Нерода
М.В., Спиридонов Н.В.
УО
«Барановичский государственный университет»,
Белорусский
национальный технический университет, Республика Беларусь.
Способ магнитно-электрического шлифования газотермических покрытий
Одним из основных и важнейших условий технического прогресса любой из отраслей техники и промышленности является наряду с применением новых материалов также и применение новых способов обработки. В современных конструкциях машин требуется в ряде случаев изготовление изделий, к которым предъявляются особые требования: повышенная износостойкость и твердость, прочность и другие показатели механических свойств обрабатываемой детали. В последнее время для увеличения износостойкости деталей за счёт плазменного и газопламенного напыления применяются самофлюсующиеся твёрдые сплавы на основе никеля и хрома, легированные бором и кремнием.
[1] Специфические свойства упрочняющих покрытий заключаются в хрупкости нанесённого слоя, недостаточной прочностью его сцепления с металлом заготовки, высокой твёрдости, что затрудняет последующую механическую обработку. [2]
Интенсификация процессов резания осуществляется разработкой принципиально новых технологий, основанных на обработке поверхности детали потокам энергии, которая осуществляется путем направленного изменения физико-химических эффектов и явлений, сопутствующих процессам в зоне обработки. Особый интерес в последнее время вызывает интенсификация обработки электрофизическими способами и активация технологических средств.
Наиболее эффективными и прогрессивными способами повышения съема материала при одновременном изменении качества обрабатываемых поверхностей детали в заданном направлении являются способы, основывающиеся на рациональном использовании различных физических полей с механическим воздействием. Среди комбинированных способов обработки металлов все большее значение и распространение приобретает способ, заключающийся в воздействии электрических и магнитных полей с абразивным шлифованием на зону резания, который предложен для обработки упрочненных газотермическими покрытиями поверхностей.
Магнитно-электрическое шлифование (МЭШ), является способом комбинированной обработки токопроводящих материалов, сочетающим процессы абразивного микрорезания с электроконтактными и/или электроэрозионными явлениями при воздействии на зону обработки магнитного поля.[3]
Разрушение обрабатываемой поверхности при МЭШ происходит в результате микрорезания и пластического оттеснения металла зернами абразива, электроконтактного расплавления стружки и оплавления поверхности, электроэрозионных явлений и воздействий магнитного поля на расплав и продукты эрозии. Сочетание этих процессов определяет специфику формирования микрогеометрии поверхности при МЭШ.
Магнитное поле создается в зоне обработки между двумя сердечниками электромагнита 3 или постоянными поляризованными магнитами, а технологический ток пропускается через электрод-инструмент 1, выполненный в форме абразивного круга, и обрабатываемое изделие 2. При этом вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору технологического тока. Это достигается взаимноперпендикулярным расположением электрода-инструмента и сердечниками электромагнита, см. рисунок 1.
Технологический ток, проходя через электрод-инструмент и деталь, благодаря микронеровностям в точке контакта будет разогревать место контактирующих поверхностей и при достижении определенной температуры в точке контакта (близкой к температуре плавления) металл, находящийся частично в жидкой и частично в пластичной фазе будет вырван и выброшен из зоны контакта за счет механического движения вращения электрода-диска 1 и энергии, возникающей при взаимодействии магнитного поля создаваемого электромагнитами 3 электрического тока и магнитного поля электромагнита.
Рисунок 1 – Схема обработки детали МЭШ
Производились исследования влияния технологических режимов МЭШ на производительность и шероховатость поверхностей упрочненных газотермическим напылением, порошком СР-4, на модернизированном горизонтально-фрезерном станке модели НГФ –100. В качестве инструмента применялся абразивный токопроводящий круг ПП250Ч25Ч32 – 5С25СТ6КАЛ. Съём металла определяли на аналитических весах АДВ-200 с точностью до 10-4 г после каждого прохода. Полученные результаты по отсчету времени каждого эксперимента пересчитывались на минутный съем покрытия мм3/мин. Параметры микрогеометрии определяли по профилограммам, снятым на профилографе-профилометре АБРИС ПМ-7.
В результате исследований были получены эмпирические зависимости производительности и шероховатости поверхности от технологических режимов МЭШ на основании которых были построены с графики, (см. рисунок 2 и рисунок 3.)
V=12,5 м/с; H=0,3 мм; S=13,3 мм/с
Рисунок 2 – Зависимость производительности МЭШ поверхностей, наплавленных сормайтом от силы технологического тока и магнитной индукции
Рисунок 3– Зависимость шероховатости поверхности от электрофизических и кинематических параметров МЭШ
Из анализа диаграмм следует, что основное влияние на производительность оказывают электрофизические параметры, степень влияния факторов на производительность Q=IВVSH в порядке убывания(I – технологический ток, В- магнитная индукция, V- скорость резания, S – поперечная подача, H – глубина шлифования). Пространственная диаграмма зависимостей «производительность - технологический ток - магнитная индукция» (см. рисунок 3) имеет максимум производительности Q=1500 мм3/мин. При дальнейшем увеличении значений технологического тока более 38 А и магнитной индукции B>0,35 Тл происходит вырыв расплава металла, и образуются эрозионные лунки, что значительно ухудшает качество покрытий. Шероховатость обрабатываемых поверхностей покрытий в зависимости от технологических режимов составила Ra=1,1…0,35 мкм.
В результате проведённых исследований процесса МЭШ упрочнённых поверхностей можно сделать следующие выводы: технология МЭШ является одним из перспективных способов шлифования износостойких газотермических покрытий; МЭШ повышает производительность по сравнению с обработкой традиционным шлифованием зернами абразивного, алмазного или эльборового материала; на основе экспериментальных данных получены уравнения регрессии, устанавливающие зависимость производительности и шероховатости поверхности от основных технологических параметров МЭШ; установлено влияние электрофизических параметров на производительность процесса МЭШ покрытий с рекомендацией следующих режимов обработки I=20…38 А, В=0,2…0,35 Тл, V=12,5 м/с, H= 0,1…0,3 мм, S=13,3…15,5 мм/c; установлено влияние электрофизических параметров на шероховатость поверхности при МЭШ покрытий с рекомендацией следующих режимов I=10…15 А, В=0,2…0,3 Тл, V=12,5 м/с, H=0,05…0,2 мм, S=13,3…15,5 мм/c.
Литература:
1. Константинов В.М., Ресурсо-энергосбережение при восстановлении и упрочнении деталей диффузионно-легированными сплавами.// Мир технологий– Мн.: Технопринт, 2003. - №1 – 83 с.
2. Кожуро Л.М., Чемисов Б.П. Обработка деталей машин в магнитном поле/ Под ред. Н.Н. Подлекарева. – Мн.: Навука і тэхніка, 1995. – 232 с.
3. Шулев Г.С. Дмитриченко Э.И. Электромеханические особенности процесса шлифования деталей токопроводящими кругами // Тез. док. МНТК. – Минск, БГПА, 1995. – 34с.