- •Литература
- •Литература
- •Литература
- •Электрохимическая обрабатываемость металлов и сплавов
- •Р исунок 1 Принципиальная схема экспериментальной установки
- •Ю.В.Кирпичев, и.Ю.Кирпичев, и.Б.Мараев
- •Исходные данные
- •Преобразуем полученную математическую модель в модель с натуральными переменными с помощью формулы
- •Т.О. Толстых
- •Ву Хыу Дай, в.С.Петровский
- •Воронежская государственная
- •Н.И. Воронова, в.П. Смоленцев
- •Познавательные мероприятия
- •Стажировка
- •Дорогой друг !
- •Здоровье учащихся как фактор повышения
- •Ответы кодируются следующими оценками: «да» - 3; «не совсем» - 2; «нет» – 1
- •Анкета № 2 для преподавателей Ответы кодируются следующими оценками: «да» - 3; «не совсем» - 2; «нет» – 1
- •Анкета № 3 для учащихся «Мое здоровье» Ответы кодируются следующими оценками: «да» - 3; «не совсем» - 2; «нет» – 1
- •Все поступления денег в виде оплаты труда работающих лиц;
Литература
1. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки /Под общ. Ред. Волосатова В.А./ - Л.: машиностроение 1988 – 719с.
2. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Т.1 /Под ред. В.П. Смоленцева/ - М.: Высш. Шк., 1983. – 247с.
3. А.С. 513823 СССР, МКИ3 В23 Р1/04. Устройства для подачи электролита /В.П. Смоленцев, И.М. Краснов, В.М. Борисов, В.М. Шишкин/ (СССР).
4. Патент № 1797533 А3, МКИ В 2347/36. Способ электрообработки вращающимся электродом-инструментом. /В.П. Смоленцев, О.Н. Кириллов, С.В. Кретинин, Б.А. Голоденко/ (СССР).
Воронежский государственный
технический университет
УДК 621.9.047
О.Н. Кириллов, В.П. Смоленцев, А.В. Писарев
ОБРАБОТКА ОБРАЗЦОВ ИЗ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
ЭЛЕКТРОДОМ-ЩЕТКОЙ
В ВГТУ разработана и изготовлена малогабаритная установка для комбинированной обработки электродом-щеткой /1/. При обработке в качестве заготовок использовались каленые образцы из углеродистой стали У8 с шероховатостью поверхности 2,5мкм. Исследовалось влияние величины прижима электрода-щетки /2/ к обрабатываемой заготовке и изменения силы тока и напряжения на шероховатость получаемой поверхности. Полученные результаты приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Значения шероховатости обработанной поверхности заготовок из стали У8 при разной величине прижима электрода-щетки
Номер эксперимен. |
Величина прижима, мм. |
Шероховатость Ra, мкм |
1 2 3 4 5 |
0.1
|
0,28 0,31 0,21 0,18 0,21 |
1 2 3 4 5 |
0.75 |
0,28 0,31 0,25 0,27 0,4 |
1 2 3 4 5 |
0.5 |
0,26 0,29 0,41 0,3 0,36 |
1 2 3 4 5 |
0,25 |
0,8 1,25 1,3 0,9 1,15 |
Напряжение и ток подавались от стабилизированного источника питания с ручной настройкой и автоматической стабилизацией. Подача заготовки S = 62 мм/мин. Обработка осуществлялась на воздухе с вбрызгиванием рабочей среды (7% водный раствор сернистого сульфафрезола) в зону обработки при прямой полярности, при этом на заготовку подавался « + », а на инструмент-щетку « - ». При проведении экспериментов использовались различные СОЖ. Применение 20% раствора поваренной соли увеличило производительность работы установки на 3 – 7%, но вызвало коррозию металлических частей рабочей зоны. При использовании 7% водного раствора сернистого сульфафрезола удалось получить высокую чистоту поверхности.
Таблица 2
Значения шероховатости обработанной поверхности заготовок из стали У8 при различной величине тока и напряжения
N эксперимента |
Шероховатость Ra, мкм. |
Величина тока, А |
Напряжение, В |
1 2 3 4 5 |
0,28 0,31 0,21 0,18 0,21 |
1 |
1.5 |
1 2 3 4 5 |
0,28 0,31 0,25 0,27 0,4 |
2,5 |
4
|
1 2 3 4 5 |
0,26 0,29 0,41 0,3 0,36 |
4 |
7.5 |
1 2 3 4 5 |
0,8 1,25 1,3 0,9 1,15 |
5 |
10 |
Так обработанная поверхность на отдельных участках имела шероховатость Ra = 0,01мкм. За время проведения экспериментов инструмент-щетка износилась приблизительно на 30 – 45%. Износ щетки определялся визуально. Следует отметить, что при величине прижима в пределах от 0,02 до 0,1 мм износ инструмента-щетки снижается, при величине прижима от 0,15 до 0,3 мм и выше инструмент изнашивается интенсивнее, вследствие увеличения механического взаимодействия с поверхностью обрабатываемой заготовки. При этом при значениях прижима 0,3 мм и выше наблюдалось образование медной пленки на поверхности заготовки.
Из анализа полученных экспериментальных результатов можно сделать следующие выводы:
1. Использование разработанной малогабаритной установки дает возможность получать высокую, до 0,01 мкм шероховатость поверхности, что позволяет производить чистовые и доводочные операции;
2. При увеличении прижима электрода-щетки к заготовке, увеличении тока и напряжения шероховатость обработанной поверхности, в целом увеличивается, при этом возможны определенные сочетания режимных параметров, при которых за счет оптимального сочетания составляющих процесса комбинированной обработки можно получать заготовки с высоким классом шероховатости.
3. Варьируя режимами обработки (прижимом, полярностью) можно наносить на обрабатываемую поверхность защитные и декоративные покрытия;
4. Использование малогабаритной установки позволит частично решить проблемы механизации доводочных и зачистных операций в условиях металлообрабатывающих производств.
Литература
1. Кириллов О.Н., Писарев А.В., Склокин В.Ю. Установка и инструмент для комбинированной обработки // Нетрадиционные технологии в машиностроении и приборостроении: Межвуз. Сб.науч. тр.вып.3. Воронеж, ВГТУ,1999. С. 120 – 126.
2. Кириллов О.Н., Писарев А.В. Электрод-щетка для малогабаритной установки // Новационные технологии и управление в технических и социальных системах: Тез.докл. межвуз.научн.прак.конф. вып.1. Воронеж, ВГТУ,1999.с.58.
Воронежский государственный
технический университет
УДК 621.9.047
Н.В. Сухоруков, В.П. Смоленцев
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК В НЕЙТРАЛЬНЫХ СРЕДАХ
Электроконтактная обработка нашла применение для обдирки слитков и литья (процесс протекает в воздушной среде), для разрезки тонкостенных заготовок (в среде технической воды), при разделении металлических материалов (в качестве рабочей cреды используется жидкое стекло, иногда - воздух), в комбинированных процессах: обработка проволочным электродом-щеткой, электроалмазная резка, очистка материалов от окалины и др. (процесс может протекать в станочных эмульсиях, растворах солей, на воздухе).
Для разделения заготовок в основном используют водные растворы жидкого стекла. Применение других сред носит исключительный характер из-за больших потерь металла на обдирку заготовок ввиду большого дефектного слоя и в силу снижения производительности после углубления инструмента в деталь (например, при использовании воды при резке труб). Опыт применения жидкого стекла показал, что такая рабочая cреда, наряду с положительными свойствами, имеет существенные недостатки, главными из которых являются: вредное влияние на окружающую среду и обслуживающий оборудование персонал, дефицитность, достаточно высокая стоимость этого материала, непрестижность работы с такой рабочей средой из-за быстрой потери товарного вида оборудованием и появления на одежде несмываемых пятен в местах контакта с жидким стеклом.
В течение многих лет делаются попытки заменить при электроконтактной обработке жидкое стекло на нейтральные cреды: углеводородное сырье, глицерин и др. Но тогда операция разделения заготовок становилась неконкурентноспособной по сравнению с механообработкой из-за низкой производительности процесса, ухудшения качества поверхности и высокой стоимости рабочей cреды.
В работах Л.А. Ушомирской /1, 2, 3/ приведены сведения об использовании для разделения одной из марок нержавеющих сталей 5% суспензии каолина. Другой информации по этому вопросу в литературе не обнаружено.
Наши опыты прошлых десятилетий показали, что формальная замена жидкого стекла на суспензии невозможна из-за необходимости использования новых режимов протекания процесса и изменения конструкции узлов подготовки рабочих сред. Для практического использования вновь предлагаемых жидкостей требуется экспериментальная и теоретическая отработка процесса, его оптимизация с достижением технологических результатов, близких к тем же показателям разрезки заготовок в жидком стекле.
Главным достоинством жидкого стекла является нелинейное изменение вязкости в узких зазорах, когда по мере увеличения усилий сжатия двух твердых тел (инструмента и заготовки) противодействие рабочей cреды резко возрастает и даже при больших (например, ударных) нагрузках не возникает длительного металлического контакта и образования устойчивой дуги. Локализации разряда способствует взаимное перемещение электродов. Этот механизм можно моделировать. следующим образом: за счет усилий сжатия электродов (обычно определяется величиной постоянной подачи инструмента) при вращении диска возникают участки металлического контакта, через которые проходит ток и происходит разогревание жидкого стекла, которое диссоциирует с образованием окислов силиция /6/. Эти окислы представляют из себя твердые частицы, взвешенные в вязком жидком стекле, образуя пограничный слой. Такой слой становится тем прочнее, чем тоньше прослойка из твердых включений, которые противодействуют давлению инструмента.
Используя теорию подобия, авторы обосновали возможность подбора рабочих сред с твердыми гранулами из нейтральных материалов. На основании этого смоделирован процесс разделения заготовок в суспензиях. Для проектирования рабочей среды следует учесть следующие условия подобия с жидким стеклом:
обеспечение вязкости близкой к вязкости жидкого стекла принятой концентрации;
сохранение стабильных диэлектрических характеристик при любых зазорах и температурах;
сохранение структурного состава и концентрации компонентов в течение всего периода работы.
Следует также учесть дополнительные требования к новым средам:
отсутствие токсичности, экологическую безопасность;
устранение возможности налипания на оборудование, детали, одежду;
недифицитность, возможность изготовления из доступных недорогих компонентов на имеющемся или модернизированном оборудовании;
обеспечение технологических результатов, удовлетворяющих заказчика.
Моделирование процесса сводится к обоснованию формы, размеров и концентрации твердых гранул, заменяющих образующиеся в жидком стекле твердые силикаты, а также придания среде вязкости, обеспечивающей хорошую смачиваемость и удержание гранул при воздействии инструмента, во время разрядов.
Размеры гранул должны обеспечивать сохранение диэлектрических свойств в межэлектродном зазоре. Известно, что в воде пробой возможен при напряженности поля Епр=(3-5)104 В/см. Тогда размер гранул может составить: ,
где U - напряжение на электродах; Е - напряженность поля.
Принимая Е= Епр можно найти размер р , при котором устраняется самопроизвольный разряд в зазоре:
Для предельных напряжений (около 36 В) пробой возможен, если диаметр гранул по (1) будет менее 90 мкм.
Однако практически в суспензию добавляют глицерин, который хотя и не растворим в воде, но образует на поверхности гранул диэлектрическую пленку толщиной в несколько микрон. Под давлением инструмента пленка “выжимается” в пространство между гранулами и образует сплошную диэлектрическую пленку, для которой напряженность поля при пробое составляет Епр =(7-8) 105 В/см. Тогда р становится около 4,5 мкм, что соответствует помолу стандартных порошков из суспензии каолина.
Предполагая, что в начальный момент количество суспензии должно быть достаточным, чтобы покрыть поверхность заготовки в один слой, а количество жидкости - не менее ее объема в межэлектродном пространстве, то можно оценить нижний уровень концентрации гранул в среде (Сг) :
,
где Dг - диаметр гранул (если гранулы имеют форму шара, то Dг=р );
n - толщина пленки, образующейся на поверхности гранулы;
Hа - глубина лунки на аноде;
K1 - коэффициент, учитывает соотношение глубины лунок
на аноде и катоде.
При предельном значении Dг = 4,5 мкм, толщине пленки n =2мкм, Hа=200 - 300 мкм минимальная концентрация гранул в воде должна быть не менее 10 % по объему. С учетом потерь жидкости по тракту этот показатель возрастает в 1,5 - 2,0 раза и составляет 15-20 % .
Потребность в вязкой жидкости (глицерине и др.) оценивается через концентрацию Cn аналогично гранулам и находится по формуле
Для условий, приведенных выше, Сn=1,3 - 1,5 % , а с учетом потерь 2,5 - 3 %.
В качестве добавки обычно применяют глицерин, но этот состав весьма дорог, поэтому нередко его частично заменяют жидким стеклом (обычно в соотношении 1:1), которое, кроме создания пленки на поверхности, повышает вязкость жидкой среды.
Разработанные модели, позволившие оптимизировать подачу диска в зависимости от площади разрезаемой заготовки и условий протекания процесса
,
где К3, K4 - коэффициенты, учитывают условия обработки и боковые
колебания диска (биения, мелкие погрешности, изгиб
под действием разрядов и др.)
Jпред - предельный ток, который можно подвести к диску.
,
где K, K1, K2 - коэффициенты ( K - коэффициент теплопередачи,
К1, К2 - соотношение размеров лунок на электродах);
Dвт - наружный диаметр втулки, закрепляющей диск;
Vокр - предельная скорость, устанавливаемая на периферии
инструмента-диска;
t2 - предельная температура нагрева диска;
t1 - температура окружающей среды;
- удельное сопротивление материала диска;
Dд - диаметр диска.
При допустимом нагреве диска ( t2=120 о С ) и диаметре втулки 250 мм предельный ток не может превышать 500 А, что обеспечивает подачу при диаметре заготовки 300 мм 0,8 мм/с (при разрезке диаметрального сечения).
Из рассмотренного видно, что при разрезке регулирование подачи вручную по величине тока и усилию позволяет оптимизировать процесс, поэтому необходимо оснащать оборудование регуляторами подачи, работающими как по жесткой программе, так и с адаптацией режимов.
Литература
1. Ушомирская Л.А. Повышение эффективности применения электрофизических и электрохимических методов обработки материалов //Материалы краткосрочного семинара - Л: ЛДНТП, 1990 - 89 с.
2. Попов В.Ф., Ушомирская Л.А. Опыт применения экологически чистых электрофизических методов обработки //Материалы краткосрочного семинара - Л: ЛДНТП, 1991 - 136 с.
3. Справочник по элетрофизическим и электрохимическим методам обработки //Л.А.Ушомирская и др.(всего 14 авторов) /Под ред.В.А.Волосатова - Л:Машиностроение, 1988 -719 с.
4. Пахалин Ю.А. Алмазное контактно-эрозионное шлифование - Л:Машиностроение, 1985 -188 с.
5. Обработка металлов с плазменным нагревом /Под ред. А.Н.Резникова - М:Машиностроение, 1986 -232 с.
6. Витлин В.Б., Давыдов А.С. Электрофизико-химические методы обработки в металлургическом производстве - М:Металлургия, 1988 - 127 с.
7. Смоленцев В.П., Сухоруков Н.В. Модель процесса электроконтактной обработки в жидкой среде /Теплофизика технологических процессов. Сб. трудов конф. - Рыбинск: РАТИ, 1992.
8. Смоленцев В.П., Сухоруков Н.В., Кириллов О.Н. Ресурсосберегающее разделение заготовок /Ресурсосберегающая технология машиностроения. Материалы международной конференции - М.:МАМИ - С.82-83.
Воронежский государственный
технический университет
УДК 620.178.15:620.171.3
В. Я. Иволгин
Испытание композиционных покрытий методом шариковой пробы
Композиционные покрытия широко применяют в подшипниковых узлах трения и уплотнения машин. Одним из основных факторов, определяющих условия трения и износа, является сопротивление материала упруго-пластической контактной деформации. Метод шариковой пробы, по существу является единственным способом испытаний, позволяющий экспериментально исследовать контактные деформации и выявить закономерности, наблюдаемые при внедрении сферических тел в покрытие.
Композиционные покрытия обычно состоят из различных неметаллических материалов, часто без четкой границы между ними. Покрытия могут быть армированы металлом, пропитаны припоем или клеем адгезионно связаны с металлической подложкой.
Изучалось влияние на контактные деформации следующих факторов: неоднородность и толщина покрытия, скорость нагружения и размеры индектора, близость металлической подложки и адгезионные связи на ее границе с покрытием. Испытания проводились на специальной установке как образцов из отдельных материалов, входящих в покрытие, так и самих покрытий на основе политетрафторэтилена, пропитанных баббитом Б83. Работа установки основана на принципе вдавливания в испытуемый образец стального шарика диаметром 5 и 10 мм посредством рычажно-механической системы. Вдавливания при различных нагрузках как в один и тот же отпечаток, так и в разные точки поверхности образца. После каждой ступени нагружения замерялась глубина не восстановленного отпечатка с помощью индикатора часового типа с ценой деления 0,001 мм, а при разгрузке и глубина восстановленного отпечатка. Зависимость глубины внедрения индектора от скорости нагружения и времени выдержки под нагрузкой определялась при тензометрировании с записью на приборе Н-327-5. На основании полученных данных вычислялись следующие характеристики: среднее напряжение в лунке по способу Бринеля; среднее напряжение по способу Майера; напряжение при двукратном вдавливании; пластическая твердость, характеризующая сопротивление материала контактной пластической деформации и критическая нагрузка соответствующая зарождению пластической деформации. Данные характеристики определялись и сопоставлялись для различных образцов из отдельных материалов и покрытий при разных режимах испытаний. Экспериментальные данные прежде всего сравнивались с характеристиками, принятыми за базовые, и полученные при вдавливании шарика диаметром 5 мм, в слой баббита толщиной 0,5 мм, напаянного на стальную подложку. Основная задача здесь заключалась в определении границ и режимов испытаний, при которых экспериментальные результаты можно считать как близкие к геометрически подобным или хотя бы как сопоставимые.
Линейная зависимость глубины внедрения индектора от нагрузки практически не наблюдается так как при малых глубинах оказывает влияние физическая и механическая неоднородность поверхностного слоя покрытия, а при глубинах, превышающих половину толщины покрытия быстро нарастает влияние металлической подложки на ограничение перемещений. Скорость нагружения влияет на глубину внедрения индектора только в первые несколько секунд выдержки образца под нагрузкой. При выдержке образца под нагрузкой в течение нескольких минут влияние скорости нагружения на глубину внедрения практически не сказывается.
Для таких композиционных материалов при температуре 20ОС заметны явления ползучести. Но при относительно небольших напряжениях в центре отпечатка рост глубины внедрения индектора значительно снижается после 5-10 минут выдержки под нагрузкой. При увеличении нагрузки на индектор время стабилизации глубины отпечатка возрастает и зависит от испытуемых материалов, толщины покрытия, диаметра индектора и адгезионных связей на границе покрытие-подложка. При испытаниях образцов из одного материала глубина внедрения индектора зависит от ограничений деформаций как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях на границе образец-подложка обусловленных адгезионными связями. Эти связи вызывают и соответствующий характер пластически деформированных зон покрытия. С уменьшением толщины покрытия подложки и адгезии на ограничение деформаций возрастает и глубина внедрения уменьшается.
Выводы. Сопоставимые результаты испытаний разных по механическим свойствам покрытий, адгезионно связанных с металлической подложкой, можно получить при нагрузках, соответствующих внедрению индектора на 0,2-0,4 мм толщины покрытия, при скорости нагружения до полной нагрузки в течение 2-4 секунд, с последующей выдержкой в течение 5-10 минут.