Способ обработки металлов и сплавов

0 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХОПУБЛИ К 2 23 Р 1/1 УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ЕНИ САНИЕ ИЗОБРЕ РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ОПИ КА 3431345/2530,048207.0783. БМ.Я. Чмир,ШлыковТульский орЗнамени пол нактл,25.А. Могнльннко ествасти.абатыала тем, что, обработки процесса, ваемую за ена Трудового 1( технический инс с щФ ог ут. (21) ;(22) (46) (72) и Ае 8. 8)В.Н. и др. Физик обработки. М.,(54)(57)СПЛАВОВ атокопроворолнта,ПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОразивным инструментомдной связке в среде элет л и ч а ю щ и й сс целью повышения качи снижения энергоемкона инструмент или обротовку подают потенциэлементом из природного алмаза или синтетического поликристаллического материала ( карбонит, исмит, балас, гексанит) с поляризацией заготовки фиг. 1) и инструмента (фиг. 2), а также к сверлению отверстий алмаз ными сверлами с. нанесенным гальваническим способом рабочим алмазоносным слоем при поляризации инструмента ( фиг. 3 ) и заготовки ( фиг, 4) .Принципиальная электрическая схема 35 источника поляризации представленана фиг, 5. На фиг. б показан энерге тический (потенциальный) рельеф сплава ЮН 14 ДК 24 над поверхностным слоем, а на фиг. 7 его микрострук тура, Химические связи в карбидах,входящих в состав твердых сплавов, характер их изменения представлены соответственно на фиг. 8 и 9. На фиг, 1-4 приняты следующие 45 обозначения: заготовка 1, инструмент 2, токопровод 3, сопла 4 дляподвода рабочей жидкости,инаправления вращения инструмента ирабочей подачиА (, ВС ) - клемма дляподвода электрического потенциала отисточника питания. На фиг. 5 Трпонижающий трансформатор, М - выпрямительный мост, Д,Ь, С - клеммыисточника соответственно для поля ризации отрицательным, положительными переменным потенциалом. На фиг. 6и 7 кристаллиты 5 ( зерна сплава),включения бпримеси), 3 и с- фазы .сплава, % - энергетический рельеф.На фиг. 9 1 - направление снижения 60 энергии металлической связи Ме-С,П - направление роста энергии ковалентной связи Ме:Ме и снижениеэнергии металлической связи Ме:Ме.Способ осуществляется следующим 65 образом. Изобретение относится к электрофизическим и электрбхимическим методам .обработки, в частности к комбинированным способам обработки металлови сплавов, сочетающим воздействиеабразивнОго инструмента и электрического потенциала на обрабатываемуюповерхность, и может быть использовано при различных схемах шлифования,хонингования, доводки, суперфиниширования и выглаживания,Известны способы точения и сверления с применением электрическоготока, предусматривающие регулирование естественной термо-ЭДС при:проведении указанных операций и возможность управления эффектом ее действия за счет ввода дополнительногоэлектрического тока, протекающегомежду инструментом и заготовкой,вследствие приложения внешней ЭДСот специального источника питания,где внешняя положительная ЭДС усиливающая ток термо-ЭДС) ускоряет доставку электронов к поверхностямэлектродов, повышает ионизацию кислорода и остаточную миграцию заряженных частиц 1,Отрицательная внешняя ЭДС, напротив, затрудняет миграцию необходимыхдля ионизации кислорода электронов.Если в первом случае окисление наконтактных поверхностях интенсифицируется то во втором - .интенсивность окислительных процессов сни"жается, способствуя образованию тонких и прочных пленок. Оба отмеченныхфактора ведут к повышению стойкостиинструмента и улучшению процесса резания, ФъВ межэлектродном промежутке ( МЭП)при этом в результате наличия высокой напряженности электрического поляпротекают слабые или сильные токи, электрические разряды. При протекании сильных токов выделяетсязначительное количество теплоты. Изменение химического состояния контактирующих поверхностей способствуетинтенсификации съема припуска присовмещении действия электрическоготока с резанием резцом или со сверлением,К недостаткам известных способовобработки относятся: наличие дополнительных агрегатов и устройств,усложняющих обслуживание и эксплуатацию установок, увеличивающих потребность в производственных площадях; низкое качество обработки иналичие дефектов поверхностного слояв результате электрических разрядовв МЭП; наличие макродефектов наобрабатываемой поверхности в результате локальных коротких замыканийэлектродов", необходимость введениязначительного количества энергии взону обработки, что удорожает стоимость изготовления деталей; электрическая энергия, используемая дляинтенсификации съема при точенииили сверлении, не регулируется, недозируется, подводится без учета 5 свойств обрабатываемого материалаи его структуры.Цель изобретения - повышение качества обработки и снижение энергоемкости процессов обработки метал- О лов и сплавов.Поставленная цель достигаетсятем, что в процессе обработки абразивным инструментом с использованием токопроводной рабочей жидкости 5 на инструмент или обрабатываемую заготовку подают, потенциал.Для поляризации электрода используют постоянное напряжение положительной или отрицательной полярности,или же переменное напряжение. На чертежах приведены примеры реалиэации способа применительно к.Эле- мент б 2 б 6 2 Включают привод инструмента 2 (фиг. 3 и 4) или заготовки 1 (фиг.1) и 2 , через сопло 4 подают в зону обработки рабочую жидкость, на заготовку 1 или инструмент 2 подают электрический потенциал путем соединения клеммы А(В,С) (фиг. 1-4) с одной из клемм источника поляри" зации А,В или С (фиг.5), получая соответственно отрицательный положительный или пременный потенциал. 10Схема обработки (фиг. 3 и 4 ) может быть реализована при внутреннем шлифовании и хонинговании при наличии возвратно-поступательного движения инструмента. 5Органами управления станком устанавливают рабочие режимы, заготовка 1 и инструмент 2 сближаются,. вступают во взаимодействие, производится съем припуска. В результате отсутствия тока в пространстве между ними, наличия несовершенств структуры металлов и сплавов под воздействием абразива и электрического потенциала при обработке набюнодается усиленное проявление струк.турно-чувствительных, свойств материала, выражающееся в электрохими. ческой гетерогенности ( ЭХГ) поверхности, т.е, различное значение потенциалов ф на различных микроучаст- ЗО ках обрабатываемой поверхности 5 (Фиг.б) вследствие негомогенности ее энергетического рельефа. ЭХГ проявляется на границах зерен, фаз, блоков, различных включечий, микро ,неровностей, микротрещин,. пор. Проявление ЭХГ определяется характером микроструктуры материала, его химическим составом, в большей степени проявляются на.поверхности круп" 4) .нозернистых" сплавов, к которым от носятся магнитнотвердые сплавы, а также - металлокерамические твердые.Указанная ЭХГ поверхности создается в результате различной поляризуемости составляющих сплав химических элементов и элементов микроструктуры зерен, фаз, блоков, включений (фиг. 7), Разность потенциалов между кристаллитами (зернами)и включениями составляет 20- 50 25 мВ, между соседними зернами - 15- ,20 мВ, на границах блоков и фаз 4-5 мВ ( фиг. 6). В результате взаимодействия микроучастков поверхности, имеющих различные потенциалы поляризации, осуществляется бо-. лее эффективное.микрорезание при пониженных нагрузках на режущий элемент и силах трения, более низких температурах в зоне обработки и при полном отсутствии выделения Джоулева тепла. Обработку ведут в условиях снижения влияния термомеханической активации краевых дислокаций, расположенных на границе фаз между фазами различной твердости, на их взаимодействие с включениями, что исключает возможность зарождения микротрещин в хрупких элементах микроструктуры. Кроме того, окруженные полем упругих напряжений области над краевыми дислокациями испытывают напряжения сжатия, а под ними - растяжения, т.е. образуется поле сдвиговых искажений, влияющее на взаимодействие дислокаций: между собой и с дефектами упаковки, на образование субмикроэлектрохимической гетерогенности. Примеси, расположенные вблизи дислокаций, в обычных условиях создают атмосферу Коттрела, препятствующую движению дислокаций и закрепляющую их. Наличие участков с различной величиной потенциала поляризации способствует усилению движения дислокаций, снижению сопротивления материала микрорезанию.ЭХГ поверхности меняет энергетическое состояние атомов и электронную структуру поверхности в наибольшей степени.в металлах и сплавах, имеющих в своем составе переходные элементы Со, И 1, Ге, Т 1, Ч, Сг, Ег, ХЬ, Ма, НЕ, Та, Ж. В основе сопротивления материалов микрорезанию, в частности сплавЬв на основе переходных металлов, лежит характер ( фиг. 8 ) и энергия химических связей (фиг. 9) в карбидах, и электронное строение компонентов, входящих в состав наиболее широко используемых конструкционных и инструментальных материалов. В табл. 1 представлено электронное строение элементовТаблица 11027007 Продолжение табл, 1 Эле- мент г 6 2 6 г г г 2 2 2 6 иь 10 12 о г 6 6 1 2, 2 3 2 2 6 2 6 2 6 10 126101 2 2 6 6 ЩМХимические связи обозначаются следующим образом: металлическая Ме - С, Ме - Ме, ковалентная Ме:Ме С:С, ковалентно-металлическая резонирующая связь Ме;Ме. В сплавах на основе карбидов в нормальном состоянии энергия металлической связи Ме-С уменьшается внутри групп периодической системы элементов Д,И. Менделеева в сторону увеличения атомного нбйера карбидообразую-. щего металла (фиг. 9, направление 1),При подведении дополните ьного 4 потенциала в процессе съема нрипуска происходит возбуждение и удаление отдельных атомов из решетки карбидов. Так, при удалении атомов углерода разрывается металлическая 4 связь Ме-С, освободившиеся электроны металла переходят в состояние, соответствующее усилению взаимодействия Ме-Ме, поскольку Б Р - конфигурации остальных атомов углерода стабилизируются нелокализованными электронами металла, электронное равновесие между связями Ме-Ме и Ме-С нарушается. Прочность межатомной связи, определяемая в основном незаполненными конфигурациями, на 5 рушается, Нарушение связывающей стабильности электронных конфигураций атомов способствует понижению энергии за счет усиления резонирующей ковалентно-металлической связи. конной вый 65 игур трук ываю табилизация электронных ций и изменение электро уры поверхностных слоев нарушение энергетическ 1тустойчивости свободных полузапол- ЗО;неиных и полностью заполненныхорбиталей. Перераспределение электронов по состояниям приводит к нарушению всех связей в зависимости отсостояния последнего д -подуровня Зу элемента. Энергетические потери приразрыве ковалентных связей Ме:С некомпенсируются при образовании дополнительных связей Ме-Ме. Рост деФицита атомов углерода в карбидахснижает йх устойчйвость и.суммарную прочность металлических связейв результате снижения термодинамической устойчивости системы. Снижение термодинамической устойчивости влечет за собой анижение энер гетических затрат на микрорезание.Разность потенциалов между отдельными элементами микро- и макроструктуры не достигает значения потенциалов анодного растворения ме- О таллов, входящих в состав известных сплавов, поэтому электрохимического растворения (ЭХР) обрабатываемой поверхности не наблюдается.Протекающие между многочисленнымимикроучастками с различными потенциалами поляризации микротоки неосуществляют ЭХР, электрохимическиереакции в МЭП,отсутствуют. На обрабатываемой поверхности заготовки ина рабочей поверхности инструментапассивная пленка непоявляется. Токопроводная рабочая жидкость служитдля протекания мнкротоков между имеющими различный электрический потенциал элементами микроструктуры идля передачи потенциала с одного10 1027007Ю ЮМЮ й ф имн МЦц о ее И н Р Я ) аоо сФ 3 ХО нцо рао ЮЭ Ъ Ф Че ФХЮ й Ю Фжн хцо оее м н Рфю Хонцо ьаож 1 дд е хооя и г.сЮож в 1 д 1 Венао сч о,4 г 4Ич м йЭ Ы о.й Рсч оМ зФО а аоюо а 5 е хауаоа нхФфаж ехааею озноба юйв хоо а В еоо ОДЕР Юое но. нер део : оюоВхо % 1 1еоВаеоо 59 хеоонии аайоойеВеа хххнхоових ЕХ 93. ОЦЕ 33 ЕХ еаеощхоаохх13ей еа воео хц 3.о ае Е О 3333 о оа 33 "Х МЗ О 3 оо х х О 33 И ) о ф,хх е,эо хозн. оех ео ан 1,аоЗа. 13 ХХН 3 ЬНЗЭН 4 оо Я йвх 5333 аано.3 ео хххн -аиа ехеьнэоаы каеоадхоо 3 О 1 О оц хх кое ад охо нц хд ое нэо не они о Е 1 э иЙл 1 1 1 1Испытания показали, что несмотря на значительную производительности базового способа,.его применение при обработке твердых и магнитно- твердых сплавов нежелательно, так как сопровождается повышенным износом инструмента и энергоемкостью.На обработанной поверхности сплава ВК 15 создается сетка микротрещин, а поверхностный слой обеэуглероживается в результате прохождения меж-1 О ду электродами контактно-дуговых токов и выделения Джоулева тепла.Таким образом, базовый способ мо" жет быть рекомендован на операциях предваритеЛьной. обработки твердых 15 сплавов с оставлением значительного припуска. В ряде случаев дефектный слой превышает грипуск, существующий у твердосплавных заготовок после их спекания. Для обработки магнитных сплавов способ вообще не применим, так как сопровождается макро- дефектами поверхности, исправление которых на последующих операциях невозможно.Применение способа позволяет совмещать в одной операции предварительную и окончательную обработку, полностью исключает прижоги электрического происхождения, создает воэможность сохранения исходной структуры поверхностного слоя или получение заданной.4-ТаиФ.Р Составитель Р. Никматулинлинич Техред А.Бабинец Корректор Л. Боквцщ дакто дписн 4/5 таВ Е ЕЮЮВта Юаь ЮЮлиал ППП "Патентф, г. ужгород, ул, Проектная, 4 Заказ 4639/18 Тираж 1106 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ромнтета ССС открытийущская наб.,