CC BY
12
УДК 621.9.047
КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА ПРЕССОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ
В.П. Смоленцев, С.С. Юхневич, В.Л. Мозгалин
В статье рассмотрены особенности протекания процессов комбинированной чистовой обработки прессованных материалов, обладающих различной проводимостью в зависимости от положения электрода-инструмента относительно вектора действия силы при их прессовании. Детали, полученные приведенными в статье методами, максимально приближены к форме готовой детали, но всегда имеются участки, где заданная точность обеспечивается окончательной обработкой. Этот процесс является весьма трудоемким, т.к. порошковые материалы имеют различные механические, тепло- и электротехнические характеристики, где для каждого участка требуется свой технологический режим. Для механической обработки такой процесс трудно осуществить даже с использованием современных материалов инструмента и высокоавтоматизированного оборудования. Все большую востребованность получают электрические методы обработки - часто в комбинации с другими процессами или при сочетании с различными видами тепловых, химических, механических, магнитных, ядерных воздействий. В статье приведены рекомендации по выбору технологических режимов материалов применительно к обработке проволочным электродом, что открывает возможность проектировать новые технологические процессы, в том числе с использованием автоматизированных систем технологической подготовки производства
Ключевые слова: прессованные материалы, удельная электропроводность, комбинированные процессы, технологические процессы, режимы
Введение
В последние годы в транспортном машиностроении стали широко использоваться детали из порошковых и гранульных прессованных материалов. Такие детали могут быть получены с максимальным приближением к форме готовой детали, но всегда имеются участки, где заданная точность обеспечивается окончательной обработкой. Этот процесс является весьма трудоемким, т.к. порошковые материалы имеют различные механические, тепло и
электротехнические характеристики, где для каждого участка требуется свой технологический режим. Для механической обработки такой процесс трудно осуществить даже с использованием современных материалов инструмента и высокоавтоматизированного оборудования. Здесь все большую востребованность получают электрические методы обработки - часто в комбинации с другими процессами или при сочетании с различными видами тепловых, химических, механических, магнитных, ядерных воздействий.
Особенности комбинированной обработки прессованных материалов
Прессованные материалы применяются для изготовления металлорежущего инструмента, в деталях основного производства современных конструкций авиакосмической техники, где за счет этого достигнуты хорошие результаты по прочности и удельной массе деталей. Такие материалы могут иметь равномерно распределенные частицы или гранулы, а также
Смоленцев Владислав Павлович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, e-mail: [email protected] Юхневич Сергей Степанович - ВГТУ, аспирант, e-mail: [email protected]
Мозгалин Владислав Львович - ВГТУ, аспирант, e-mail: [email protected]
несколько соединенных вместе слоев из различных токопроводящих однородных слоев, обработка которых комбинированными методами зависит от их физико-химических характеристик, в частности от удельного сопротивления материала [1, 2]. Одним из перспективных направлений развития машиностроения является создание и обработка прессованных материалов из порошка и гранул различного состава, сочетание которых
выбирается из условий работы изделий при эксплуатации. В условиях производства новой техники обработка таких материалов становится наиболее востребованной в технологии машиностроения и требует научно обоснованного сочетания в одном комбинированном процессе нескольких физических воздействий с новыми (часто не известными) режимными параметрами. Это в большей степени относится к вновь разрабатываемым технологическим процессам, где, наряду с достаточно изученными механическими составляющими, используются электрические, химические, лучевые, магнитные и другие воздействия, учитывающие возможности получения высоких технологических показателей обработки новых материалов, в частности получаемых прессованием.
В основу исследований комбинированного эрозионно-химического процесса обработки прессованных материалов положен принцип подобия, сформированный для машиностроения в [3], где принято, что каждое физическое воздействие в едином процессе не только сохраняет свое полезное воздействие на все структурные составляющие материала детали, но и способно усиливать такое воздействие других факторов, например, химических процессов в зоне обработки. Это может давать труднообъяснимые новые технологические результаты при обработке различных материалов, такие как резкое возрастание (на порядок и более) скорости обработки, снижение шероховатости при
интенсификации процесса съема, что противоречит классическим положениям о назначении режимов черновой и чистовой механической обработки. Практически отсутствуют сведения об изменении электрического сопротивления прессованных материалов и влиянии этого на их обрабатываемость комбинированными методами.
Способы подвода тока при обработке прессованных деталей В технической литературе не обнаружено глубоких исследований о влиянии способов подвода электрического тока при комбинированной эрозионно-химической обработке прессованных деталей, имеющих различную удельную проводимость в зависимости от положения электрода относительно вектора действия сил при прессовании.
Для достижения энергосберегающего режима, снижения потерь напряжения, увеличения интенсивности процесса и улучшения качества поверхностного слоя деталей из любых материалов необходимо снижать потери энергии на сопротивление току от токоподвода к месту обработки. Это достигается при выполнении критерия
Хср^шах, (1)
где х-электропроводность материала детали.
Для достижения наибольшей точности обработки прессованных материалов из порошков и гранул необходимо соблюдать граничные условия, которые могут соблюдаться за счет обоснованного размещения токоподводов
Хшах-Хшт^тт (2)
Ф52
3 В_
1
—в
КЩ / 77 \ Ф28>0Л
4-
а) б)
Рис. 1. Схемы подвода тока к длинномерной прессованной детали; а) общий вид детали; б) варианты подвода тока к детали; 1-деталь; 2-электрод-проволока (ЭП); 3-токоподводы к детали. Материал детали ЖГр3Цс4; размер гранул 1,25 мм. Подвод тока: А - со стороны выхода из детали ЭП; А-Б - с торцов детали; А-Б-В - со всех сторон снаружи детали
На рис. 1, а приведена деталь из гранул материала ЖГр3Цс4 (железографит +4% сернистого цинка), где требуется получить точное внутреннее отверстие, чистовая обработка которого традиционными методами (например,
протягиванием) хотя и возможна, но в мелкосерийном производстве экономически не выгодна. Здесь наиболее целесообразна комбинированная эрозионно-химическая обработка проволочным электродом. Для этого требуется обосновать положение и места подвода тока к детали, т.к. она имеет большую толщину, ограниченную площадь нижнего торцевого участка, наиболее удобного для совмещения с токоподводом. Всякое усложнение системы токоподводов приводит к повышенным трудозатратам при установке и снятии детали со
станка, поэтому рассмотрено три варианта размещения токоподводов (рис. 1, б): на столе станка и подводом тока через торец детали; с использованием обеих торцев; установкой дополнительных токоподводов к наружной поверхности детали. Различные расстояния от места подвода тока к месту обработки материала, имеющему высокое электрическое сопротивление, возрастающее в направлении, перпендикулярном вектору прессования, вызывают широкое изменение и потери напряжения, что при необоснованном размещении токоподводов вызывает нарушение технологического процесса и технологических показателей, главным образом шероховатости поверхностного слоя, что показано на рис. 2.
Рис. 2. Изменение шероховатости поверхности места обработки детали ЭП (рис. 1) в зависимости от расстояния до места подвода тока (схемы токоподвода приведены на рис.1, б). Напряжение 280 В. Подвод тока к детали:1 - со стороны выхода ЭП из детали; 2 - с противоположных сторон;3-со всех сторон
Анализ рис. 2 показывает, что при одностороннем токоподводе (рис. 2; 1) с удалением зоны обработки от места подвода тока высота неровностей возрастает до 3 раз и достигает значений, превышающих заданную в чертеже величину, т.е. односторонний подвод может
Режимы комбинированной обработки пресс
использоваться для чистовой обработки прессованных минералокерамических и графитизированных деталей с толщиной до 30-50 мм. При двухстороннем подводе тока шероховатость Ra<2 мкм можно обеспечить при удалении от места токоподвода не более 75-75 мм, т.е. для деталей с толщиной до 140-150 мм. Ограничения по толщине деталей при чистовой обработке снимаются в случае 3 на рис. 1, б, но это справедливо только для изделий с ограниченной толщиной боковой стенки.
Технологические режимы при обработке проволочным электродом прессованных деталей
Технологические режимы обработки зависят не только от физических свойств частиц порошка или свойств гранул входящих материалов, но и геометрии, условий прессования деталей, подбора схемы подвода тока, параметров процесса и других факторов.
Применительно к комбинированной обработке непрофилированным проволочным электродом прессованных деталей [4] рекомендации по выбору технологических режимов представлены в таблице.
4 материалов проволочным электродом (ЭП)
Обрабатываемые Напряжение на Сила тока, Натяжение Скорость Рекомендуемая
материалы (представитель) электродах, В (не ниже) А ЭП, Н перемотки ЭП, м/мин скорость подачи ЭП, м/мин
Металлические 50 0,1-0,3 20-25 2-6 0,7-2,5
порошки, гранулы (Х17Н13М2Т)
Минерало- 120-150 0,2-0,4 25-30 3-15 0,4-1,7
керамики (ВОК, композиты)
Железографитовые (ЖГрЗЦс4) 150-180 0,2-0,4 25-30 3-15 0,4-1,5
Сведения, приведенные в таблице, отражают обработку только тех марок прессованных материалов, которые исследовались авторами статьи. В других случаях требуется корректировка режимов, но представленная информация дает достаточно достоверные сведения о рабочих диапазонах изменения параметров, что значительно ускоряет проектирование
технологических процессов обработки
прессованных материалов. Проведенные исследования показали, что представленные в таблице сведения правомерны как для порошковых, так и гранулированных материалов.
Заключение Приведенные материалы получены на примере использования проволочного электрода-инструмента и раскрывают особенности протекания комбинированных процессов эрозионно-химической обработки деталей из прессованных материалов, содержащих порошковые и гранульные составляющие из материалов с различной удельной проводимостью, зависящей от положения инструмента от вектора
прессования. Это позволяет расширить область использования электрических методов обработки на новые материалы, закладываемые в конструкцию проектируемых изделий
современной техники и перспективный режущий инструмент с минералокерамической рабочей частью.
Литература
1. Смоленцев В.П. Технологический процесс электрохимической размерной обработки гранульных материалов / В.П. Смоленцев, В.П. Белокуров, В.Н. Старов //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2012. Т.8. № 2. С. 153-157.
2. Смоленцев В.П. Формирование микроповерхности гранульных материалов при комбинированной обработке/ В.П. Смоленцев, В.Г. Грицюк, О.Н. Кириллов //Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 2. С. 40-43.
3. Безъязычный В.Ф. Метод подобия в технологии машиностроения / В.Ф. Безъязычный. М: Машиностроение, 2013. -320 с.
4. Смоленцев В.П. Изготовление инструмента непрофилированным электродом / В.П. Смоленцев. М.: Машиностроение, 1967.- 162 с.
Воронежский государственный технический университет
COMBINED PROCESSING OF EXTRUDED MATERIALS
V.P. Smolentsev1, S.S. Yukhnevich2, V.L. Mozgalin3
'Full Doctor, Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation
e-mail: [email protected].
2Graduate student, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation e-mail: [email protected].
3Gradute student, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation
e-mail: [email protected].
The article examines the features of combined finishing of extruded materials with various conductivity depending on the provision of the tool-electrode relative to the force vector during the pressing. The component parts made using the methods given in the article have the shape closest to the shape of finished parts, but there are always some areas where the designated accuracy is provided by final processing. This process is very labor-consuming since powder materials have various mechanical, heat engineering and electrotechnical characteristics where each area requires its own technological mode. It is difficult to carry out such mechanical operation even with the use of modern materials, tools and the high-automated equipment. Electric methods of processing are more and more in demand, often in combination with other processes or with different types of thermal, chemical, mechanical, magnetic, nuclear impacts. Recommendations about the choice of the technological modes of materials in relation to processing with wire electrodes are provided in the article, which gives an opportunity to project new technological processes, including those with the use of automated systems of technological preparation of production
Key words: extruded materials, specific conductivity, combined processes, technological processes, modes
References
1. Smolentsev V.P., Belokurov V.P., Starov V.N., "Technological process of electrochemical dimensional processing of granular materials" ("Tehnologicheskij process jelektrohimicheskoj razmernoj obrabotki granul'nyh materialov"), Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta) 8, # 2 (2012): 153-157.
2. Smolentsev V.P., Gricjuk V.G., Kirillov O.N., "Formation of micropowered granular materials at combined processing" ("Formirovanie mikropoverhnosti granul'nyh materialov pri kombinirovannoj obrabotke"), (Uprochnjajushhie tehnologii i pokrytija) 2 (2012): 40-43.
3. Bez'jazychnyj V.F., "The method of similarity in manufacturing engineering" ("Metod podobija v tehnologii mashinostroenija"), Mechanical engineering (Mashinostroenie) (2013): 320
4. Smolentsev V.P., "Production of a tool with non-profiled electrode" ("Izgotovlenie instrumenta neprofilirovannym jelektrodom "), Mechanical Engineering (Mashinostroenie) (1967): 162
