CC BY
16
УДК 621.9.048
Ю.К. Машков, YilK. Mashkov,
*М.Ю. Байдарацкая, М. Yu. Ba\ baratska\>a,
Б.Ш, Лшибаева, B.SH. Alimbaeva, е- mail: botagaz.alimbaeva@mail. ru Омский государственный технический университет, г. Омск. Россия: Omsk State Technical University, Omsk, Russia
^Омский автооронетанковый инженерный институт г. Омск, Россия Omsk autoarmoured engineering institute.. Omsk, Russia
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ TP ИБО СИСТЕМ
OPTIMIZATION OF TECHNOLOGICAL MODES OF ELECTROSPARK PROCESSING OF DETAILS TRIBOSISTEM
В работе приводятся результаты оптимизационного исследования технологических режимов электроискровой обработки стальных поверхностей. Показано, что увеличение напряжения в импульсе при одновременном увеличении разрядной емкости конденсаторов приводит к снижению скорости изнашивания металло-
85
полимерных трн&оснстеы. С нспользованиеы метода «крутого восхождения» определены оптимальные режимы обработки.
Results of optimizma research of technological modes of electrospark processing of steel surfaces are given in work. It is shown that the increase in tension in an impulse at simultaneous increase in digit capacity of condensers leads to decrease in speed of wear nuetalpolymeric the tribosystems. With method use "a cool ascension" optimum modes of processing are defined.
Ключевые слова: электроискровая обработка, скорость изнашивания, факторный экспери-
мент, оптимизация, легирующий электрод
Keywords: elecrrosparkprocessing, wear speed, factorial experiment, the optimization, alloying electrode
Введение. Современные технологии поверхностной обработки материалов основаны на применении концентрированных потоков энергии и вещества. Одним из таких перспективных методов поверхностного модифицирования является электроискровая обработка (ЭИО), позволяющая получить поверхностные слои с уникальным комплексом физико-механических свойств [ L].
Анализ результатов применения метода ЭИО стальных поверхностей показал, что режимы энергетического воздействия оказывают неоднозначное влияние на физико-механические и триоотехнические свойства материала. В ранее выполненных работах [2, 3] авторами было исследовано влияние условий и технологических режимов обработки на мик-ротвердосгь, фазовый состав и толщину сформированных покрытий. Было установлено, что в зависимости от энергетических режимов искровой обработки микротвердостъ покрытия может в 2,0-3,0 раза превышать микротвердость стальной основы. При этом не было изучено влияние модифицирования материала на триоотехнические свойства формируемого покрытия.
Целью данного исследования является оптимизация режимов искровой обработки путем исследования зависимости скорости изнашивания металлополимершш пары трения от технологических параметров ЭИО.
Оборудовав не н методика эксперимента. Обработка образцов стали 15ХГН2ТА осуществлялась на установке IMES-Û1-2, предназначенной для ЭИО деталей машин. Обработку проводили на различных режимах: напряжение в импульсе U = 80-120 В. разрядная емкость конденсаторов С = 34-150 мкФ, продолжительность обработки t = 4-5 мин/см2.
Исследование износостойкости (скорость изнашивания) производили на специальной установке, созданной на базе настольного сверлильного станка. В рабочем узле установки реализуется торцовая схема трения «палец-диск». Контробразцом служил цилиндрический палец диаметром 5 мм из композиционного материала на основе ПТФЭ (СКГ-4,5%масс; БС-1,5%масс; МоЗг-2,5%масс: Ф4-91,5%масс)_ Методикой предусматривалось испытание комплекта из трех полимерных контробразцов в течение грех часов с каждым металлическим образцом при контактном давлении Р = 2,66 МПа и скорости скольжения V 1,20 м/с. После каждого испытания контробразцы протирались, сушились, взвешивались на микроаналитических весах ВЛР-200 с погрешностью не более 0?25 №.
Влияние технологических режимов электроискровой обработки на скорость изнашивания сопряженных полимерных контробразцов изучали с использованием метода планирования многофакторного эксперимента. С целью оптимизации режимов ЭИО с электродом ИМХ2, при использовании которого получены наилучшие результаты на предварительных этапах исследований [3], был разработан и реализован план полного факторного эксперимента N = 2J = 3. В качестве функции отклика была приняла скорость изнашивания полимерных контробразцов.
Независимыми факторами были приняты: Xi - напряжение между легирующим электродом и поверхностью образца; Х3 - разрядная емкость конденсаторов; XJ; - продолжительность обработки. Математическая модель для зависимости скорости изнашивания была при-
няла в виде полинома второго порядка, учитывающего главные эффекты и эффекты взаимодействия:
Т = Ь0-ЕЬ1Х1 + ЕЬ„Х1.1
где Ьо, IV Ьу - экспериментальные оценки теоретических коэффициентов регрессии.
Результаты исследований и их обсуждение. Технологические режимы и полученные средние .значения скорости изнашивания представлены в табл. 1. После расчета коэффициентов уравнения: регрессии и проверки их 'значимости по критерию Стьюдента ^ получено уравнение:
У = 6,91 -0.41Х1-0,44Х2-ОЛ6Х1Х2.
Из полученного уравнения видно, что при увеличении напряжения в импульсе X] и разрядной емкости конденсаторов Х: скорость изнашивания уменьшается. Совместное влияние напряжения и разрядной емкости также вызывает уменьшение скорости изнашивания полимерных конгробразцов. Следовательно, для уменьшения скорости изнашивания необходимо увеличивать разрядную емкость конденсаторов и напряжение в импульсе.
Таблица 1
Условия полного факторного эксперимента и результаты испытаний стали 15ХГН2ТА после ЭИО
Технологические режимы Исследуемый параметр
№ образца (независимые факторы) оптимизации
Напряжение в импульсе и, В (X,) Емкость конденсаторов С. мкФ (Х0 Продолжительность обработки 1, мин/см" (X}) Скорость нгнашнвання мо^г^оО
1 80 34 4 7.4
2 120 34 4 7.4
3 80 150 4 7,2
4 120 150 4 6
5 80 34 5 7.8
6 120 34 5 <5.8
7 80 150 5 6.9
8 120 150 5 5:8
На основе полученного уравнения определяли направление движения по градиенту независимых факторов в зону оптимума и проводили «мысленные» опыты, которые заключаются в вычислении значений функции отклика в точках факторного пространства, лежащих на пути к оптимуму. В таблице 2 представлены результаты движения по линии крутого восхождения. Для удобства расчетов кодовые .значения факторов переведены в натуральные путем декодирования и результаты мысленных опытов определяли по уравнению в натуральных значениях параметров:
1= (8,39 - 0.0078и-0.0062С-0,0001 ЗЗиС)>=104 г/ч,
где и - напряжение в импульсе. В: С - емкость конденсаторов, мкФ.
Опыты были прекращены при емкости С к 253 мкФ. Из табл. 2 видно, что параметр оптимизации (скорость изнашивания) имеет минимальное 'значение в 6-м (мысленном) опыте, а в 7-м (мысленном) опыте скорость изнашивания возрастает. Это дает основание считать, что область оптимума достигнута, и дальнейшее исследование по оптимизации проводить нет необходимости.
Таблица 2
Условия и результаты оптимизационного исследования
Опыты на линии крутого восхождения Факторы Параметр оптимизации
XI Напряжение в импульсе, В X; Разрядная емкость конденсаторов, мкФ
1) Мысленный 108 11.5 6,55
2) Реализованный 116 138 6.13
3) Реализованный 124 161 5,67
4) Реализованный 132 184 5.15
5) Мысленный 140 207 4.59
б) Мысленный 148 230 3.97
7) Мысленный 156 253 5.44
Заключение, Для достижения минимального значения: скорости изнашивания образцов ГШМ при трении по модифицированной стати 15ХГН2ТА оптимальными режимами электроискровой обработки являются следующие: напряжение и® 145-150 В, разрядная емкость конденсаторов С я; 220-230 мкФ. Полученные данные коррелируют с результатами исследований авторов, где показано, что с ужесточением энергетических режимов обработки ЭИО микротвердость модифицированного слоя повышается до определенных значений, а затем начинает снижаться [2, 3]. Таким образом, вышеуказанные технологические режимы целесообразно рекомендовать для электроискровой обработки деталей узлов трения
Бнблиогра фичЕскнй список
1. Коротаев, Д. Н. Технологические возможности формирования износостойких наноструктур электроискровым легированием / Д. Н. Коротаев. - Омск : СибАДИ, 2009. -256 с.
2. Физико-механические свойства и структурно-фазовое состояние конструкционной стали 15ХПН2ТА при электроискровом легировании в различных технологических условиях I Б. Ш. Алимбаева. Д. Н. Корогаев, Ю. К. Машков. А. Ф. Мишуров Н Упрочняющие технологии и покрытия. - 2013. - № 11. - С. 3-5.
3. Алимбаева, Б. III. Синтез нанокомпознтных покрытий с повышенными физико-механическими свойствами методом электроискрового легирования / Б. Ш. Алимбаева, Д. Н. Коротаев, Ю. К. Машков И Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии -2013.-№2(120).-С. 133-136.
