автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка и исследование процесса электроэрозионного упрочнения инструмента в жидком азоте

^ ё

1 3 дпр ш

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИ« УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи ПЕРЕЛАДОЗ НИКОЛАИ ПЕТРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЭГОЗКОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА В ЖИДКОМ АЗОТЕ

Специальность 05.03.01 Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученей степени кандидата технических наук (в форме научного доклада)

Воронеж — 1994

воронежский государственный

технический университет

На правах рукопией • ПЕРЁЛАДОВ НИКОЛАЙ ПЕТРОВИЧ '

Разработка й исследование процесса

электроэрозионного упрочнен1 (я инструмента в жидком а301£

СнеШЫЫЬсп, 05.03.01 Процессы механической и физико-техннческой обработки, станки к инструмент

ДИССЕРТАЦИЙ

На «Шйканне ученой степени кандидата технических нау^ (в форме научного доклада)

Воронеж — 1994

Работа выполнена на кафедре технологии машиностроении Воронежского государственного технического университета н п АО «Патронц»,

(г. Борисоглебск)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, член-кор. ЛТН РФ Смсменцев В. П.

Официальные оппоненты: ■*

доктор технических наук, профессор Станчев Д. И, кандидат технических наук, доцедт Кузовцин В, П. •

Ведушее предприятие — Акционерное общество <Воронежпрссс»

Защита состоится

¿К _1994 г. a /Kiac.

на заседании совета К 063.81.09 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026, г, Воронеж, Московский пр., 14, ВГТУ,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке .ВГТУ (394026, г. Воронеж. Московский пр., 14).

Диссертация в форме научного доклада разослана

¿f 1994 г.

Ваши отзывы на диссертацию в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направить по указанному адресу на имя' ученого секретаря совета.

Ученый секретарь сонета, кандидат физико-математических наук, доцент ,

Хр

Н. Л. Тюкачеа.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблему повышения4 долговечности инструмента, уменьшения использования дорогостоящих инструментальных материалов во многом решает применение различных способов упрочнения. Существующие методы упрочнения приводят или к образованию микродефектов поверхности (термические, механические)," или же к изменению исходных размеров и форм (электроискровые, плазменные).. Однако, и нанесение износостойких пленок не устраняет приповерхностные трещины, что отрицательно сказывается на работоспособности инструмента. Несмотря на малые размеры, микротрещины являются сильными концентраторами напряжений и при работе инструмента вызывают его скалывание пли повышенный износ. Наличие таких микродефектов на медицинском инструменте не гарантирует отсутствие инфекционных очагов в подповерхностном слое. В отличие от металлорежущего инструмента, здесь не допускается нанесение частиц на рабочую поверхность.

.Таким образом, во всех случаях требуется способ и устройства для устранения микротрещин в поверхностном слое с, получением его повышенной стойкости.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка процесса упрочнения, устраняющего приповерхностные микродефекты, создающего микрозоны с высоким сопротивлением износу без изменения размеров и шероховатости поверхности. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— Создать модель протекания процесса, при котором.возможно получение высокостойких к износу приповерхностных участков другого металла. -

— Разработать режимы, обеспечивающие сохранение режущей кромки инструмента в процессе упрочнения.

— Исследовать износ электрода и энергоемкость процесса в сравнении с упрочнением на воздухе.

— Определить область рационального использования "предложенного процесса.

Научная новизна и практическая ценность работы. Автором разработан процесс упрочнения, не требующий нанесения на поверхность других сплавов и формирующий бездефектный поверхностный слой с благоприятным расположением участков высокой твердости и относительно мягких для получения высокой стойкости инструмента, особенно при обработке труднообрабатываемых сплавов. Получены высокостойкие режущие инструменты, обеспечивающие наличие высокого качества поверхности.

Показана возможность и целесообразность применения исследуемого процесса для медицинского инструмента с целью повышения стойкости и устранения микродефектов, способствующих распространению инфекций.

На защиту вносятся:

— Разработанный метод упрочнения металлических поверх1-постен в среде жидкого азота, обеспечивающий получение в поверхностном-слое локальных участков нитрида титана.

— Физическая модель протекания процесса яр« яериоди» ческом воздействии криогенных температур и мощных тепловых источников, вызывающих распыление титана.

— Механизм формирования местных образований ШТ рпда титана и,устранения имеющихся микротрещнн без налипания на обработанную поверхность частиц титана.

— Обоснование возможности применения предложенного метода для упрочнения режущего и медицинского инструмента.

— Организация участка для упрочнения инструмента в ус-' ловиях машиностроительного завода.

Публикации. Результаты пр-едставленных в диссертации -исследований опубликованы в И работах.

Апробация. Основные положения диссертации докладывались на зональной научно-технической конференция «Современные проблемы коррозии и защиты металлов от коррозии в народном хозяйстве» ^г. Уфа„ЦНТИ, .1990), совещании «Новые процессы получения и обработки металлических материалов» (г. Воронеж, ЦНХИ, )09О), региональном даучно-практическом семинаре «Применение низкочастотных колебаний в технологических целях> на тему: «Надежность и ресурс работы оборудования л оснащения» (г. Ростов-на-До.ну, ДГТН, 1994), .международной даучло-иракхической конференции «Ресурсосберегающая технология махшшостроения» (г. Москва, ГК РФ. по ВО, 1994), технических советах заво-4

дов, в воронежском ГосударстйёнНоМ техническом уйяверсФ тете.

Работа выполнена нрй научнйн консультаций к.т.п., доцён-та Болдырева Л; И;

ЬСНОВНЬЁ СЬДНРЖЛНИЕ ^АШТЫ

1: комбинированный мётоДы упроЧнення^^^//

Мзвёстн1л различйые вйДы упрочнения инструментов. Най-бУлЬшёе йсполЬзЬваййё иЬлучйл хймпчёскйй метод повышения йсхйдных характеристик йнструмсйтальнЬх материалов путём лёгнрЬвания их различными элементами, в частности, хромом, мЬлйбдеиом, вольфрамЬм. Другим методом можно Назвать термическое улучШёние эксплуатационных свойств материалЬв (закалка, Ьтпуск и др.). Комбинация этих методов преДставляют хймикотёрмнческйе виды обработки (¡цементация, азотирование, цианирование и др.). Эти виды уи-

Гочнёнйя, в основном, не относятся к электрическим методам.

1сключеиие составляет азеггирование в тлеющем разряде, Иауйныё осИоЬЫ кото^Ьго заложйл акадеМйк Б. Р. Лазарен-ко. Процесс протекает при кратной полярности в 2 этапа: очистка поверхности 1| азотиройаИие. Режимы oбpaбofкн прН; Ведены в таблице:

Стадия упрочнения Состав рабочей Среды Давление (4-) разряжен. (—) раб. среды Темпер. °с 1 Напря-' жеине, В Время обраб час. Глубина азотирования, мкм

Очистка Пойерхноа и Детали пе-- !>еД азотированием Азотирование смесь азота с воздухом 4-0,1-0,2 мм ртути. СТ. мм рт. СТ. До 250 470 580 11С0— 1400 400— 1100 0,1 — 1 0,1-24 ю 500

Этот метод используют для упрочнения деталей основного производства и инструмента.

Следующий вид упрочнения — механическое. Оно сопровождает все виды обработки с непосредственным контак-

том инструмента с деталью (точение, фрезерование, шлифование, обкатка и др.). Часть таких методов целенаправленно используют для получения поверхностей с заданными характеристиками. Так, по сведениям И. Г. Гринченко, упрочнение конструкционных сталей роликами и чеканкой позволяет получить степень наклепа до 50%. Широко используемый дробеструйный метод позволяет получить, примерно,-те же.напряжения. Сочетание теплового воздействия от внешнего источника тепла (например, плазмотрона) с механическим резанием позволяет получить твердость поверхности в широком диапазоне изменения этого показателя путем регулирования припуска под обработку. По некоторым исследованиям наклей поверхности легированных сталей после комбинированной обработки резанием с нагревом составляет около 60% по сравнению с 20% при чистом точении. За счет комбинирования воздействий можно получить стабильные сжимающие остаточные напряжения в поверхности. Это, как правило, благоприятно влияет на эксплуатационные свойства изделий. Поверхность деталей после чистовой обработки с нагревом приобретает твердость, близкую к закалке на воздухе. Следует, учитывать, что глубина воздействия нагрева в основном не превышает 0,5—0,7 мм, хотя имеются указания на возможность получения мертепситного слоя до 5 мм.

Довольно широкое применение в практике получили такие комбинированные методы обработки, как электроэрозионно-химическая и ультразвуковая. Первый сочетает анодное растворение и электроэрозию металла. Второй метод получается путем наложении на первый ультразвуковых колебаний.

Опыт использования упрочненного режущего инструмента при помощи электроискрового легирования, относящегося к электроэрозионнохимичрскнм методам обработки, показывает, что во всех случаях заметно повышается поверхностная твердость и увеличивается шероховатость. Исследования нанесенного поверхностного слоя подтверждают, что он не представляет монолитной структуры,' а состоит из рыхлых элементов, выступы которых формируют микроповерхность. Под ним находится закаленный слой толщиной 10—30 мкм, который без наплавки не может сопротивляться усилиям, возникающим в процессе резания. Микровыступы наплавленных слоев ухудшают технологические возможности режущих кромок: йозрастает сопротивление резанию, повышается шероховатость обработанной поверхности. Это ограничивает область применения электроэрознонного упрочнения.

2. Природа возникновения микротрещин./^

Одним из наиболее распространенных поверхностных дефектов .инструмента являются трещины. Трещины по природе своего возникновения разделяются па термические, шлифовочные и термошлпфовочные. Они появляются в том случае, если концентрация внутренних напряжений на участке поверхности выше предела прочности материала на разрыв. Причем, наибольшие напряжения залегают в слое на глубине, не превышающей 50—75 мкм. Обычно трещины представляют собой линейные или сетчатые (в виде многоугольников со сторонами до 5—6 мм) образования. В данной работе рассматриваются микротрещнны, появляющиеся при Шлифовальных и доводочных работах, завершающих цикл изготовления инструмента. Как правило, это сопровождается появлением растягивающих напряжений. Лишь при доводочных операциях па чистовых режимах удается добиться полярных напряжений — напряжения сжатия. Шлифовочные трещины имеют глубину до 0,01 мм (.микротрещины) и могут быть расположены иод различными углами (30—80°) к поверхности.

3. Процесс упрочнения в жидком азоте и его моделирование/!^//7

Академик Лазаренко Б. Р. предложил в качестве рабочей среды при упрочнении деталей использовать сжиженные газы. Исследования этого процесса В. С. Коваленко показали, что при достаточно длительном охлаждении детали, нанесете упрочняющего слоя невозможно, а в ряде случаев наблюдается съем металла с детали. Это не позволило привести рекомендаций по практическому применению подобного упроч нения.

Предлагаемый в работе подход к электроэрозионному упрочнению базируется на новой гипотезе, согласно которой получение поверхности, не имеющей микродефектов и обладающей высокой износостойкостью, возможно в среде сжиженных газов за счет химических реакций, происходящих внутри микротрещин и прикаливання без нанесения на поверхность других металлов.

В отличие от традиционных методов электроэрозионного •упрочнения применение жидкого азота позволяет получить градиенты температур, не достижимые в других рабочих средах. Подача азота осуществлялась путем полива в зону обработки. Процесс осуществим только при автоматизирован-

ном упрочнении, так как в уловиях кипения азота видимость мест разряда очень слабая.

На первом этапе (см. «Моделирование процесса упрочнения в ж и!;.'/и азоте») обработки жидким азотом охлаждают зону упроч! ^пия. Поскольку азот удррживае1ся только около струн, а в остальной зоне происходит кипение нй границе с заготовкой и весьма незначительное охлаждение поверхности, ю можно на этом этапе принять, что микротрещины сжимаются. Поеле'стабнпнзацин температуры (визуально по прекращению пузырькового процесса или экспериментально по времени обработки жидким азотом) в зону обработки подводится электрод и подаются разряды. П.осле каждого разряда возникает область высокой температуры, где происходит испарение азота, нагрев детали, раскрытие микротреЩиН. Появляется, так называемый, «насосный эффект», при котором в микротрещину попадает газообразный азот. Часть материя-.'¡а электрода в состоянии плазмы попадает на поверхность заготовки, разогревая ее, и.в микротрещины. Между плазмой и газообразным азотом возникает реакция образования нитрида титана. Аналогичная реакция может протекать на разогретой поверхности заготовки, однако, в среде жидкого азота капал разряда сжат До Нескольких Микрон, и плазма воздействует на малую площадь. Вслед за плазмой К поверхиб-а п за/отонки летят тяжелые Частицы расплавленного Материала электрода, но-длительность разряда невелика И после прекращения теплового вйздействии происходит.резкое 6х-лажденпе зоны межДу электродом и заготовкой. Летящие частицы и заготовка снаружи охлаждаются До темпё{^урЬ1, при которой ггайОв!1Гся йевозможИой диффузионная сварка. Одновременно происходит закалка поверхностного Слоя и за счет градиента температур сжатия нитрида титана в микротрещине, где температура не может сразу снизиться. Повышенная температура й ёйльШне контактные уейлйя На границе микротрещины Дёла(0+ вйзкожнЬш диффузионное сращивание нитрида титана с заготовкой. Сам факт появления этой структуры подтвержден металлографическими исследованиями.шлифов. «

Моделирование процесса упрочнения в жидком азт

Стадия

Схема,

Описи'- процесса

Жидким азот

Л^ихр отре^ина. Э^та/гй

Подача жидкого азота на упроинке.мую поверхность, Происходит «.-закрытие» мпкротрешнн.

Раз/>/}9 Мс^аз)

М/Ж/ик.)

-7'£ ЧПС'гпиЦбГ

/ / ПЕКШЕЮ , ,

/ / / /7 1 / ' »

'V

в

,-71

7/ /

Электрический разряд между электродом и деталью. Происходит местный нагрев азога и детали, испарение азота. раскрытие микротрещин, втягивание в них газообразного азота и ионов ипана.

Движение расплавленных частиц титана к детали. Образован! . и микротрещннах нитрила ппана.

П рек р а шеи Не р а .1 р Я да. Охлаждение поверхности Детали 11 расплавленных частиц, отсутствие диффузионного сраЩинания частНц с четалыо. Сжатие мпк-ротрещин и стимулирование диффузионного ироцеосз между .нитридом титана Н ОтёнкаМ мнкротрещин,

4, Расчет зоны воздействия теплового источника 1} среде жидкого азота,^^

инсп Iрумснт -ЭЛ9К т ¿>а д

7ТД электроимпульа | ( 1 1

\ V М деталь

Баланс тепла при упрочнении в жидком азоте.

дп=. <з -о

Рп — полезное тепло

О'—подводимое при электроэрозионной обработке тепло Ч! —тепло, забираемое жидким азотом за время импульса

В то же воемя

.где *Л' — эл. мощность установки

: — коэффициент полезного действия установки (в. случае обработки в жидком азоте — 0,3)

П ■ с

Плотнеть теплового потока ц —, где Ь — площадь теп лового пятна, ск2.

По Н. Н. Рыкалпну плотность теплового потока по радиусу пятна

Ч (г)---ча-ехр (—К->г2)

где г — расстояние точки от центра пятна нагрева, мм К« -— коэффициент сосрсдоточенности, см-2

■•>00

К» - .-гт-

где Ко — радиус периферии пятна, мм. 10

По А. И. Резникову Г(г) изменяется пр закону, близ к г

КВт

му к /деленному е зависимости от ^ —р

Определив экспериментально Ко, находим 40 . Напоен эти значения на номограмму, можно определить плотпость теплового потока в любой точке зоны воздействия электрода; -

5. Энергоемкости процесса.

" и

Энергия импульса Аи— | I Ы-<3

о

где I — сила тока и — напряжение

-и — время протекания импульса -в первом пр!10Л',:жцт.-; \и—1ср-1_)ср •~и

где 1ср — средняя ¿:па тока

иер — среднее значение напряжения пробоя

1ср (0,5—0,75) где 1к — сила ток-, короткого замыкания электродов 1к — устанавливается но приборам установки В нашем случае 1ь 1а

"1'ср--(0.5—0,75) Ь'о где I:« — напряжение холостого хода при разомкнутых злек т род ах.

В нашем случае ио=100 вольт Длительность импульса "—0,01 сек.

Эксперименты подтверждают, что граничным условием сохранения поверхности инструмента от лункообразования при соблюдении характеристик установки

1а=1а, и—ЮОв, т=0,01 сек, является энергия импульса Аи=0,35 дж,

6. Расчет величины смещения оси электрода от кролик ннструмента^^/^

К'а установках *гипа ЭЛФА предусмотрено самообучение) включающее повторение трассы, пройденной вручную оператором, автоматической системой установки. Эта трасса прокладывается по режущей кромке инструмента, далее следует сместить ось электрода на постоянную величину от кромки и начать ) г. очнение с нанесением на нее металла электрода, Величина смещения зависит от режимов упрочнения, размеров электрода, рабочей среды. Если смещение мало, то возможно повреждение электрическим разрядом кромки". При излишнем удалении от кромки не достигается эффективность упрочнения рабочих кромок инструмента.

Схема расчета смещения оси элект-рода от кромки приведена па рисунке:

Э — электрод; 3 — заготовка; 1 — кромка инструмента; 2, 3 кроЧк!) электрода

Расстояние Срассчишваём, исходя из ВОЗМОЖНОСТИ НЭНСС^ шя нитрида титана на кромку I.

Известно, что образование нитрида титана происходит при-температуре 1000 К, а температура плавления металла катода 1700 К, эрозия металла на катоде под действием разряда в 5—10 раз ниже, чем,на аноде. В то же время известна картина .распределения тепла в зоне лупки на аноде. Предполагай, !1то качественная сторона изменения температуры аналогична для обоих электродов, а количественная может быть установлена из- моделирования теплового процесса, определим предельное расстояние от точки 3 до точки 1.

Если принять разряд как точечный источник тепла, то схема распределения температур при упрочнении моЖет быть представлена следующим образом,

То — температура. При которой может обра-зшшься нитриД титана Тпл. — плавления детали

температура материала

£

Следует учесть, что в жидком азоте канал разряда резко сужается. Это установлено с помощью оптической трубки с фильтром противолежащей зоне упрочнения. Так, если канал разряда на катоде в среде дистиллированной воды при напряжении 100 вольт наблюдается размером до 100 мкм, то в среде жидкого азота он просматривается в сечении до 25 Мкм. Точка 1 на инструменте должна принадлежать радиусу, где температура не ниже То, но не выше Тпл., т. к.' иначе или не будет упрочнения, или расплавится режущая кромка.

Учитывая равную вероятность отклонения температуры от расчетной за счет внешних воздействий, целесообразно в качестве рабочей величины смещения оси электрода от границы заготовки принять:

где Ко — радну-с "Изотермы, ограничивающий температуру То Ипл. — радиус изотермы с температурой Тпл. Из теории теплопередачи при условии, что температура окружающей среды равна температуре жидкого азота

3 _

п тл -. -Аи • -

К0==К У С,р,(То-Тц) <2>

3 _______

Нпл=К"\/Г ___(3)

» С3Рз(Тпл-Т)

где в ■— безразмерный коэффициент, учитывающий свойства электрода и время разряда

.'/'Ро

е

здесь Ро — критерий'Фурье, Ро— о-„ /г2 где я— температуропроводность материала электрода "„ — время импульса

г — текущий радиус для (2)г=^;* для (3) г=1^ил

; и — коэффициент полезного использования энергии импульса

;и -=(1_К,)-(1-К2) -(1-Кз) • (1—К4) где К| — потери энергии на нагрев и испарение азота. По нашим исследованиям он составляет не менее 0,65, Кг — потери на нагрев электрода зависят от свойства материала (по Коулу). В пашем случае Кг=1— 2пу(т Р1),

где гп—- р>.эСэРэ/^зСдО;,

здесь /.э.а,— коэффициенты теплопроводности электрода Н заготовки

СЭ.СЯ— удельные теплоемкости электрода и заготовки ¡>э.р3— плотности материалов электрода и заготовки Из-за кратковременности воздействия импульса, величина Кг не превышает 0,2; 1\з — учитывает потери энергии в жид-дой среде. Учитывая, что в момент разряда жидкий азот переходит в газ, можно принять Кз—0. Коэффициент К

4 ХЗ"

Н

рактеризует изменение напряжения в момент разряда. Обычно эта величина изменяется незначительно и К4=0. Таким образом ; 11=0,28—0,30, что в 1,5 раза ниже, чем при электроэрозийной обработке в среде керосина. Однако, такие результаты подтверждаются исследованиями В. С. Коваленко, который указывает на «...Общее снижение уровня эрозии... охлажденных электродов».

си2

Для генераторов с ЯС схемой Аи—Аиср= —^г

где С — емкость конденсаторов

К — коэффициент, учитывающий перераспределение энергии между электродом и заготовкой. В случае использования жидкого азота К=0,28-=-0,33.

Таким образом, получено уравнение в неявном виде для расчета величины смещения электрода относительно кромки. Разработан алгоритм н выполнены вариантные расчеты на ЭВМ для получения величины ¿'.Для титанового электрода с торцевой площадкой радиусом 0,25 мм при времени импульса 0,01 сек. и .энергии импульса 0,35 дж' смещение оси электрода составило 0,263 мм. Проведены экспериментальные исследования, которые показали, что при смещении менее 0,258 мм возникает разрушение режущей кромки инструмента.

7. Исследование износа электрода

Традиционный метод оценки износа электрода по отношению количества снятого материала к увеличению массы заготовки в единицу времени в рассматриваемом случае неприемлем, т. к. металл не наносится на заготовку. Поэтому примем за критерий износа электрода массу металла, удаленного с электрода в единицу времени при скорости перемещения, аналогичной электроэрозионному упрочнению на воздухе.

Наиболее рациональной формой электрода показала себя следующая ( Э варьируется от 1 до 2 мм):

Объем снятого с электрода металла :

v== "1Т " °2Н

предполагаем У==Услоя Услоя=Ь'Н-Ь

где Ь— ширина единичной полосы на заготовке, мм h — толщина Ьлоя упрочняющего материала; мм L — общая длина пути электрода, мм L—f( ")

--г- время обработки, сёк

tlpii постоянной скорости пёремеЩенйя V .

„ ¿

" \Г -

откуДа

D . Г1Ш~ -н

Учитывая, 4to эрозия Tin-анового электрода в азоте Kieiibiiití эрозии lia воздухе в 4 paila

_ Гз b-h \г-

Принимая V,- из режимов обработки, b, h определяя экспериментально, получаем D—Í(H) D= (0, l-í-0,12) H мм и г!и Н= 10ч-12 D мм

Данное услоьие справедливо Только Для первого прохода по режуЩей кромке инструмента, когда важно сохранить оптимальную геометрию электрода с /ГеМ, Чтобы Не повредить кромку. В случае смещения электрода от рёЖуЩей кромки Данной зависимостью можно преиебрёчЬ.

Абсолютный расход- электрода Определяется режимом об работки и видом материала элёкТрода. Например, при обра ботке на воздухе в режиме небольших затрат энергии, мак симальный расход электрода ВК.6М 01 мм составляет около 2-Ю-3 г/мм2 ИлИ 30 мм з& 8 часов непрерывной работы. При заданных в работе' режимах и конфигурации титдновогс электрода скорость его разрушения на воздухе составляет 0,008—0,011 Г/мин, в жидком азоте — 0,002—0,003 Г/мин. 8. Результаты испытаний упрочненного инструмента^,, Упрочнялись пазовые фрезы из материала Р6М5. Износ измерялся по радиусу скругления режущей кромки. Обраба

16 •

тйвалйсь'Пазы с Щири'ной 3 мм' и глубиной;2 мм в стали 45 и сплаве ВНС. ■ "" •

Через'30 минут работы на одинаковых режимах износ фрез-на сплаве ВНС без упрочнения составил по радиусу от 0,35 до 0,5 мм, и они не могли далее применяться без переточки. Упрочнеяные фрезы имели радиус скругления кромки от 0,022 до" 0,04 мм и использовались далее около 65 минут. Для стали 45 эффект упрочнения проявился менее заметно (соответственно стойкость возросла с 108 минут до 120). Проводились замеры стойкости упрочненных резцов из быстрорежущей и углеродистой стали. Среднее повышение стойкости для -быстрорежущей стали в 1,5—2 раза, для углеродистой — до 3. Повышение стойкости метчиков Мб из стали Р6М5 при обработке стали 35 составило 2—3 раза по сравнению с исходной.

Проведены испытания фрез из твердого сплава BKR, упрочненных в жидком азоте. Рассмотрение под микроскопом зоны упрочнения показало, что здесь появилось большое количество вторичных трещин с размерами до десятых долей миллиметра. При испытании таких фрез на сплаве ВНС 30% были- сняты со станка через 3—5 минут вследствие выкрашивания режущей кромки, около 40% — проработало в течение 20 минут и также -выкрошилось. Стойкость таких фрез без упрочнения cocTáB^eT не менее 110 минут. Результат можно объяснить высокой хрупкостью сплава и склонностью к тре-щннообразованию при больших градиентах температур. Кроме того, нитрид титана-не дает заметных преимуществ перед твердым сплавом н упрочнение такого инструмента электроэрозионным методом нецелесообразно. Для повышения стойкости инструмента его упрочняли на мягких-режимах в среде газообразного азота, но положительного эффекта не- достигли. Перва-я партия упрочненных медицинских скальпелей показала увеличение стойкости инструмента в 1,5 раза и уменьшение времени на'операции стерн лизации.

9. Опыт организации участка для упрочнения инструмента^,

"В Борисоглебском АО «Патроны» были опробованы различные способы упрочнения режущего -инструмента. В настоящее врем-я здесь организован участок-на базе болгарской установки ЭЛФА-731. Опыт эксплуатации участка показал, что доля машинного времени при упрочнении инструмента не превыша-ет 7% общего времени на обработку, т. е. большая часть трудозатрат -уходит на подготовительные операции и организационно-технические мероприятия.

Относительно высокое"рабочее напряжение (до 380 В) тре-. бует размещения участка в отдельном помещении. -При этом, работа оператора вручную во время упрочнения крайне нежелательна. Поэтому автоматизированные и автоматические установки наиболее подходят для упрочнения инструмента в среде жидкого азота.

Как показал опыт эксплуатации установки ЭЛФА-731, работа в механизированном режиме по заданной программе позволяет значительно повысить производительность труда оператора при достаточно большой партии упрочняемого инструмента. Кроме того; в этом случае обеспечивается выполнение требований к шероховатости и твердости рабочей поверхности инструмента при оптимальном количестве проходов электрода ■— два. Один проход электрода не позволяет . выполнить установленные требования к упрочняемому инструменту, а увеличение проходов более двух не ведет к улучшению качества обрабатываемой поверхности.

Использование в качестве охлаждающей среды жидкого азота предъявляет более серьезные требования к воздухообмену в зоне обработки, требуя обязательного устройства принудительной вентиляции при работе установки.

Применение жидкого азота требует строжайщего соблюдения разработанных инструкций ио технике безопасности, и с этой точки зрения и с целью упрощения процесса наиболее перспективным представляется использование газообразного азота в приспособлении со специальным соплом для создания низкой температуры в зоне нанесения покрытия. В пользу этой перспективы говорит и то обстоятельство, что жидкий азот значительно дороже газообразного.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

V

1. Разработана физическая модель электроэрозионного упрочнения инструмента в среде жидкого азота. Показано, что при соблюдении режимов протекания процесса удается получить поверхности без нанесенного слоя, а прочность обеспечить за счет формирования в приповерхностном слое локальных участков высокотвердого сплава, заполняющего микротрещины.

2. Теоретически обоснована и практически подверждена методика расчета величины смещения зоны упрочнения от режущей кромки, что обеспечивает сохранение качества заточки инструмента. Разработаны алгоритмы и программы рас-

чета величины смещения па ЭВМ. Полученные результаты подтверждали экспериментом.

3. Изучены характер и величина износа электрода. Показа* но, что для унрочиення целесообразно выбирать технически

чистый титан в форме стержня с заостренным рабочим концом. Такая форма снижает вероятность появления нерабочих разрядов и снижает энергоемкость процесса до уровня, свойственного традиционному эдектроэрозиопному упрочнению.

4. Создан участок эдектроэрозионного упрочнения резцов, фрез, осевого режущего инструмента из инструментальных сталей.

Применение разработанного процесса позволило снизить потребность в инструменте, повысить производительность и точность обработки деталей. Это способствует созданию конку рентноспособпой продукции.

5. Показано, что предложенный способ упрочнения.инструмента дает наибольший эффект при обработке жаропрочных п высоколегированных сплавов, когда формируемая структура приповерхностного слоя позволяет, получить наибольшую стойкость.

6. Предложенный процесс требует корректировки при упрочнении инструмента из твердых сплавов. Из-за повышенной хрупкости сплавов большие перепады температур вызывают появление вторичных трещин, снижающих прочность режущих кромок и вызывающих значительное снижение стойкости инструмента. Процесс может осуществляться в газообразном азоте, однако, при этом необходимо доработать технологию получения низких температур в зоне обработки с использованием Газообразного азота.

7. Процесс, перспективен для устранения микродефектов в медицинском инструменте, что устраняет места, опасные для распространения инфекций.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Переладои II. П., Бак.маи Л., Л., Томашепич Ю. Г. Поншнспне стойкости режущего инструмента с покрытием из карбида кремния || Экспресс-информация, серия «Обработка резанием», 1983. — № 4. — г. 19—22.

2. Смо.н-нцев В. П., Болдырев А. П., Переладои Н. П. Упрочнение инструмент;! плазменным напылением | | Тезисы докладов Зональной научно-технической конференции «Современные проблемы, коррозии и зпшиты металлов о} коррозии » народном хозяйстве». — Уфа, Ц11ТП, 1990 — с.'105- 106.

3. Переладов II. Г1., Бледных Н. П. Упрочнение инструмента || Тезисы

докладов совещания «Новые процессы получения и обработки металлических материалов», Воронеж, 1Ц1Т11, 1990. — с. 18.

4. Смоленцен В. П., Переладов 11. П. Качество поверхности после электроэрозионной и комбинированной обработки [] Электронная обработка материалов — • 1993. — № 6. — с. 13 -15,

5. Теория н практика электрохнмикочеханнческнх методов обработки деталей II Промежуточный отчего ПИР. Подпрограмма № I I. им». X» 125362, рук. Смоленцев В. П., Воронеж. ВГТУ, 1993. — с. 31:

6. Исследование электрохимических методов обработки и разработки оснастки для проведения некоторых видов обработки | | Промежуточный отчет о НИР № 46/92, инв. № 126363. рук. Смоленцев В. П., Воронеж, ВГТУ, 1993. ~ с. 40.

7. Исследование и разработка чистовых'методов обработки электродом1 щеткой и восстановление деталей гальваномеханпческим методом хромирования || Промежуточный отчет о НИР № 47/92, ннв. № 125364, р}!' Смоленцев В. П., Воронеж, ВГТУ,. 1993. — с. 33.

8. Перс-ладов Н. П. Область использования комбинированного упрочнения металлов — Тезисы докладов регионального научно-практического семинара «Применение низкочастотных колебаний в технологических целях на тему: ьНадежноеть и ресурс работы оборудования и оснащения» — Р.остов-на-Дону, ДГТУ, 1094. с. 24—25.

9. Смоленцег В. П.. Переладов И. П., Болдырев Л: И. Выбор метода упрочнения | | Тезисы докладов регионального научно-практического семинара «Применение низкочастотных колебаний в технологических целях» на тему: «Надежность и ресурс работы оборудования и оснащения» --■ Ростов-на-Дону,. ДГТУ, 1994. с. 39—41.

10. Смоленцев'В. П., Болдырев Л. П., ПерелаДон 11. 11. Качество поверхности при- комбинированных методах обработки - Тезисы докладов регионального научно-практического семинара «Применение низкочастотных колебаний в технологических целях» на тему: «Надежность и ресурс, работы оборудования и оснащения» — Ростов-на-Дону, ДГТУ, 1994. — с. 12-14,

11. Смоленцев В. II., Переладов Н. П. Повышенно долговечности инструмента упрочнением в среде жидких газов | | Тезисы докладов международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающая технология машиностроения» — М, ГК РФ но ВО, 1994. —- с. 18-19,

Переладов Николай Петрович ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Сдано в набор /tf.02.94. Подписано в печать (8.02.94 г. Фор-Ма* 60x84 1/16. Бумага ¡азетпая. Печать офсетная, объем 1 п. л. Тираж 80 экз. Заказ № 597.

. Ворифглебское Полиграфическое, производственное объединение 3<17140, г. Борисоглебск, ул. Народная, 50.