CC BY
163
УДК 621.9.047
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ГРАНУЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В.П. Смоленцев, В.П. Белокуров, В.Н. Старов
В статье рассмотрена динамика съема гранульных (порошковых) материалов в зависимости от структуры и технологии изготовления заготовок. Разработан алгоритм расчета технологических параметров и проектирования технологического процесса электрохимической размерной обработки гранульных (порошковых) материалов
Ключевые слова: гранульные материалы, электрохимическая размерная обработка, алгоритм,
технологический процесс
Применение электрохимической [1], магнитной [2] обработки позволяет получить качественные детали сложной формы из сплошной или гранульной структуры заготовок. Использование магнитных полей, в том числе в качестве одного из структурных составляющих комбинированной обработки, дает возможность формировать требуемое качество поверхностного слоя и интенсифицировать процесс удаления припуска даже на тех участках деталей, где применение лезвийного или абразивного
инструмента затруднено или не возможно.
Для проектирования технологического
процесса обработки гранульных материалов требуется разработать методы повышения скорости съема при сохранении других высоких показателей (точности, качества поверхностного слоя и др.). При использовании современного оборудования необходимо применять автоматизированные
системы технологической подготовки производства (алгоритмы, программное обеспечение, банки данных и др.).
На скорость анодного растворения оказывает влияние содержание элементов в материалах. Применительно к гранульным материалам необходимо установить изменение количества элементов в основных гранулах материала.
Исследования химического состава сплава, содержащего гранулы из 30ХМА и 20Х2ГСНВМ, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Состав гранульных (порошковых) материалов
Элемент Изменение содержания химических элементов
ции хром марга- нец моли- бден крем- ний угле- род сера
30ХМА 0,88- 0,94 0,6-0,66 0,16- 0,23 0,2- 0,26 0,28- 0,31 0,02- 0,022
30ХМА и 20Х2ГСН ВМ 0,07- 0,18 1,62- 1,75 0,33- 0,45 0,21- 0,31 0,098- 0,11 0,008- 0,01
Смоленцев Владислав Павлович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473)234-81-45
Белокуров Владимир Петрович - ВГЛТА, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 253-61-78
Старов Виталий Николаевич - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 246-19-77
Анализ образцов показал, что наблюдается большой разброс содержания элементов в гранулах (до 30%), особенно по хрому, где разброс достигает 260%. Это изменит величины электрохимических эквивалентов и выходов по току, т.е. может внести большие местные погрешности при электрохимической и комбинированной обработки
Еще большие погрешности может вызвать 3-5 кратное расхождение содержания элементов в гранульном материале. Однако, если электрохимические эквиваленты отдельных
элементов близки, а припуск незначительный, то погрешность после электрохимической обработки незначительна. В других случаях приходится переходить на комбинированные методы обработки с использованием анодного растворения.
Появление погрешностей после
электрохимической и комбинированной обработки зависит от скорости анодного растворения структурных составляющих гранульных
порошковых материалов. Существенное влияние на процесс оказывают направления съема припуска относительно вектора действия силы при прессовании (рис. 1).
1,0 1,0
0,92
0,8 0,75
0,4
А Б А Б А Б
I П Ш
Рис. 1. Проводимость биметаллов и скорость анодного растворения I - сталь 30ХМА; II - порошок из Х17Н13М2Т в направлении прессования (плотность материала 0,8-0,85 относительно литого); III - порошок из Х17Н13М2Т в перпендикулярном направлении относительно прессования (плотность материала 0,32-0,4 относительно литого);
А - удельная проводимость обрабатываемого материала; Б - скорость анодного растворения
Из рис. 1 видно, что плотность материала (зависит от направления действия силы при прессовании) изменятся от 0,8 до 0,4 относительно наибольшей величины, свойственной штампованной заготовке (I на рис. 1), а скорость анодного
растворения снижается до 25%, что влияет на точность получаемых деталей.
Снижение скорости съема материала в поперечном направлении (относительно вектора подачи) может снизить рассеивание тока и уменьшить погрешность профиля.
Различия в скорости анодного растворения гранул и сопрягаемого с ними сплошного материала (обоймы) вызывает на границе местную погрешность (53 на рис. 2), которая возрастает в процессе удаления припуска.
^ Съем мет алия,
Плотность тока 12А/см2
12 3 4 Время
ооипоотки. мин
Рис. 2. Съем материала по времени обработки в направлении прессования порошкового материала Х17Н13М2Т
1 - материал Х17Н13М2Т; 2 - обойма из стали 30ХМА; 53 - погрешность через 5 минут обработки
Для снижения погрешности (рис. 2)
желательно интенсифицировать съем материала как с прессованного, так и со штампованного (литого) участка, что позволит снизить время обработки и выровнять съем материала.
Для деталей, полученных методом запрессовки, возникающие напряжения, наклеп повышают скорость анодного растворения стыков на базе железа, хрома, никеля. Так, для сталей скорость съема может изменяться до 1,6 раза (табл. 2).
При расчете режимов необходимо корректировать полученную величину на коэффициенты, приведенные в табл. 2. В частности, возрастает съем вблизи места сопряжения биметаллов, что вызывает погрешности, которые следует учитывать при проектировании технологических процессов с наложением электрического поля.
Т аблица 2
Скорость анодного растворения сталей в зависимости от степени деформации материала ___________(плотность тока 50 А/см2)___________
Марка стали Скорость анодного растворения относительно начальной при степени деформации, %
1 10 20 30 40 50
У10 1,0 1,18 1,27 1,48 1,36 1,25
Ст. 40 1,0 1,3 1,65 1,55 1,52 1,5
4Х13 1,0 1,45 1,42 1,36 1,30 1,2
12Х18Н9Т 1,0 1,38 1,35 1,32 1,3 1,25
На рис. 3 показано влияние удельного
сопротивления порошкового материала на скорость его анодного растворения, что отражено в технологическом процессе обработки (рис. 4).
Скорость анодного растворения мм мин
0,4 --
0,3 --
0,2 --
0,1 -О
0 5 10 15 20
Удельное сопротивление Ом мм2 м'1
6)
Рис. 3. Удельное сопротивление и скорость анодного растворения порошкового материала а) ЖГр3Цс4 (железографит + 4% сернистого цинка)
1 - удельное сопротивление; 2 - скорость анодного растворения при плотности тока 25 А/см2 б) изменение скорости анодного растворения порошкового сплава НХ17СР4 от удельного сопротивления материала
1 - по основной обрабатываемой поверхности; 2 - на кромках и в местах сопряжения с цельным металлом
Рис. 4. Алгоритм проектирования технологического процесса (ТП) обработки биметаллов
В зависимости от условий получения такого материала изменяется его плотность, сопротивление (рис. 3, а, 1). Чем выше пористость, тем больше удельное сопротивление, вызывающее практически адекватное падение скорости анодного растворения материала (рис. 3, а, 2).
На рис. 3, б показано изменение скорости анодного растворения для сплава НХ17СР4 вдоль направления действия силы при прессовании. Наблюдается снижение интенсивности съема (рис. 3, б, 1), составляющее до 20%. А в месте соединения участков детали из порошка и основы (матрицы) разница в скорости съема (рис. 3, б, 2) достигает 100%, что вызовет погрешности профиля в месте сопряжения материалов и, особенно, на кромках, где сложно обеспечить при прессовании высокую плотность порошка.
Для проектирования технологии
электрических методов обработки биметаллов разработан алгоритм проектирования техпроцесса (рис. 4).
К особенностям процесса следует отнести следующее: повышенные требования к
проектированию заготовок и технологии их получения; необходимость поэтапной отработки технологичности процесса получения заготовок с заданными свойствами, в том числе по составу припоя, порошкового материала, отсутствию нетокопроводящих включений; необходимость расчета и назначения припусков на обрабатываемые поверхности; анализ влияния электрических методов обработки на эксплуатационные показатели
изделий; технико-экономическое обоснование применения новых методов обработки, где
учитывается обрабатываемость материала существующим и предлагаемым методом, доступ инструмента в сравниваемых вариантах, уровень гибкости технологии, потребность и стоимость средств технологического оснащения, эффект от применения новой технологии на стадиях
жизненного цикла изделия.
Выводы
1. Установлены новые зависимости между
свойствами биметаллов (в том числе гранульных и порошковых материалов) и технологическими
возможностями электрических методов обработки, что позволило предложить пути интенсификации электрохимического и комбинированного формообразования деталей наукоемких изделий из гранул, составляющих часть конструкции заготовки.
2. Предложен алгоритм проектирования
технологического процесса обработки различных биметаллов, что позволяет автоматизировать
технологическую подготовку производства изделий, содержащих гранульные материалы.
Литература
1. Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки // М.: Машиностроение, 2005. - 511 с.
2. Печагин А.П. Оценка воздействия магнитного импульса на состояние поверхностного слоя // ССП -2010, Сб. тр. междунар. науч.-техн. конф., Воронеж: ВГТУ, 2010. - С.39-42
Воронежский государственный технический университет Воронежская государственная лесотехническая академия
TECHNOLOGICAL PROCESS ELECTROCHEMICAL DIMENSIONAL WORKING
OF GRANULAR MATERIALS
V.P. Smolencev, V.P. Belokurov, V.N. Starov
In the article was viewed dynamic of the set granular (powder) materials depending on the structure and technology production of the half-finished products. It was develop calculation algorithm of technological parameters and projection of the technological process electrochemical dimensional processing of granular (powder) materials
Key words: granular materials, electrochemical dimensional processing, algorithm, technological process
157
