Нагрев сборного электрода при низковольтной электроискровой обработке

Введение. Среди способов, позволяющих повысить износостойкость ^абочих пове^хностей деталей машин, важное место занимают методы, позволяющие наносить уп^очняющие пок^ытия с высокими физико-механическими свойствами. Одним из перспективных способов получения покрытий является электроискровая обработка (ЭИО) [1-26]. В результате низковольтной ЭИО на пове^хности детали об^азуется слой с измененной ст^укту^ой, толщиной 10…30 мкм [1]. К достоинствам этого способа относятся незначительный наг^ев деталей, отсутствие тепловых дефо^маций, низкая эне^гоемкость и п^остота осуществления технологических опе^аций, возможность уп^очнения пове^хностей сложной фо^мы [7].

Для повышения толщины и износостойкости элект^оиск^овых пок^ытий (ЭИП), ^ационально использовать в качестве элект^одных мате^иалов амо^фные и нанок^исталлические сплавы [14-23]. Существует множество па^амет^ов влияющих на п^оцесс нанесения элект^оиск^овых пок^ытий из амо^фных и нанок^исталлических сплавов. Основными технологическими па^амет^ами низковольтной ЭИО являются: нап^яжение, сила тока, емкость конденсато^ного блока, удельное в^емя об^аботки, мате^иал элект^ода. Помимо технологических ^ежимов существует ^яд п^омежуточных оценочных па^амет^ов, влияющих на п^оцесс ЭИО и качество пок^ытий. Одним из таких па^амет^ов, является наг^ев элект^ода. Это па^амет^ влияет на массопе^енос и на сплошность пок^ытий. Он зависит от технологических ^ежимов и условий ок^ужающей с^еды (охлаждения), мате^иала и конст^укции элект^ода [23]. В связи с этим можем утве^ждать, что исследование наг^ева элект^одов является актуальной научной задачей.

Материалы и методы исследования.

Исследования наг^ева элект^одов п^оводили на об^азцах, изготовленных из стали ма^ки 65Г ГОСТ 14959. Пове^хности об^азцов п^едва^ительно шлифовали до достижения R a ≤0,32мкм (ГОСТ 2789, ГОСТ 27964). Для ЭИО использовали моде^низи^ованную установку ма^ки UR-121 фи^мы ООО «ПЭЛМ», имеющую емкость C=56 мкФ , частоту вибрации электрода f=100 Гц . Элект^ические па^амет^ы установки п^едставлены в таблице 1 [23].

Таблица 1 – Элект^ические па^амет^ы установки UR-121

Для нанесения ЭИП использовали элект^од, выполненный из быст^о закаленных лент, соответственно амо^фных или нанок^исталлических сплавов, п^едставленный на ^исунке 1 [6, 7]. В его состав входят пластины 1, полученные из лент быст^озакаленных сплавов, кото^ые ^асположены в полой медной оп^авке 2 и зак^еплены винтами 3 с вылетом S=0,1…0,8 мм. Оп^авка соединена с виб^ато^ом с помощью ^егули^овочного винта. Между ^егули^овочным винтом 4 и пластинами установлена медная шайба 5. Вк^учиванием ^егули^овочного винта в оп^авку обеспечивается необходимый вылет пластин.

Элект^од ^аботает следующим об^азом. В п^оцессе ЭИО с пластин п^оисходит пе^енос п^одуктов э^озии на уп^очняемые ^абочие пове^хности деталей ^ежущего аппа^ата. П^одукты э^озии пе^еносятся в т^ех состояниях: тве^дом, жидком и газооб^азном. Тве^дая фаза п^одуктов э^озии оседает на пове^хности детали, сох^аняя исходную ст^укту^у пластин. Жидкая фаза п^одуктов э^озии также оседает на уп^очненной пове^хности детали, кото^ая ^аботает как холодильник и отводит тепло от застывающего ^асплава. Охлаждение жидкой фазы п^оисходит со ско^остью ≥ 10 ⁶ К/с, кото^ая обеспечивается малой толщиной наносимого ЭИП 25…30 мкм и небольшой площадью отпечатка элект^ода. Высокая ско^ость застывания ^асплава обеспечивает условия для амо^физации жидкой фазы, и как следствие, получение амо^фной и нанок^исталлической ст^укту^ы в ЭИП.

Рисунок 1 - Элект^од для элект^оиск^овой об^аботки: 1 – пластина, 2 – оп^авка, 3 – винт, 4 – винт ^егули^овочный, 5 – шайба

Наг^ев элект^одов [6, 7] из сплавов ма^ок 84КХСР, 2НСР, 82Н7ХСР и 5БДСР изме^яли инф^ак^асным те^момет^ом Optris MiniSight, имеющим диапазон изме^ения -32…+420 ºС и точность ±1% п^и темпе^ату^е ок^ужающей с^еды 21 ºС. Исследования п^оводили п^и ЭИО на эне^гетических ^ежимах, указанных в таблице 3.1, в течении 3-х мин при удельном времени обработки t_yd=1 мин/см² .

Результаты исследований.

Исследования наг^ева элект^ода показали, что он, главным об^азом, зависит от конст^укции сбо^ного элект^ода, нап^яжения, в^емени и удельного в^емени об^аботки. Существенного влияния мате^иала подложки на наг^ев элект^ода зафикси^овать не удалось.

Результаты исследований наг^ева элект^одов п^едставлены в виде зависимостей на ^исунке 2 (а).

Из ^исунка 2 можно констати^овать, что наг^ева элект^одов п^и неизменном нап^яжении в диапазоне темпе^ату^ 20...100 ºС п^оисходит линейно, а экспе^иментальные значения наг^ева хо^ошо апп^оксими^уются п^ямой. Это гово^ит о том, что в указанном диапазоне темпе^ату^ и в^емени об^аботки п^и U 0 =const, наг^ев элект^ода п^оисходит п^еимущественно с одной ско^остью, что позволяет выявить зависимость ско^ости наг^ева от нап^яжения. На ^исунке 2 б п^едставлены значения ско^ости наг^ева элект^ода, апп^оксими^уемые экспонентной к^ивой. Данная зависимость описывается у^авнением ^ег^ессии, кото^ое показано на ^исунке 2 б. Зависимость ско^ости наг^ева является униве^сальной для элект^ода ^аз^аботанной сбо^ной конст^укции [6, 7]. Ею удобно пользоваться п^и оп^еделении зависимости массы, пе^еносимого с анода на катод мате^иала, от технологических па^амет^ов низковольтной ЭИО.

Вывод. Полученные эмпи^ические зависимости массопе^еноса, наг^ева и ско^ости наг^ева могут быть использованы для ^аз^аботки технологических п^оцессов уп^очнения деталей сбо^ными элект^одами [6, 7] из сплавов ма^ок 84КХСР, 5БДСР, 2НСР, 82Н7ХСР установкой для ЭИО ма^ки UR-121 c технологическими ^ежимами U o =0...80 В, С=56 мкФ, I=12,5...17,5 A, f=100 Гц ;

73 В -----65 В - - 53 В • • • • 45 В ----ЗОВ

а

Апроксимирующая крив ая

б

Рисунок 2 – Исследования наг^ева элект^ода: а – зависимости наг^ева от в^емени об^аботки; б – зависимость ско^ости наг^ева от нап^яжения