ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ВИБРАЦИИ ЭЛЕКТРОДА НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОЛУЧАЕМОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОМ ЛЕГИРОВАНИИ

THE IMPACT OF VIBRATION FREQUENCY ELECTRODE ON A ROUGHNESS THE RESULTING COATING WHEN ELECTROSPARK ALLOYING

Nikolay Loginov

сandidate of technical Sciences, associate Professor of the Department “Equipment and technology of machine-building production”, Togliatti State University,

Russia, Togliatti

Danila Nazarov

undergraduate of the Department “Equipment and technology of machine-building production”, Togliatti State University,

Russia, Togliatti

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается нанесение защитного покрытия компактным электродом с помощью вибрации, методом электроискрового легирования. Проведено экспериментальное исследование, в результате которого были получены данные, построены и проанализированы зависимости шероховатости поверхности покрытия от частоты вибрации электрода. Сформулированы выводы и предложены рекомендации по нанесению покрытий с помощью электроискрового легирования.

ABSTRACT

In article considers drawing of the protective coating compact electrode using vibration, by method of an electro spark alloying. Conducted experimental study as a result which data were obtained built and analyzed the dependence of roughness the surface of the coating from the frequency of vibration of the electrode. Formulated conclusions, and offers recommendations for applying coatings with electro spark alloying.

Ключевые слова: электроискровое легирование, шероховатость, частота вибрации, электрические режимы.

Keywords: electrospark alloying, roughness, frequency of vibration, electric modes.

Одним из способов увеличения ресурса металлорежущего инструмента и деталей машин, является нанесение на их поверхность защитных покрытий методом электроискрового легирования (ЭИЛ). Одной из важных особенностей процесса ЭИЛ, может являться возможность формирования покрытия на рабочих поверхностях деталей, режущих инструментов с рядом физико-химических, механических и эксплуатационных свойств. С помощью варьирования электрических режимов, материалов электродов и других параметров, можно изменять структуру, толщину, шероховатость, уровень остаточных напряжений и многие другие свойства формируемых слоев покрытий [5; 2].

При упрочнении режущего инструмента или деталей машин, одной из определяющих характеристик качества полученного поверхностного слоя покрытия, является его шероховатость, которая оказывает большое влияние на эксплуатационные характеристики металлорежущего инструмента и деталей машин. Шероховатость поверхности покрытия в значительной степени зависит от режимов его нанесения (мощности источника, частоты вибрации электрода и т. д.).

Для изучения влияния частоты вибрации электрода на шероховатость получаемого покрытия при электроискровом легировании нами было проведено экспериментальное исследование. Суть исследования заключалась в следующем: на металлическую пластину (катод), которую разделили на несколько участков фрезерованием, изменяя электрические режимы и частоту вибрации электрода, наносили покрытие, а затем измеряли шероховатость поверхности каждого участка.

Для проведения исследования в качестве материала пластины (катода) нами была выбрана конструкционная углеродистая сталь Ст3 [6].

Нанесение покрытия осуществлялось электродом из твердого сплава ВК8 на электроискровой установке модели UR-121.

Принцип работы установки основан на периодических разрядах накопительных конденсаторов при касании вибрирующим электродом поверхности обрабатываемой детали. При разряде накопительных конденсаторов происходит перенос материала электрода в поверхностный слой обрабатываемой детали, в нашем случае пластины.

На установке имеется три электрических режима, которые отличаются друг от друга подаваемым напряжением (50В, 100В, 150В), на каждом из режимов настраивалась определенная частота вибрации электрода, всего режимов вибрации на установке 11. Для получения более точных показателей шероховатости, покрытие на всех трех электрических режимах и выбранных нами частот вибрации наносилось на два участка. Покрытие на поверхность каждого участка наносилось за одинаковое число проходов электрода, чтобы этот показатель не влиял на показатель шероховатости.

Для измерения шероховатости поверхности использовали профилограф – профилометр модели АБРИС-ПМ7. Начальная шероховатость поверхности пластины без покрытия R_a=1,6 мкм.

Полученные значения шероховатости после ЭИЛ занесли в таблицу 1.

Таблица 1.

Значения шероховатости поверхности пластины после ЭИЛ

По полученным данным построили графики зависимости шероховатости от частоты вибрации электрода. Графики представлены на рисунках 1–3.

Рисунок 1. Зависимость шероховатости поверхности пластины, от частоты вибрации электрода при напряжении 50 В

Рисунок 2. Зависимость шероховатости поверхности пластины, от частоты вибрации электрода при напряжении 100 В

Рисунок 3. Зависимость шероховатости поверхности пластины, от частоты вибрации электрода при напряжении 150 В

На рисунках представлена зависимость шероховатости поверхности пластины от частоты вибрации электрода, полученная на электрическом режиме при напряжениях 50, 100 и 150 В соответственно. Из графиков видно, что с увеличением частоты вибрации электрода возрастает величина шероховатости поверхности пластины с покрытием. Так же видно, что с увеличением напряжения на электроде увеличивается шероховатость упрочненной поверхности.

Для упрочнения точного инструмента мы рекомендуем режим нанесения 1 с напряжением 50 В. Остальные режимы дают «грубую» шероховатость, но толщина покрытия при этом увеличивается [3; 8]. В таких случаях нами рекомендуется введение в технологический процесс изготовления инструмента после ЭИЛ финишной операции, которая бы уменьшала параметр шероховатости поверхности инструмента.

Проанализировав полученные данные можно сказать, что ужесточение режимов легирования, а именно изменение электрических режимов и частоты вибрации электрода (анода), приводит к увеличению шероховатости поверхности детали с покрытием. Наибольшая шероховатость поверхности, наблюдается при переходе с одного электрического режима на другой, разница составляет 0,3–0,4 мкм.

Увеличение шероховатости обработанной поверхности, может быть связано с мощностью источника, от которой зависит глубина проникновения материала электрода (анода) в деталь (катод).

От шероховатости режущего клина инструмента напрямую зависит получаемая точность и шероховатость изделия [7; 4].

Выводы:

1. Для нанесения покрытия методом электроискрового легирования на точный режущий инструмент наиболее приемлемым режимом, является 1 электрический режим с напряжением 50 В, так как шероховатость поверхности на данном режиме меньше, чем на остальных.
2. Электрический режим 2 с напряжением 100 В, является «средним» и больше подойдет для нанесения покрытий на те детали, для которых допустима значительная шероховатость поверхности (например, детали сельского хозяйства и многие другие детали [1]).
3. Электрический режим 3 с напряжением 150 В, является более «грубым», чем два предыдущих, из-за получения высокой шероховатости поверхности покрытия. Вследствие этого, для уменьшения шероховатости полученного покрытия на электрических режимах 2 и 3, а в некоторых случаях и на первом рекомендуется ввести дополнительную финишную обработку поверхности, которая бы уменьшала шероховатость поверхности, но не снимала бы покрытие полностью.

Список литературы:

1. Вольферц Г.А., Максимов А.А., Цицилин В.В., Бояринцев В.М. Электроискровое легирование рабочих органов почвообрабатывающих машин. // Ползуновский альманах. – 2004. – № 4. – С. 138–139.
2. Гитлевич А.Е., Михайлов В.В., Парканский Н.Я., Ревуцкий В.М. Электроискровое легирование металлических поверхностей. – Кишинев: Издательство «Штиинца». – 1985. – 196 с.
3. Логинов Н.Ю. Увеличение ресурса режущего инструмента методом электроискрового легирования: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.02.08. – Тольятти, 2005. – 140 с.
4. Логинов Н.Ю., Воронов Д.Ю. Фрезерование радиусных участков штампов концевыми фрезами // Научные труды SWorld. – 2012. – Т. 7. – № 3. – С. 8–12.
5. Логинов Н.Ю., Логинов Ю.Н. Упрочнение инструмента методом электроконтактного легирования // Известия Тульского государственного университета. Инструментальные и метрологические системы – 2004. –№ 1-1. – С. 93–96.
6. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. / А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский и др. Под общей ред. А.С. Зубченко – М.: Машиностроение. – 2003. – 784 с.
7. Некрасов Н.С., Логинов Н.Ю., Зотов А.В., Кузьмич И.В. Выбор оптимальной конструкции концевой фрезы при черновой обработке пресс-формы // Технические науки – от теории к практике. – 2014. – № 35. – С. 31–36.
8. Туренко А.Н., Полянский А.С., Лузан С.А. Интегрирование технологии газотермического напыления покрытий и метода Электроискрового легирования. // Автомобильный транспорт. – Выпуск 28. – 2011. – С. 109–113.