Способ контактного электроэрозионного легирования

 

Использование: электроэрозионное легирование медью деталей из алюминия и его сплавов. Сущность изобретения; медный дисковый электрод-инструмент 11 прижимают к детали 13 и придают движение обкатки по обрабатываемой поверхности. Обработку ведут при помощи двухступенчатых импульсов тока, амплитуды и длительности ступеней которых определяют из соотношений: ,1 ... 0,3/l2 ,4 ... 2,8/Та, где и г - амплитуды первой и второй ступеней импульса соответственно; Ti и Та - длительности первой и второй ступеней импульса соответственно. 4 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,!Ж,, 1780952 Al (51)S В 23 Н 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР "c,, "." У," -., ° Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ «,,".„:- - .:, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (54) СПОСОБ КОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ (57) Использование: электроэрозионное легирование медью деталей из алюминия и

l

М Г

1 (21) 4933756/08 (22) 29,04,91 (46) 15.12.92. Бюл, N 46 (71) Институт проблем прочйости АН УССР (72) А.И.Попов, В.Е.Марченко, Ю.А,Кузема и

В.И,Побировский (56) Авторское свидетельство СССР

М 757289, кл. В 23 Н 9/00, 1978. его сплавов, Сущность изобретения: медный дисковый электрод-инструмент 11 прижимают к детали 13 и придают движение обкатки по обрабатываемой поверхности.

Обработку ведут при помощи двухступенчатых импульсов тока, амплитуды и длительности ступеней которых оп ределяют иэ соотношений: 11=/О, 1 ... 0,3/12 Т1=/1,4

2,8/Тъ, где 11 и 1г — амплитуды первой и второй ступеней импульса соответственно;

Т1 и Т вЂ” длительноСти первой и второй ступеней импульса соответственно. 4 ил„ . 1 табл.

1780952

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методом обработки, конкретно к электроэрозионному легированию, и может быть использовано при упрочнении деталей машин, изготавливаемых из алюминия и сплавов на его основе, Известные технические решения, направленные на упрочнение деталей машин из алюминия и сплавов на его основе, не обеспечивают получения поверхностного слоя с близкими свойствами по всей легируемой поверхности /твердость, шероховатость, износостойкость!.

Таким известен способ электроэрозионного легирования, включающий операции включения детали /катода/ в электрическую цепь установки для электроэрозионного легирования, легирующему электроду /аноду/ "ообщают вибрационное движение и одновременно пропускают единичные разрядйые импульсы между анодом и катодом. Для улучшения переноса материала на поверхность детали через один из электродов дополнительно пропускают постоянный ток. Описанный способ позволяет увеличить толщину /привес/ покрытия. Однако, например, при легировании деталей машин из сплавов алюминия медью он не позволяет получить покрытие с одинаковыми /близкими/ свойствами как по поверхности, так и по глубине. Это приводит к различной износостойкости поверхности, что недопустимо, например для прецизионных пар трения, работающих в условиях ограниченной смазки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ электроэрозионного легирования, включающий операции подключения детали-катода в электрическую разрядную цепь установки для электроэрозионного легирования, сообщение легирующему электродуролику вращающегося движения и его перемещения bio поверхности детали с одновременным пропусканием единичных разрядных импульсов между электродами.

В процессе использования описанного способа, применение медного вращающегося /роликового/ анода формирует на поверхности детали изтотовленной из алюминия или его сплавов несколько зон.

Верхняя зона представляет собой медь /материал анода/, за которой следуют упрочненная зона, где алюминий и медь распределены в пропорциях, необходимых для образования химических соединенийинтерметаллидов, а также локальные зоны

/вкрапления!, где преобладают либо материал анода, либо катода или микрополо30

40 аноддотемпературы,уровень которой ниже температуры плавления металла анода.

50 других дефектов

25 сти — каверны, которые являются концент- раторами напряжений, Таким образом, участок покрытия даже после единичного импульса имеет различные свойства /различную твердость/ по глубине покрытия и различную прочность поверхности, что снижает износостойкость покрытия, особенно в условиях значительных контактных нагрузок.

Цель изобретения — повышение износостойкости покрытия, образованного на поверхности детали, изготовленной из сплава на основе алюминия при его легировании медью, Это достигается тем, что в способе электроэрозионного легирования, включающем операции подключения детали-катода в электрическую разрядную цепь установки для электроэрозионного легирования, сообщения легирующему электроду-ролику вращательного движения и его перемещения по поверхности детали с одновременным пропусканием разрядных импульсов между электродами, согласно изобретению каж-дый единичный импульс формируют, по меньшей мере двухступенчатым, амплитуду токов первой! и второй 1 ступеней определяют выражением tg=/0,1 ... 0,3/!ъ а продолжительность ступеней соответственно Т и

Т задают соотношением T1=/1,4 ... 2,4/Т2

При этом оптимальная длительность первой ступени Т составляет 500 ... 1000 мкс, а второй Т =350 мкс.

Физическая картина происходящих при этом процессов может быть интепретирована следующим образом.

Первая ступень импульса приводит к появлению дугового разряда между катодом и анодом, тепло которого подогревает

Вторая ступень связана с интенсивным плавлением, переносом материала анода на катод и перемешиванием образовавшегося в микрообъеме расплава. Поскольку скорость нарастания тока при такой двухступенчатой обработке существенно ниже, чем при одноступенчатой, уменьшается интенсивность гидро- и газодинамических процессов, протекающих в микрообъеме расплавленного металла, что в свою очередь приводит к более однородному по своему составу образованного интерметаллида с меньшим количеством раковин, пустот и

В результате двухступенчатой обработки образуется покрытие, физико-механические свойства которого практически одинаковы по поверхности. Кроме того, микротвердость покрытия по глубине имеет

1780952 близкие значения, а концентрация дефектов оказывается значительно сниженной по сравнению с покрытием, получЕнным на алюминиевых деталях при использовании одноступенчатого импульса.

Авторами экспериментально найдены оптимальные соотношения для амплитуд токов ступеней и их продолжительность.

Так при (1<0,1 Ь и Tt<1,4 Tz эффект от

10 использования способа практически не ощущается. При Т»0,3 lz процесс превращается в одноступенчатый и сопровождается получением набора зон по глубине покрытия, имеющих четкие границы. При увеличении Т(свыше 2,8 Tz качество, т,е

15 однородность покрытия по глубине, опять ухудшается. Поэтому оптимальными являются соотношения, приведенные в формуле изобретения.

В результате оптимизации энергетиче20 ских параметров ступеней образуется покрытие, имеющее существенно меньшее количество дефектов /пустот, раковин/, чем при обработке деталей по способу-прототитвердость покрытия по глубине становится более равномерной.

Сущность решения поясняется при помощи графических материалов.

На фиг. 1 показана схема генератора

30 импульсов установки, реализующей способ; на фиг; 2 — эпюры напряжений генератора импульсов; на фиг. 3 — фотография микрошлифа участка покрытия, образованного при использовании способа-прототипа х

120; на фиг. 4 — фотография микрофлифа участка покрытия, образованного при использовании изобретения.

Генератор импульсов установки для

ЭЭЛ /фиг. 1/ содержит: силовой трансфор40 матор 1, обмотка 1 которого подключена к первичному источнику синосуидального тока /не показано/, а вторичные обмотки II u (11 подключены соответственно к силовому

2 и управляющему 3 диодным мостам; преобразователь импульсов 4, формирующий импульсную последовательность /фиг. 2 эпюра 3/, которая управляет электронным ключом /тиристор/ 5, обеспечивающим за45 ряд батареи рабочих конденсаторов 6 /фиг

2 эпюра 4/; устройства задержки 7 и 8 импульсов, которые включают тиристорные электронные ключи 9 и 10 соответственно в моменты времени /фиг. 2 эпюры 5 и 6/, обеспечивающие формирование на легиру55 ющей электроде 11 электрических импульсов, имеющих форму эпюры 7 !фиг. 2/.

Регулировка задержки Ьt< позволяет смещать передний фронт импульса первой ступени и тем самым регулировать пу, т.е, при одноступенчатом импульса, а 25 длительность и первоначальную амплитуду первой ступени. Регулировкой htz обеспечивается изменение фазы импульсов разряда конденсаторной батареи 6 /второй ступени комбинированного импульса/и тем самым регулировка длительности комбинированных импульсов при выбранной с помощью задержки Лт амплитуда импульса первой ступени. Критерием обеих регулировок является качество упрочняющего покрытия. Резистор 12 имеет малую величину и предотвращает перегрузку трансформатора 1 на время действия импульса первой ступени /при токе короткого замыкания электрод-деталь 13/.

Пример. Подготовили 3 серии геометрически одинаковых образцов, выполненных в виде цилиндров диаметром 40 и длиной 100 мм из сплавов на основе алюминия. Каждый образец закрепляли и изолировали в патроне токарного станка 1К 62. На резцедержателе закрепляли и изолировали ролик диаметром 60 мм, изготовленный из медного сплава, В процессе обработки цилиндрической поверхности каждого образца формировали кольцевую зону покрытия шириной 20 мм. Покрытия формировали путем однократногб прохода. После легирования образцы подвергали испытанию на машине трения. Режимы обработки и резул ьтаты исп ытаний сведены в таблицу. Регистрацию электрических параметров осуществляли при помощи осциллографа

С1-93, металлографические исследования проводили на микроскопе MNM-8.

Износостойкость образцов, обработанных по способу-прототипу, ниже, чем у образцов, обработанных по данному способу.

Разброс величины микротвердости по глубине покрытия, нанесенного по способупрототипу, выше, чем у покрытия, нанесенного по данному способу /см. фиг. 3 и 4/.

При изготовлении микрошлифов, изображенных на фиг, 3, использовали электролит

¹ 414, а изображенного на фиг. 4 — электролит ¹ 420.

Оптимальными режимами электроэрозионного легирования образцов из алюминия и сплавов на его основе медью являются: ((=/0,1 „, 0,3/(2, Т =/1,4 „, 2,8/Т2, Т)=500 ... 1000 мкс.

По сравнению с прототипом данный, способ позволяет повысить износостойкость покрытий, образованных на деталя из алюминиевых сплавов при их электроэрозионном легировании медным электродом за счет уменьшения разброса значений

1780952 8 импульсныйток,отлича ющийся тем, Что, с целью повышения качества поверхности деталей из алюминия и его сплавов при йх л»егировании медью, обработку ведут при

5 по»мощи дв*ухступенчатых импульсов тока, аямпл»и»тудй и длительности стуйеней которых ой»ределяют из соотношений

11-(0,1 ... 0,3)!2, Т .(1,4 ... 2,8)TZ, где l{ u lz — амплитуды первой и второй

10 ctyneíå4йМ*г{у»льежа, соответственно;

Т1 и Т2 — длйтельности первой и вто рой ст пеней ймп» улисса соответственйо. твердости покрытия по глубине и по поверхности, а та оке ф@е» ньве»йия кочлйчеств»а дефектов, что позволяет повысить качество покрытия, © о р м у л а и з о б р е т е и и я

Способ койтактФЗКо » {ектроэ{йз»ионного лемрования материалов дискового электрода-инструмейт»а. при» Коз»тором электроду-инструменту сообщают движение обкатки по обрабатываемой по»в»ерх»ности и через алек роды»пр»о»п»ускают микротвердость покрытия

Параметры импульса

Износостойкость поверх" ности

1, /IZ

I1, А

Т1, мкс Т, мкс Т /Тв

Относитель» ное увеличение, 2 среднее значение среднее квадратич. отклонен.. среднее значение относительной износостойк, »

1 20 400

П р и м е ч а н и е. Никротвердость и износостойкость поверхности определялись по данным 3-4 образцов и результаты. усреднялись .

Образцы обрабатывалй по способу-прототипу (1З 1.1) Фие 2

2 40 400

3 8о 4оо

4 120 400

5 200 400

6 8о 4оо

7 80 400

8 8О 400

9 ВО 400

{О 80 400

11 400

0,05

0,1 о,г

0,3

0,5

0,2 о,г

О,2

o,г

0,2

7оо

7оо.

7оо

700

35о

350 г г г

2 г

1 2

1,4

2,О

2,8

3,5

271 13,7

279, 7,2

276 Э З

270 6,5

268 5,6

267 6;9

262 7,9

270 7,6

278 - 58

272 15,5

270 18,4

2,О

1,58

1,62

1,6

2,09

2,04

1,67

1,65

1,70 г,1

2,2

28

27

28

19

24

23

1780952

Составитель А. Попов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С. Патрушева

Редактор С. Кулакова

Заказ 4239 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101