CC BY
18
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
что позволяет легко согласовывать его с действующими на предприятиях прокатными линиями.
3. Многофункциональное оборудование ХГН
Разработана многофункциональная передвижная установ-
ка пистолетного типа (в виде ручного инструмента), которая позволяет наносить защитные, токопроводящие и т.д. покрытия на детали сложной формы, открытых площадках, внутренних поверхностях резервуаров и т.д., производить восстановительно-ремонтные и др. работы.
Комбинированная магнитно-имвульсная обработка режущего инструмента
А . Г. ОВЧАРЕНКО, профессор, доктор техн. наук, А. Ю. К03/1ЮК, аспирант, БТИ Алт ГТУ, г. Бийск
В настоящее время сильные импульсные магнитные поля находят всё большее применение в различных технологических операциях при обработке металлов. Это технологическое направление появилось в конце 50-х годов прошлого столетия и сразу же нашло применение в самолёто- и ракетостроении, а впоследствии в автомобильной, пищэвой, медицинской и других отраслях промышленности [1].
Накоплен большой опыт применения магнитного импульса для обработки металлов давлением, сварки металлов и снятия усталостных напряжений. Импульсы магнитного поля высокой напряжённости используются для изменения внутренней структуры материала. В частности, для изменения структуры стального инструмента с целью повышения его ресурса или увеличения режимных нагрузок на него применяется магнитно-импульсная обработка (МИО) [2].
МИО является наиболее перспективным и высокотехнологичным методом упрочнения режущего инструмента среди существующих методов, обеспечивающих изменение внутренней структуры и состояние поверхностного слоя материала. В первую очередь, это связано с минимальным временем обработки, относительно небольшими затратами на оборудование, а также отсутствием каких-либо расходных материалов.
В Бийском технологическом институте на протяжении ряда лет проводятся исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства металлорежущего инструмента. В качестве металлорежущего инструмента использовались спиральные свёрла различного диаметра от 3 до 7 мм из стали Р6М5. В ходе экспериментальных исследований выявилась существенная зависимость стойкости свёрл от напряжённости импульса магнитного поля и времени обработки. Найдено что, для получения максимальной стойкости сверла требовался или один мощный импульс высокой напряжённости магнитного поля, или несколько импульсов меньшей напряженности количеством не менее 10, что приводит к существенному удорожанию оборудования или к значительному увеличению времени магнитно-импульсной обработки.
Для разрешения этой проблемы был предложен предварительный нагрев режущего инструмента перед МИО, так как в этом случае в разогретой микроструктуре зёрна находятся в менее устойчивом состоянии, и тем самым увеличивается вероятность изменения направления векторов самопроизвольной намагниченности отдельных доменов. Это же про исходит и при увеличении напряжённости импульса магнитного поля. После МИО магнитные моменты всех доменов устанавливаются параллельно или близко к параллельности с исходным магнитным полем. Упорядоченное распределение доменов в структуре материала, а также другие, менее существенные процессы, происходящие при воздействии магнитного импульса на инструмент (смещение границ доменов, микропластическая деформация, тепловое действие импуль-
са, воздействие электродинамических сил) приводит к увеличению теплопроводности, вязкости и износостойкости инструментальной стали.
Предварительный нагрев осуществлялся непосредственно перед обработкой инструмента импульсом магнитного поля в специально спроектированном и изготовленном комбинированном индукторе, состоящем из магнитной катушки, катушки токов высокой частоты (ТВЧ) и концентратора магнитного поля.
С помощью катушки ТВЧ происходит нагрев инструмента до оптимальной температуры обработки (экспериментально найдена оптимальная температура для стали Р6М5 равная 500 °С). Концентратор магнитного поля позволил в значительной степени (примерно в 2 раза) увеличить напряжённость магнитного поля в зоне обработки по сравнению с цилиндрическим индуктором, тем самым, изменяя структуру и максимально повышая прочностные характеристики сверга в области его главных режущих кромок. Это приводит к значительному увеличению износостойкости без увеличения энергозатоат на создание более мощного импульса магнитного поля. Износостойкость сверл оценивалась по известной методике [3]. За критерий затупления сверла принималась определённая величина износа по задней поверхности.
Некоторые результаты экспериментальных исследований, полученных с помощью различных конструкций индуктороз, приведены в таблице. Полученнье результаты показывают, что тип индуктора существенно влияет на стойкость сверга после обработки. Недостатком цилиндрического индуктора является низкое повышение стойкссти за один импульс МИО. Применение же нескольких импульсов неэффективно, так как приводит к многократному увеличению времени обработки. Исключает этот недостаток индуктор с предварительным нагревом заготовки, который позволяет повысить стойкость в среднем в 1,48 раза за один импульс МИО. Комбинированный индуктор с концентратором магнитного поля позволяет получить наибольшее повышение стойкости сверла с минимальными затратами энергии и времени обработки. На ри-
Влияние конструкции индуктора аоли! на стойкость сверл при однократной МИО спиральных свёрл диаметром 4,4 мм из стали Р6М5
Вид индуктора Средняя величина повышения стойкости сверл, %
Индуктор цилиндрический 9
Индуктор цилиндрический с предварительным нагревом заготовки 48
Индуктор цилиндрический с предварительным нагревом заготовки и концентратором магнитного поля 62
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ной МИО обладает следующими преимуществами по сравнению с другими процессами упрочнения материалов:
1. Простота технологической оснастки. В качестве инструмента для обработки используется индуктор с концентратором магнитного поля, который прост в изготовлении и использовании.
2. Большая технологическая гибкость процесса. Одним и тем же индуктором можно обрабатывать детали различных размеров и коноигураций, добиваться оптимального изменения требуемых свойств металла, плавно управляя температурой предварительного нагрева области обработки и изменяя напряжённостью электромагнитного импульса.
3. Процесс легко поддаётся автоматизации и механизации, что позволяет обеспечить высокие производительность и техно-экономические показатеги технологического процесса.
4. Высокая культура производства и простота обслуживания оборудования МИО. Современная магнитно-импульсная установка может работать практически бесшумно и экологически чисто. Инструмент и узлы установки не нуждаются в смазке, отсутствует агрессивная среда. Управление и контроль над работой производится человеком или в автоматическом режиме.
Литература
1. Карасик В.Р. Физика и техника сильных магнитных полей. - М.: Машгиз, 1964. - 348 с.
2. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. - М.: Машиностроение, 1989. - 112 с.
3. Кацев П.Г. Статические методы исследования режущего инструмента. • М.: Машиностроение, 1968. - 156 с.
Разработка СВС - порошковых материалов и покрытий интерметаллидного класса для защиты поверхностей
ответственных деталей
В. В. ЕВСТИГНЕЕВ, профессор, доктор физ-мат. наук, ректор АлтГТУ, В. И. ЯКОВЛЕВ, зав. ПНИЛ СВС, канд. техн. наук, докторант, В. Ю. ФИЛИМОНОВ, ст. преподаватель, канд. физ-мат. наук, докторант,
АлтГТУ им. И. И. Ползунова
Развитие машиностроения выдвигает перед материаловедами задачи получения защитных покрытий поверхностей деталей и узлов с высокими эксплуатационными свойствами. В этом отношении большую роль играют газотермические методы нанесения защитных покрытий, однако указанные методы сдерживаются дефицитностью и узкой номенклатурой новых порошковых материалов. Одной из энергосберегающих технологий является детонационное напыление. Сочетание детонационного напыления с другой энергосберегающей техно-логией-СВ-синтеза, с помощью которого возможно получение новых композиционных порошков интерметалидного класса, позволяет получить образцы новых материалов. Для диагностики параметров горения в реальном времени создан экспериментально-диагностический комплекс, основой которого является компьютер, оснащенный системами ввода аналоговых сигналов от различных датчиков.
Основой комплекса является установка детонационного напыления «Катунь М», предназначенная для нанесения покрытий из порошковых материалов на рабочие поверхности различных изделий с целью придания им качественно новых свойств по сравнению с исходным материалом. Детонацион-
20
250
500 750 1000 Г,°С
Рис. Экспериментальные зависимости повышения стойкости и от температуры предварительно-о нагрева Т спиральных свёрл диаметром 4,4 мм из стали Р6М5: 1 - свёрла, обработанные в индукторе с концентратором магнитного поля;
2 - свёрла, обработанные только в цилиндрическом индукторе.
сунке представлены зависимости повышения стойкости свёрл от их температуры нагрева перед обработкой в комбинированном индукторе с концентратором магнитного поля и без него.
Проведенные исследования показали, что обработка в индукторе с концентратором магнитного поля происходит значительно эффективнее, поэ~ому такие индукторы наиболее перспективны для МИО.
Разработанный технологический процесс комбинирован-
стоол
долатор
хранение \ствольюй насаОкщ
«оаиаменитель
отверстия для итшн н.ки I)татор<
подин) рабочих газов
фор камера
но-газовая установка «Катунь М» (рис.1) состоит из следующих основных узлов: блок управления; напылительный блок,
Рис.1. Общий вид установки для детонационного напыления Катунь-М.
