Срочная публикация научной статьи
+7 995 770 98 40
+7 995 202 54 42
info@journalpro.ru
Подзоров Никита Романович
студент ТулГУ, Россия, г.Тула
E-mail: nikita_tula_71@mail.ru
Электроакустическое напыление для упрочнения режущего инструмента – этот метод, включающий в себя одновременное воздействие высококонцентрированных потоков энергии (электрические искры и продольно-крутильные УЗК) обеспечивает большие скорости уменьшения температур микрованны расплава при электроискровых разрядах и интенсивных пластических микродеформаций, интерпретируемых как удары со сдвигами. Метода ЭЛАН широко применяется для нанесения покрытий с прогнозируемыми свойствами и получения новых материалов.
Целью этой работы является выбор режимов упрочнения с применением компьютерного моделирования.
Установка «ЭЛАН»
Установка показана на рис. 1.1 а и б, а ее структурная схема на рис. 1.2.
1 – станина (электрошкаф);
2 – пульт управления;
3 – колонна;
4 – опора;
5 – каретка;
6 – головка ультразвуковая;
7 – планшайба;
8 – патрон;
9 – электрод;
10 – гнездо однополюсной вилки
Энергия ультразвука и электроискрового разряда основа процесса ЭЛАН.
Межэлектродный зазор образуется при контакте механических продольно-крутильных ультразвуковых колебаний, сообщаемых электроду, с обрабатываемой поверхностью. Зазор равен амплитуде колебаний в электроде 5–10 мкм, меняющихся во времени приблизительно по синусоидному закону с частотой 19–23 кГц.
Преобразовать электрические колебания в механические колебания с ультразвуковой частотой можно с помощью ультразвуковой колебательной системы.
Ультразвуковая колебательная система является резонансной системой. В используемом диапазоне частот системы может находиться несколько резонансов.
Под воздействием электрического поля «капелька» движется по направлению к детали и в момент отрыва от электрода взаимодействует с окружающей средой на активной площади. Скорость движения «капельки» ν=ν1+ν2, где: ν1– скорость движения электрода в направлении, перпендикулярном к поверхности упрочняемой детали; ν2– собственная скорость «капельки», обусловленная действием сил электрического поля.
Продольно-крутильные ультразвуковые колебания электрода оказывают диспергирующее воздействие на «капельку», в результате чего она распыляется на еще более мелкие частицы, увеличивая тем самым площадь.Химические элементы, такие как азот и кислород, находящиеся в окружающей среде, вступают в реакции. Процесс образования искр при ЭЛАН труден и зависит от большого количества условий: атмосферного давления, температуры окружающей среды, запыленности помещения, площади электродов и др.
Для расчета режима упрочнения была взята быстрорежущая сталь Р6М5.
Важно оценить влияние изменений напряжения в межэлектродных промежутках и амплитуду ультразвукового колебания на параметры микроструктур покрытия.
В установке «ЭЛАН» были использованы возможности использования регулируемых рабочих напряжений от 5 до 45 В, возможности изменения фазы и частоты подачи разрядных импульсов.
Таблица 1
Регулирование рабочих напряжений в установке «ЭЛАН»
Материал |
№Опыта |
Напряжение U, В. |
Амплитуда ультразвуковых колебаний А, мкм |
Р6М5 |
1 |
40 |
15 |
Р6М5 |
2 |
30 |
15 |
Р6М5 |
3 |
30 |
10 |
Р6М5 |
4 |
25 |
15 |
Для данного покрытия толщина покрытия на превышает 10 – 15 мкм. Микроструктура покрытий для всех материалов содержит области с неоднородностями. Такие включения упрочняют материал значительно больше, чем образования, например твёрдого раствора. Если для исходного образца без напыления из стали 40Х размер этих областей находится в пределах 400 нм, то в напыленном покрытии Р6М5 он ощутимо уменьшился до 100-150 нм.
При анализе процесса электроакустического напыления, было выявлено, что рационально использовать режим напыления при напряжении U=40 В, и амплитуде ультразвуковых колебаний А=15 мкм.
Сочетание энергии ультразвука и энергии электроискрового разряда, образует диффузионное покрытие, которое приводит к упрочнению поверхности режущего инструмента.
Литература
Белоцкий А.В. и др. Ультразвуковое упрочнение металлов. –Киев,: Техника, 1989. – 168 с.
Лекции по дисциплине «Специальные и упрочняющие технологии».