CC BY
42
УДК 621.9.048.4
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
П. А. Иванов, Е. В. Раменская, В. Д. Шапорев, Н. Ф. Янковская, А.Н. Жабинская Научный руководитель - Н. А. Амельченко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: Ivanov.Pasch.iva@yandex.ru
Установлено влияние режимов обработки на шероховатость поверхностного слоя при электроэрозионной обработке. Исследованиями выявлено изменение химического состава, микротвердости и структуры в поверхностном слое обработанной поверхности.
Ключевые слова: электроэрозионная обработка, поверхностный слой, микротвердость, шероховатость, режимы обработки.
INFLUENCE OF MODES ELECTRODISCHARGE MACHINING ON THE QUALITY OF THE SURFACE LAYER
P. A. Ivanov, E. V. Ramenskaya, V. D. Shaporev, N. F. Yankovskaya, A. N. Zhabinskaya
Scientific supervisor - N. A. Amelchenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: Ivanov.Pasch.iva@yandex.ru
The influence of processing modes on the surface roughness during electrical discharge machining is established. Studies have revealed a change in the chemical composition, microhardness and structure in the surface layer of the treated surface.
Keywords: electrical discharge machining, surface layer, microhardness, roughness.
Создание перспективных конструкций авиационной и ракетно-космической техники связано с необходимостью применения современных легких, жаропрочных конструкционных материалов, в том числе и композиционных. Обработка таких материалов вызывает необходимость применения современных технологий и станочного оборудования отечественного или зарубежного производства с числовым программным управлением.
Совершенствование и оптимизация существующих методов обработки осуществляется по режимам, качеству обрабатываемой поверхности, точности обработки, энергозатратам, производительности и технологической себестоимости [1]. Среди наукоемких технологических методов следует выделить использование при обработке физических, химических и электрических явлений. В первую очередь это касается применение методов электроэрозионной и электроимпульсной обработки при изготовлении деталей из твердых сплавов, титана и труднообрабатываемых материалов на хромоникелевой основе.
Вместе с тем, основные показатели процессов электроэрозионной (ЭЭО) и электроимпульсной обработки (ЭИО) - точность, качество поверхности, производительность зависят от количества удаленного за один импульс металла из лунки, определяемого энергией импульса, временем и частотой действия импульсов.
Секция «Технологические и мехатроииые системы в производстве ракетно-космической техники»
Энергию импульса Аи в первом приближении, согласно рекомендациям [2], можно рассчитать по средним значениям силы тока 1ср и напряжения иср по выражению:
Л = 1С, ' иср. ' Ти •
Как известно, среднее значение напряжения пробоя принимают иср= (0,5.. ,0,75)и0, где и0 - напряжение холостого хода при разомкнутых электродах, которое можно контролировать в процессе обработки по приборам на панели управления.
Практика показывает, что напряжение холостого хода и0 при электроискровом режиме назначают в пределах и0 =40.180 5, а при электроимпульсном - и0 =18.36 В.
Среднюю силу тока определяют через ее значение 1К при коротком замыкании электродов в пределах 1ср = (0,5.0,75) 1К, устанавливают в зависимости от обрабатываемого материала и требуемой шероховатости. Контроль режимов в процессе обработки осуществляется автоматикой станка и системой ЧПУ. В соответствии с рекомендациями производителей технологического оборудования при черновой обработке сталей рекомендуется назначать /к=20...120 А, при чистовой /к=0,5...5,0 А. Для твердых сплавов рекомендованы значения /к=0,05...0,2 А.
Однако применение данного метода связано с некоторыми неприятными явлениями. Дело в том, что процесс обработки сопровождается значительными тепловыделениями даже при использовании в качестве охлаждения диэлектрической жидкости. Ранее нами экспериментально установлено, что при электроэрозионной и электроимпульсной обработке жидкий металл обоих электродов детали (катод) и электрода-инструмента (ЭИ - анод) способен взаимодействовать с образованием новых соединений, попадающих на поверхность заготовки [3].
Анализом установлено, что в этом случае в зависимости от материала ЭИ возможно образование оксидных, нитридных или карбидных соединений металлов, придающих повышенную износостойкость обработанной поверхности. Кроме того, происходит также диффузия материала ЭИ в катод и измельчение зерен в поверхностном слое, толщина которого может составлять десятые доли миллиметра. Выявлено, что толщина и свойства слоя на поверхности заготовки зависят от энергии импульса: чем мощнее импульс, тем толще слой, однако при этом ухудшается качество обработки поверхности.
На рис. 1 условно (а) и на шлифе (б) показано образование упрочненного слоя, состоящего из «белого» слоя 1, который формируется в результате химико-термического воздействия, переходного слоя 2, где произошли только процессы частичного термоупрочнения, и слоя 3, который отображает неизменную структуру основного материала заготовки [2, 3].
а) б)
Рисунок 1. Схема образования поверхностного слоя при ЭЭО
С целью оценки влияния режимов на качество обработки в настоящей работе проведены исследования, связанные с изучением изменений физико-механических свойств и химического состава в поверхностном слое, а также качества поверхности при электроэрозионной резке образцов из различных материалов с применением станка фирмы Бо&ск АО 537Ь.
Для проведения экспериментов были подготовлены образцы-свидетели размерами 20x20x20 мм из титана (ВТ14), алюминия (АМг6), из быстрорежущих сталей Р6М5 и Р18, а также из сталей 45 и 40Х. Образцы подвергались проволочно-вырезной электроэрозионной
обработке (ПВЭЭО) путем прямолинейного реза по 2 прохода с каждой стороны образца на режимах с разными значениями энергии импульса Аи. Процесс обработки осуществляли в ванне с дистиллированной водой. В качестве ЭИ применялась проволока диаметром 0,25 мм марки ЭеЛПоу Си2и 36 900.
На срезах полученных образцов с использованием цифрового профилометра МагёигГ Р81 проводили замеры шероховатости поверхности с учетом изменения режимов обработки. На основании результатов измерений построен график зависимости шероховатости поверхности от энергии импульса Аи, а так же выведено математическое выражение зависимости шероховатости от технологических параметров. График зависимости шероховатости поверхности от Аи представлен на рисунке 2.
2,4
2,2 '
150 200 250 ЗОО 350
Энергия имульса Аи, Дж
Рисунок 2 - График зависимости шероховатости от энергии импульса
Кроме того, на обработанной поверхности проводили замеры микротвердости с помощью прибора ПМТ-3 при нагрузке на инденторе 200 г до и после ЭЭО на режимах с максимальным значением энергии импульса (Аи). Измерения показали, что микротвердость поверхности повышается с увеличением энергии импульса.
С использованием спектрометра ARL QUANT'X выявлено наличие химического элемента меди (Cu) в виде тонкой пленки на поверхности всех образцов, что подтверждает возможность фазовых превращений и протекания диффузионных процессов при ЭЭО.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
- величина энергии импульса при ЭЭО способствует увеличению значений шероховатости поверхности и повышению микротвердости, что следует учитывать при чистовой и отделочной обработке деталей;
- при чистовой обработке поверхности со значениями шероховатости Ra = 0,15-0,2 мкм следует устанавливать минимально возможные значения энергии импульсов и выполнять 3-4 прохода.
Библиографические ссылки
1. Суслов, А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин/ Под общ. ред. А. Г. Суслова. - М. : Машиностроение, 2000. - 320 с.
2. Артамонов, Б. А. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учебн. пос. в 2-х т./Б. А. Артамонов, Ю. С. Волков. и др. Т.1. Обработка материалов с применением инструмента/ Под ред. В. П. Смоленцева - М. : Высш. шк., 1983. - 247 с.
3. Иванов, П.А. Влияние электроэрозионной обработки на изменение поверхностного слоя /П.А. Иванов, A.A. Васильев, Е.К. Васильева и др./ Актуальные проблемы авиации и космонавтики [Электронный ресурс] : материалы V Межд. науч.-практ. конф., посвящ. Дню космонавтики (08-12 апреля 2019 г. В 3 т. Т. 1. Под общ. Ред. Ю. Ю. Логинова. - Красноярск : СибГУ им. М.Ф. Решетнева, 2019. - С. 30 - 33.
© Иванов П. А., Раменская Е. В., Шапорев В. Д., Янковская Н. Ф., Жабинская А. Н., 2020
