагрев и обработку увеличивается в среднем на (15-20 ф Наблюдается отсутствие электрической дуги между деталью и электродом, Повышение напряжения дуги ведет к ухудшениюкачества пове хности етали1750070 Составитель Э, ВетроваРедактор М. Ян Техред М.Мортентал Корректор кович и Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 2605 8 НИИПИ Госуд Тираж венного комитета 113035. Москва, Ж Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР5, Раушская нэб 4/5