ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ЧИСТОВОЕ ТОЧЕНИЕ

С ИМПУЛЬСНЫМ ТОКОМ – КАК СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

 

Ковалевский С.В., Тулупов В.И. (ДГМА, г. Краматорск Украина)

 

Numerical accounts were conducted; by the mutual location, length and width of white fragment from the main methods electromechanical clean sharpening were got on the base of the developed mathematical model

 

Широкое распространение получили технологии образования регулярных микрорельефов различными методами. Регулярный рельеф является эффективным способом повышения износостойкости подвижных сопряжений [1]. Вместе с тем дальнейшее повышение требований к эксплуатационной надежности и долговечности деталей, работающих в различных условиях нагружения, а также повышение производительности обработки получаемых поверхностей, обуславливают необходимость совершенствования технологических методов поверхностного упрочнения.

Перспективными являются методы, оказывающие влияние не только на микрогеометрию обрабатываемой поверхности, но и приводящие к изменениям в структуре, напряженно-деформированном состоянии, фазовом и химическом составе поверхностного слоя металла, а также обеспечивающие оптимальное распределение физико-механических свойств на упрочненной поверхности в зависимости от конкретных условий эксплуатации деталей [2– 4].

Все методы упрочнения концентрированными потоками энергии, характеризуются рядом общих особенностей:

·        интенсивным тепловым воздействием мощных энергетических потоков на локальные объемы металла;

·        высокоскоростным нагревом (в области критических температур фазовых превращений);

·        одновременными пластическими деформациями, вызванными как внутренними температурными и структурными напряжениями, так и, в некоторых случаях, внешними контактными давлениями;

·        быстрым охлаждением за счет отвода тепла вглубь основного металла.

Для стальных и чугунных деталей эти условия становятся причиной возникновения в обрабатываемой поверхности во многом уникальной мартенситной структуры, получившей название гарденит или «белый слой». При этом высокая дисперсность белых слоев, значительная искаженность и неоднородность их кристаллического строения, наличие в структуре карбидов, нитридов и оксидов, а также изменение в результате действия больших температур и давлений электронного строения и химических связей отдельных фаз обусловливают возможность получения весьма ценных физико-механических, электрохимических, коррозионных и эксплуатационных характеристик материала, упрочненного рассматриваемого способа [5].

Условия энергетического воздействия, присущие методам упрочнения КПЭ, существенно влияют на формирование структуры, физико-механических свойств и напряженного состояния стальных изделий.

 Предлагаемый способ электромеханического чистового точения (ЭМЧТ) с импульсным током сочетает в себе два вида воздействия на поверхностный слой детали: механического и (КПЭ), в виде импульсного тока большой мощности.

Данный способ позволяет получать упрочненные фрагменты, которые образуют регулярную дискретную структуру на поверхности детали. Площадь одного такого фрагмента зависит от величины подачи S и длительности импульса электрического тока τ_и подаваемого от генератора импульсных токов прямоугольной формы, который пропускается через зону резания, а взаимное расположение фрагментов, от частоты следования этих импульсов F_и, величины подачи S и частоты вращения шпинделя n.

Длину упрочненного фрагмента равна сумме расстояния, которое пройдет контактная площадка (КП) между резцом и деталью за время действия одного импульса электрического тока  τ_и и длины этой площадки (h_з).

Расстояние l (в мм), которое проходит КП за время импульса  τ_и  равно:

,                  (1)

где τ_и – длительность импульса, сек; V_p – скорость резания, м/мин.

Скорость резания будет определять частоту  вращения  шпинделя  n  (в мин^–1), при заданном диаметре D_дет (в мм) обрабатываемой поверхности детали:

,                          (2)

тогда,

.                  (3)

Длина упрочненного фрагмента l_ф (в мм) равна:

                l_ф=l+h_з                                     (4)

Тогда длительность импульса τ_и (в сек.), необходимая для получения заданной длины упрочненного фрагмента равна:

.                  (5)

Площадь упрочненного фрагмента А_Ф (в мм²) равна:

А_Ф= b_ф·l_ф ,                       (6)

где b_ф – ширина упрочненного фрагмента, мм.

 Ширину упрочненного фрагмента будет равна:

       b_ф=S/m,                       (7) 

где m – коэффициент, учитывающий разупрочнение на границах двух рядом расположенных упрочненных фрагментов [5].

Особенностью, характерной для многих методов обработ­ки КПЭ (в том числе и для ЭМЧТ) и обусловленной их технологической схемой, является образование на поверхности упрочненных фрагментов. (Анализ некоторых вопросов, связанных с экспериментальными и теоретическими исследованиями данного обстоятельства можно найти в работах [2 – 4].) В этом случае, при наложении соседних фрагментов или перекрытии близлежащих дорожек, возникающих в результате такого упрочнения, в зону термического воздействия попадают области с различной текущей структурой металла.

Площадь промежутка между А_мф упрочненными фрагментами равна в направлении относительного движения режущего инструмента:

    А_мф = b·l_мф,                   (8)

где b – ширина межфрагментного промежутка, мм.

Задаваясь плотностью покрытия упрочненными фрагментами, частоту импульсного тока F_и, (в Гц) находим по формуле:

,         (9)

где l_мф – расстояние между упрочненными фрагментами,  мм.

Полученные выражения (5) и (9) позволяют в зависимости от диаметра заготовки и скорости резания, рассчитать электрические режимы ЭМО чистового точения (длительность импульса и частоту тока). Длительность импульсного тока будет влиять на длину фрагментов, а частота импульсов на их количество на единице площади.

Таким образом, в зависимости от условий эксплуатации деталей, определяются режимы обработки для каждого конкретного случая.

Электромеханическое чистовое точение с импульсным током позволит сократить количество операций и при этом получить заданное качество поверхностей обработанных деталей.

 

Литература

1. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. – М.: Машиностроение, 1982. – 248 с.

2. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. -200 с.

3. Маловечко Г.В., Паршев С.Н., Дудкина Н.Г. Формирование регулярной структуры поверхностного слоя детали при электромеханическом упрочнении // Вестник машиностроения. 1989. – №6.– С. 51-53.

4. Багмутов В.П., Паршев С.Н. Импульсное электромеханическое упрочнение стальных изделий с образованием регулярной дискретной структуры поверхностного слоя // Вестник машиностроения. 1996. – №2.– С. 38.

5. Багмутов В.П., Паршев С.Н., Дудкина Н.Г., Захаров И.Н. Электромеханическая обработка: технические и физические основы, свойства, реализация. –  Новосибирск: Наука, 2003. – 318 с.