CC BY
45
УДК 621.9.047/.048
А. С. СТАВЫШЕНКО
Тюменский государственный нефтегазовый университет
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ
В работе рассмотрены проблемы традиционных способов физико-технической обработки поверхности деталей из вязких материалов. Предложена новая прогрессивная технология электрохимического полирования деталей из нержавеющих сталей в режиме нестационарного электролиза. Приведены данные экспериментальных исследований по обработке образцов с применением разработанной технологии. Установлено, что показатели качества обработки поверхности предложенным способом, выше показателей образцов, полученных после традиционных методов обработки. Указаны области практического применения обработки металлов и сплавов рассматриваемым способом. Ключевые слова: физико-техническая обработка, показатели качества, электрохимическое полирование.
Для финишной обработки поверхности деталей из труднообрабатываемых материалов наиболее часто применяют различные способы физико-техии-ческой обработки. При этом для обработки деталей и:» хромоникелевых сталей наиболее прогрессивным счи тается применение электрохимического полирования (ЭХП), которое широко применяется па производстве для чистовой отделочной обработки поверхностей деталей, а также в качестве подготовительной операции перед нанесением гальванических покрытий 111.
Известны традиционные способы элек трохимической полирования, основанные на применении многокомпонентных электролитов на базе агрессивных и сильно токсичных кислот (серной, ортофосфорной, соляной и др.) при температуре близкой к кипению с добавлением поверхностно-активных веществ, ингибиторов кислотной коррозии и др. 111. Общим недостатком при использовании традиционных способов электрохимическою полировании, является необходимость проведения специальных мероприятий при приготовлении, использовании и регонерации электролитов, утилизации отходов, проблемы с обеспечением экологической безопасности людей и окружающей среды, защитой другого механособрабатывающего оборудования от электрохимической коррозии и т.д. 11,2|.
В работах Б.Р. Лазаренко, А Л. Факторовича, В.Н. Дураджи, и др. предложена технологии нагрева металлов и сплавов в элек троли тной плазме с использованием постоянного тока высоких напряжений (свыше 120 В). В качестве одной из негативных особенностей процесса электролитного нагрева отмечено значительное локальное растравливание поверхности анода в режиме комму тации электрического тока (2-я стадия процесса) |3).
Группой сотрудников кафедры «Станки и инструменты »Тюменского государственного нефтегазового университета (ТюмГНГУ) был проведен комплекс исследований по использованию эффекта травления анода-детали в положительном аспекте. На основе данных исследований был разработан и запатентован [4| новый прогрессивный способ электро-
химического полирования металлов в режиме нестационарного элек тролиза (ЭХПНС-НЭ) с применением двухкомпопентного экологически безопасного электролита. Обработка деталей, согласно предполагаемой технологии, ведется на постоянном электрическом токе в режиме нестационарного элек тролиза при генерировании искровых разрядов па поверхности изделия в интервале напряжений 140-310 В в 4 — 18 % -пом водном растворе углекислого натрия при темпера туре 40 - <Ю °С.
I (елью данной работы было исследование возможности получения сравнительно высоких качественных показателей отражательной способности п величины шероховатости поверхности деталей при полировке их по технологии ЭХПНС-НЭ на различных режимах. Обрабо тке подвергали образцы размером 10x60x2 мм из стали марки 12Х18Н ЮТ (заготовки медицинских инструментов). Исходная шерохова тос ть образцов К ( 0,63-0,66мкм, отражательная способность у х 10 1 = 0,40-0,50. Состав электролита - водный раствор углекислого натрия. Время обработки 2 мин. Шероховатость поверхности и отражательную способность измеряли по стандартным методикам с помощью про-филометра модели 293 с цифровым отсчетом показаний и объективного фотометра У4.2ФОУ.
Экспериментальные данные позволяют утверждать также, что сопоставимые с традиционными способами полирования показатели качества поверхности деталей из стали 12Х18Н ЮТ, при обработки их по технологии ЭХПНС-НЭ, могут быть получены, лишь при напряжениях на электролитической ячейке 180-310 В (рис. I). Это можно объяснить тем, ч то при меньшем напряжении электрического тока на электролитической ячейке генерируемые импульс-по-дуговые разряды приводят к образованию па поверхности деталей достаточно толстых (до 0,5 мм) и аморфных окисных пленок, 11 при напряжениях выше 310 В на электролитической ячейке возникают мик-родуговые разряды [3|, которые приводя т к потери стабильност и парогазовой оболочки вокруг поверхности деталей и её срыву, а значи т, и к прекращению процесса полирования.
О»
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (70). 2008
§ о \ 1?
1 1
• ■ ► 1:1! | Ш
[ 11 з — 1 1 | и & 8 8 я
111 «и
§§1 ! 111
1
\
• • • ♦ ►
11111 1 11111 ооооо оооос 1
1 _
Рис. 4. График зависимости шероховатости поверхности К, от плотности тока на электролитической ячейке i при различной концентрации электролита
Рис. S. График зависимости отражательной способности поверхности у от плотности тока на электролитической ячейке / при различной концентрации электролита
Экспериментальные данные позволяют утверждать также, что наилучшие показатели качества поверхности деталей из стали 12X1011 ЮТ, при обработки их но технологии ЭХПНС-НЭ, могут быть получены лишь при малых плотностях тока на электролитической ячейке (рис. 4 и рис. 5). Это объясняется тем, что при больших плотностях тока больше вероятность возникновения импульспо-дуговых разрядом 13). которые в отличие от множественных электроискровых разрядов локализуются только в отдельных точечных местах и оставляют после себя на поверхности деталей характерные кратеры.
Выводы
Результаты экспериментов и практического применения данного способа физико-технической обработки при изготовлении медицинских инструментов показали, что технология ЭХП НС-НЭ позволяет производить электрохимическую полировку нержавеющих сталей с достижением при этом параметров шероховатости Я = 0,062 мкм, что на 21% меньше, чем получено по известному ранее способу |3|. При этом максимально возможная отражательная способность поверхности согласно предлагаемой технологии. улучшена по сравнению с прототипом |3| примерно в 1,3 раза и составляет у = 38,3x10 Кроме того, экспериментально доказано, что твердость поверхности обработанных по данной технологии инструментов не ухудшается, как при ЭХП, а остается неизменной или увеличивается на 3-6%.
Простота и мобильность установки для физико-технической обработки поверхности деталей из нержавеющих сталей но технологии ЭХПНС-НЭ, экологическая безопасность процесса, отсутствие необходимости в специальном оборудовании но дезактивации сточных вод, а также состав элек троли та даютвозможностыпирокого применения предлагаемой технологии практически па любых предприятиях машиностроительного профиля (ООО «Тюменский завод медицинского оборудования», ЗАО «Тюменские
моторостроители», ООО «Газтурбосервис»),
Кроме того, практическое применение данной технологии ЭХПНС-НЭ для электрохимического полирования металлических поверхностей позволило вы явить возможности применения этого процесса для обезжиривания, удаления ржавчины, а также анодной активации (пассивации)поверхности ле г ален технологического оборудования перед нанесением гальванических покрытий (ООО «КавказКа-бель»). Имеются практические? примеры по совмещению ряда э тих операций в одном процессе.
Все это позволяет судить о возможности широкого применения данного способа физико-технической обработки поверхности деталей из нержавеющих сталей и хромопикелевых сплавов в различных областях современного машиностроения.
Ьиблиографический список
1 Грилихес С.Я. Электрохимическое полирование. -А. : Машиностроение. Ленинградское отд-е, 197(5. -24(5 с.
2. Папилов Л.Я. Техника безопасности при электрофизической и электрохимической обработке материалов - Л. : Машиностроение. Ленинградское отд-е, 19(56. - 298 с.
.'i. Авторское свидетельство СССР № 170011(1, кл. С 25 Г 3/16, 198(5, Б юл. № 47.
4. Пат 97106310 РФ. МПК (5 С 25 Р 3/24. Способ электрохимического полирования изделий из хромо-никелевых сталей / ("та пышен ко A.C., Наук П.С., Скифский C.B. Заявлено 24.04.1997; Опубл. 27.08.1998, Бюл. № 24. - 11с.: ил.
СТА В M lilElIKO Анатолий Семенович, доцент кафедры «Станки и инструменты» ТюмГНГУ, соискатель степени кандидата технических паук.
Дата поступления статьи в редакцию: 31.10.20011 т. г<> От,mi,именно A.C.
