Повышение прочностных характеристик поверхностных слоев электроискровым легированием

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет «Физико-металлургический»

Кафедра «Машины и технологии обработки материалов давлением»

Повышение прочностных характеристик поверхностных слоев электроискровым легированием

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Современные способы обработки материалов давлением»

Руководитель работы:

Профессор, к.т.н.

Крайнов В. И.

Автор работы:

студент группы ФМ - 307

Прокопьев Н.Е.

Челябинск 2015

Аннотация

Прокопьев Н. Е. Повышение прочностных характеристик поверхностных слоев методом электроискрового легирования. Челябинск: ЮУрГУ, ФМ-307, 13 с., 4 ил., 4 табл., библогр. список -5 наименований.

Цель реферата - отразить метод электроискрового легирования для повышения прочностных характеристик поверхностных слоев металлов.

Задачи реферата - изучить и обобщить данные о методе электроискрового легирования, разобраться в сущности метода и его особенностях применения.

Рассмотрена схема метода ЭИЛ, а так же его применение и особенности для отдельных видов покрытия. Приведены на иллюстрациях примеры установок ЭИЛ и примеры обработки. Сделано заключения о широком и эффективном использовании метода ЭИЛ для повышения прочностных характеристик поверхностных слоёв как в России так и за рубежом.

Оглавление

1.1 Общая схема электроискрового процесса

1.2 Достоинства и особенности электроискрового легирования

2.1 Рабочие инструменты и детали, оснастка и их восстановление и ремонт

2.3 Инструменты деревообработки

2.4 Инструменты стекольной промышленности

3. Примеры установок ЭИЛ и их технические характеристики

В основе изготовления большинства деталей машин и механизмов лежит механическая обработка давлением и резанием, которая традиционно используется много веков. Одним из значительных достижений XX века является открытие более 70 лет назад советскими учеными супругами Б.Р. и Н.И. Лазаренко принципиально нового метода обработки металлических материалов - электроискрового . Он основан на использовании электрических разрядов для управляемого разрушения материала заготовки с получением необходимых форм и размеров или для обработки рабочей поверхности детали (инструмента) и создания поверхностного слоя с требуемыми эксплуатационными свойствами. Еще в 40х годах прошлого века было экспериментально доказано преимущество электроискрового метода металлообработки перед механическим резанием по технологическим возможностям. В данном реферате рассмотрено использование электроискрового метода обработки для нанесения покрытий, этот метод принято называть электроискровым легированием (ЭИЛ).

1. Электроискровое легирование

Электроискровое легирование - это перенос материала ЭИ, отвечающего определенным требованиям, на обрабатываемую поверхность детали искровым электрическим разрядом. Этот способ обеспечивает прочное сцепление вводимого легирующего материала с поверхностью детали; он прост в осуществлении.

1.1 Общая схема электроискрового процесса

При ЭИЛ осуществляется воздействие на металлические поверхности в газовой среде короткими (до 1000 мкс) электрическими разрядами энергией от сотых долей до десятка и более джоулей и частотой обычно не более 1000 Гц. При периодическом контакте электрода А (анода) - (рисунок 1), вибрирующего в межэлектродном промежутке МЭП с частотой fa, c обрабатываемым изделием К (катодом) и его разрыве возникают электрические разряды, создаваемые генератором импульсов ГИ.

Рисунок 1 - Общая схема электроискрового привода

В результате происходит следующее: идут процессы преимущественного разрушения материала электрода (анода) и образования вторичных структур в рабочей его части; осуществляется перенос продуктов эрозии электрода на деталь (катод); на поверхности обрабатываемого изделия протекают микрометаллургические процессы; элементы материала электрода диффундируют в поверхностный слой изделия; поверхность изделия приобретает новый специфичный рельеф (рисунок 2 а); образуется на поверхности изделия измененный слой (рисунок 2 б), включающий белый слой, диффузионную зону и зону термического влияния, при этом изменяются свойства поверхностного слоя; формируется поверхностный слой мелкодисперсного состава, вплоть до наноуровня (рисунок 2 в); происходит изменение размера изделия.

Рисунок 2 - Изменение рельефа поверхности (а) и структуры поверхностного слоя (б, в)

Таким образом на поверхности детали образуется новый слой, которому придаются отличные от исходного состояния свойства в зависимости от параметров искрового разряда, состава электродного материала, материала обрабатываемой детали и других факторов. Эти свойства управляются в широких пределах (таблица 1) и обеспечивают требуемые качества: повышенные микротвёрдость, износостойкость, жаростойкость и другие.

Таблица 1 - Характеристики покрытий нанесенных ЭИЛ

Широкие технологические возможности и достоинства ЭИЛ являются основой его эффективного успешного применения в различных отраслях при упрочнении объектов из металлических материалов или восстановлении размеров, утраченных в процессе эксплуатации. Это в полной мере относится к машиностроительным предприятиям. Здесь электроискровые технологии применяются для увеличения износостойкости режущих инструментов заготовительного и основного производства, различной технологической оснастки, включая штампы для холодной и горячей обработки металлов и неметаллических материалов, деталей машин (рисунок 3).

Рисунок 3 - Примеры объектов упрочняющей электроискровой обработкой

1.2 Достоинства и особенности электроискрового легирования

• · Возможность локального формирования покрытий в строго указанных местах радиусом от долей миллиметра и более, не защищая при этом остальную поверхность
• · Высокая адгезия с основным материалом
• · Отсутствие нагрева и деформации изделия в процессе обработки
• · Возможность использования в качестве электродов различных токопроводящих материалов, как из чистых металлов, так и их сплавов ,порошковых материалов.
• · Возможность использования в качестве электродов различных токопроводящих материалов, как из чистых металлов, так и их сплавов ,порошковых материалов.
• · Сравнительная простота технологии, которая не требует специальной предварительной обработки поверхности
• · Простота обслуживания и надежность оборудования. которое малогабаритного транспортабельно
• · Высокий коэффициент переноса материала (60-80%)
• При назначении технологии нанесения упрочняющих электроискровых покрытий и последующей обработки необходимо учитывать условия работы объектов упрочнения (инструментов, деталей), т.е. факторы, инициирующие изнашивание их рабочих поверхностей. На примере инструментов для механической обработки металлов (резанием или давлением) ниже приведены данные об основных факторах износа и принципы увеличения износостойкости их (таблица 2), а также технологические особенности упрочняющей технологии этих объектов (таблица 3). Реализация такого подхода позволяет на практике увеличить срок службы инструментов и деталей в 26 раз и более. При этом применительно к резанию металлов эффективность упрочнения режущих инструментов значительно повышается с ужесточением режимов резания.

• Таблица 2 - Основные факторы износа и принципы увеличения износостойкости инструментов для механической обработки металлов
• Таблица 3 - Технологические особенности электроискровой обработки инструментов для механической обработки металлов

2. Практическое применение

2.1 Рабочие инструменты и детали, оснастка и их восстановление и ремонт

электроискровый легирование инструмент деревообработка

Гильотины (пресс-ножницы), пилы по металлу (ленточные, маятниковые, Геллера, сегментные, ножовочные и пр.), любой длины и диаметра. Резцы токарные, строгальные из быстрореза, свёрла, фрезы, метчики, плашки, в т.ч. и для обрабатывающих центров. Резьбо-накатные ролики, фильеры, дорны, втулки направляющие, цанги, сухари. Матрицы и пуансоны на штампы вырубные, вытяжные и гибочные. Ударные, выпрямляющие и правильные устройства, зажимные, отрезные, навивальные, шаговые и подающие механизмы. Пресс-формы для цветного литья, с целью защиты литниковых каналов, радиусов, уклонов, толкателей, знаков (обработка не допускает появления разгарных сеток, облоя и подлива). Ножи всех типов и конфигураций. Лопатки турбин и насосов, экструдеров, шнеков, шпинделей.

2.2 Мерительные инструменты

Локальное нанесение драгоценных металлов, создание адгезии на любых металлах, в т.ч. и на титане (кроме AL). Нанесение меди, серебра на контакты. Возможность снижения твёрдости (изменения режимов термообработки) в некоторых деталях из-за поводки в термических печах, или матриц и пуансонов в вырубных штампах для предотвращения сколов. Возможность замены марок стали на менее дорогие. Увеличение работы шеек валов, посадочных мест под подшипники, торцевых уплотнителей, золотниковых систем в гидравлике, эвольвент зуба шестерён, направляющих, шпоночных и сегментных соединений, натяжных и накатных валков, роликов. Увеличение срока работы трущихся поверхностей, создание фрикционных и антифрикционных свойств, нанесение твёрдой смазки: графита, бронзы, меди, латуни. Маркировка поверхности металла любой твердости.

При работе обработанного инструмента с нержавеющими, титановыми и цветными металлами не происходит “налипания”, инструмент не горит, дает возможность работать инструменту в местах сварочных соединений, где из-за присадок повышена твёрдость поверхности.

2.3 Инструменты деревообработки

Пилы рамные, ленточные, круглые (до 1500 мм в диаметре), цепные, для ручной и машинной валки, шины цепных пил, звёздочки, фрезы любых конфигураций, ножи строгальные, фуговальные, рейсмусовые, обкорочные, для производства щепы, древесного шпона и цилиндровки брёвен.

2.4 Инструменты стекольной промышленности

Ножницы для резки жидкого стекла, литьевые формы для изготовления стеклоизделий, держатели литьевых форм, переставители стеклотары, кулачки валов, синхронизаторы, формирующие ролики, держаки, резцы для резки стекла и фарфора

3. Примеры установок ЭИЛ и их технические характеристики

Нанесение электроискровых покрытий осуществляется в ручном или механизированном режимах на установках ЭИЛ. На рисунке 4 и в таблице 4 выборочно приведены фотографии и технические характеристики ряда известных установок ЭИЛ отечественного и зарубежного производства, применяемые на производстве при решении широкого круга задач, в т.ч. на предприятиях машиностроения.

Рисунок 4 - Установка ЭИЛ

Таблица 4 - Технические характеристики установок ЭИЛ

Заключение

Широкое и эффективное использование в России и за рубежом электроискрового метода обработки металлических материалов подтверждает слова Бориса Романовича Лазаренко, сказанные им еще в 1947 году: «Многовековое царствование механического способа обработки металлов, перевернувшего мир в прошлых столетиях, - кончается. Его место занимает, несомненно, более высокоорганизованный процесс, когда обработка металла производится электрическими силами… Ему будет принадлежать будущее, и притом - ближайшее будущее».

Библиографический список

Лазаренко, Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей: Машиностроение / Н. И. Лазоренко. - М.: 1976. - 44 с.

Иванов, Г.П. Технология электроискрового упрочнения инструментов и деталей машин: Машгиз / Г.П. Иванов. - М.: 1961. - 303 с.

Электроискровое легирование металлических поверхностей : учебное пособие / Г.В. Самсонов, А.Д. Верхотуров, Г.А. Бовкун, В.С. Сычев.- Киев: Наукова думка, 1976. - 220 с.

Электроискровое легирование металлических поверхностей: справочное пособие / А.Е. Гитлевич, С.А. Величко, П.А. Ионов и др. - Кишинев: Штиинца, 1985. - 145с.

Электроискровое легирование металлических поверхностей : монография / Ф.Х. Бурумкулов, П.В. Сенин, П.П. Лезин и др. - Саранск: Изд-во МГУ, 2004. - 346с.

Размещено на Allbest.ru