Способ нагрева вращающихся деталей электрическими разрядами

 

Использование: изобретение может быть применено при обработке труднообрабатываемых материалов в различных областях машиностроения. Сущность изобретения: способ нагрева вращающихся деталей электрическими разрядами включает пропускание электрических разрядов между нагреваемой поверхностью детали и электродом. Длину электрических разрядов выбирают в пределах (0,02-0,07) мм. Заданную температуру нагрева поверхности детали Тн контролируют по длительности электрических разрядов tu. Величину tu определяют из заданного соотношения. 2 ил., 1 табл. С/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК . (я)5 Н 05 В 7/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4654149!08 (22) 12.12.88 (46) 23.07,92. Бюл, М 27 (71) Уфимский авиационный институт им. Серro Орджоникидзе (72) Е.К,Липатов (56) Сварка в машиностроении. Справочник.—

М.: Машиностроение, 1978, т,1, с.16-17.

Авторское свидетельство СССР

М 928676, кл. Н 05 B 7/18, 1980, Строшков А.Н. и др. Обработка резанием труднообрабатываемых материалов с нагревом. — M. Машиностроение, 1977, с.14-17.

Такунцов К,В. Исследование технологических закономерностей эрозионно-химической обработки с применением вращающихся электродов, Автореферат дис. на соиск, учен. степени канд. техн. наук — Уфа:

УАИ, 1981.

Электронная обработка материалов.—

1988, Рв 1, с.7-9.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электронагреву деталей, и может найти применение при обработке труднообрабатываемых материалов, применяемых для изготовления деталей в различных областях машиностроения.

Известен способ нагрева вращающихся деталей электрической дугой, которую непрерывно поддерживают между электродом и нагреваемой поверхностью детали (1), Основной нелостаток известного способа нагрева заключается в низкой пройзводительности обработки деталей из-за малой,,5UÄÄ 1750070 А1 (54) СПОСОБ НАГРЕВА ВРАЩАЮЩИХСЯ

ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ РАЗРЯДАМИ (57) Использование: изобретение может быть применено при обработке труднообрабатываемых материалов в различных областях машиностроения. Сущность изобретения: способ нагрева вращающихся деталей электрическими разрядами включает пропускание электрических разрядов между нагреваемой поверхностью детали и электродом.

Длину электрических разрядов выбирают в пределах (0.02-0,07) мм. Заданную температуру нагрева поверхности детали Т„контролируют по длительности электрических разрядов tu. Величину tu определяют из заданного соотношения. 2 ил., 1 табл. мощности дуги и незначительной продолжительности нагрева детали, вращающейся со скоростью, соответствующей скорости резания, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому способу нагрева является способ нагрева .деталей импульсными разрядами, при котором предварительно определяют частоту самопроизвольной пульсации тока в дуге при его максимальной амплитуде и на дугу дополнительно подают ток с указанной частотой (21. По сравнению с нагревом деталей сварочной дугой известный способ нагрева обеспечивает повыше1750070 ние производительности обработки дета- При этом значения Uu, lu, определяют . экспериментальным путем в зависимости от

Однако он обладает следующими недо- длины дуги электрических разрядов. статками; малой производительностью Частоту вращения детали определяют обработки деталей из-за низкой скорости 5 по формуле нагрева участков детали, подлежащих обработке; неудовлетворительными экологиче- W 100 V ф, скими условиями нагрева из-за - — = >a, д- © = — 18.

O » образования вредных паров, газов, свето вых и шУмовых эффектов; низким качеством Ю ЧЧ .ор с з б бтра .поверхностного слоя детали, в особенности и и чистовой об аботке деталей (т.е. с ма- детали, равная p = м. зования трещин и глубоких структурных Р ба аемого матеРиала; рабатываемого материала; с㻠— истинный предел прочности обраизменений. — шение проМ3 батываемого материала; который определяцель изобретения — повышение производительности обработки и качества обра- ю ур ют по уравнению (3) батываемых поверхностей детали за счет

- выбора длины дуги, где ав, д — предел прочности и относительПоставленная цель достигается тем, что 20 ного удлинения обрабатываемого материав способе нагрева вращающихся деталей, ла соответственно, включающем пропускание электрических . Ввиду того, что величина 3» не является

Разрядов между нагреваемой поверхно- . постоянной, а завйсит от конкретного зна стью детали и электродом, длину электри- чения температуры нагрева Т, то ее фактической дуги выбирают в пределах 0,02- 25 ческоезначениеопределяютпоформуле(2), 0,07 мм. Заданную температуру нагрева об- в которой значение Wp определяют согласрабатываемой поверхности детали T(, конт- но работы (4) и уточняют по заданной проролируют по"длительности электрических изводительности обработки или по числу разрядов tu, величину которой определяют: заданного выпуска деталей. В этом случае по формуле .. - 30 формулу (2) преобразуют в виде (2) е .. (1) 1и с q где Uu, lu — среднее значение напряжения и

" : тока электрических Разрядов соответственно; ц — коэффициент полезного действия разрядов, и — число разрядов; генерируемых за время поворота детали HG угол, соответству.ющий длине дуги окружности, на которой зазоры между деталью и электродом не превь1шают предельного значенйа длины электрической дуги (0,07 мм); с, у, a(— удельная теплоемкость, плотность и коэффициент температуропровоД-. ности обрабатываемого материала соответственно; е — основание натурального логарифма; г - времв меж@у двумя электрйческими зарядами;

3 - глубина нагреваемого слоя детали (равная глубине срезаемого слоя);

R — радиус нагреваемой поверхности детали, о — частота вращения обрабатываемой детали, t.S(4) 0,5, Р

По вычисленному значению $» определяют значение темйературы Тн. Зависимости температуры нагрева от S» для некоторых труднообрабатываемых материалов при40 ведены в ряде таблиц работы (3) и других . справочниках по металлообработке. При отсутствии этих данных необходимо 5» определять эксперимейтально в зависимости от температуры Т(по формуле (3).

45 Скорость вращения диска 2 определяют из условия предотвращения перехода генерируемых электрических дуг в сварочную согласно работ (4) и (5) или экспериментально. В процессе обработки детали необходи50 мо введение контроля за температурой нагрева обрабатываемой поверхности детали, В связи с тем, что контроль температуры Т> в зазоре между деталью и электро55 дом. Равным 0,02-0,07 мм, представляет значительные трудности и не обеспечивает заданной точности, то предложено контролировать заданную температуру Т, по длительности импульсных разрядов с помощью электроприборов (осциллографов, 1750070

10 рических разрядов (осциллографов, 15 импульсных вольтметров, самопишущих условия нагрева детали и качество обраба-, 20 тываемой детали.

35

400 А импульсных самопишущих вольтметров и т,д,). При этом, как показывают эксперименты, корректирования длительности импульсов не требуется для большей части материалов, применяемых в современном машиностроении. Исключение составляют медные и алюминиевые сплавы, обладающие высокими коэффициентами теплопроводности и температуропроводности, в

30 — 60 раз превышающими соответствующие значения теплопроводности жаропрочных, титановых и высокопрочных сплавов, трудноподдающихся обработке механическим резанием.

На фиг.1 изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг,2 — относительное расположение дискового электрода и нагреваемой детали с обозначением минимального и максимального зазоров, а также зоны их расположения в процессе обработки, Устройство для осуществления способа ,нагрева вращающихся деталей содержит генератор 1 импульсов электрического тока, дисковый электрод 2, шинопроводы 3 и 4, 2 электродвигатель 5, щеткодержателй 6 и 7, меднографитовые щетки 8 и 9, приспособление 10 для базирования нагреваемой детали 11, подключаемую в процессе обработки к положительному полюсу генератора 1. Диск 2 устанавливают на валу электродвигателя 5, Меднографитовые щетки 9 посредством шинопровода 3 соединены с генератором 1 импульсного тока и контактируют с наружной цилиндрической поверхностью дискового электрода 2, Меднографитовые щетки 8, раСположенные в щеткодержателе 7, соединены с помощью шинопровода 4 с генератором 1 и находятся в контакте с наружной поверхностью приспособления 10, в котором базируется обрабатываемая деталь 11, Приспособление 10 устанавливают на шпиндель станка.

Способ нагрева вращающихся деталей осуществляют следующим образом, Обрабатываемую деталь 11 и дисковый электрод 2 устанавливают по отношению друг к другу с минимальным зазором $ п п, как показано на фиг,2. который равен

0,02 мм; Деталь 11 и дисковый электрод

2 приводят во вращение с частотами вращения йЪ, й)к. Частоту вращения детали

04 принимают равной частоте, соответствующей скорости резания (Ф/р), т,е. ЧЧр = в R, а частоту вращения электрода 2 выбирают из условия отсутствия осаждения материала электрода 2 на обрабатываемой поверхности де али 11 с учетом данных, приведенных в работах (4,5). Ввиду того, что температуру нагрева поверхности детали 11 контролировать в процессе обработки не представляется возможным из-за малых зазоров между нагреваемой поверхностью детали и электродом (фиг.2), контроль температуры нагрева Тн осуществляют посредством измерения длительности импульсных разрядов, которые рассчитывают по формуле (1).

Длительность импульсных разрядов определяют по показаниям электрических приборов, измеряющих временно-амплитудные значения напряжения и тока электимпульсных вольтметров и амперметров).

Применение электричеСких дуг в пределах 0,02-0,07 обеспечивает наилучшие

Зависимость скорости обработки детали и качества обрабатываемой поверхности от длины дуги приведены в таблице

Как видно из таблицы, нагрев поверхности детали электрическими разрядами, длина дуги которых менее 0,02 мм, ведет к неустойчивости разрядов, местному оплавпению участков нагреваемой детали, в результате чего скорость нагрева и производительность обработки детали снижаются на 307.

Как видно из таблицы оптимальная длит на электрической дуги находится в пределах

0,02 — 0,07 мм. При превышении длины дуги свыше 0,07 мм электрическая дуга не образуется. Для ее образования необходимо повышение напряжения на электродах, что ведет к неустойчивому разряду и снижению производительности обработки, т.е. делениям, аналогичным при длине дуги

0,01 мм, В процессе нагрева и обработки детали электрод 2 перемещают в осевом направлении со скоростью Чр, величина которой соответствует скорости удаления нагретого слоя детали режущим инструментом 12. . Пример 1. Производят нагрев и механическую обработку -вала центробежного насоса из труднообрабатываемого материала 12 х 18Н9Т. Размеры вала: диаметр наружной поверхности 80 мм, длина вала

370 мм, Нагрев и обработку производят при следующих режимах:

Напряжение между электродом 2 и деталью 11 24 В

Технологический ток (амппитудное значение)

Зазор между нагреваемой поверхностью детали

1750070

11 и электродом 2 0,04 мм

Время действия импуль-3 сного разряда 5.10 с

Время между разрядами 1 10 с .

Температура нагрева поверхности детали 1270 К

Глубина нагреваемого слоя 0,2 мм

Скорость нагрева поверхности детали .. (скорость резания) 0,1 м/с

Частота вращения детали 28 1/с

Время обработки детали (машинное) 27 мин

Скорость перемещения режущего инструмента в осевом направлении 0,940 м/с

Пример 2, Производят нагрев и механическую обработку вала центробежного насоса, обрабатываемый материал и размеры которого приведены в примере 1.:

Нагрев и обработку производят при следующих параметрах;

Напряжение между электродом и деталью 27 В

Технологический ток 300 А

Зазор между нагреваемой поверхностью детали и электродом 2 0,03 мм

В,ремя действия им пульсных разрядов 0,005 с

Время следования разрядов 0,015 с

Скважность разрядов 3

Температура нагрева поверхности детали 1350 К

Скорость нагрева поверхности детали 0,12 м/с

Частота вращения детали 32 1/с

Скорость перемещения режущего инструмента 1,2 10 з м/с

Время обработки детали (машинное) 18,5 мин

Предлагаемый способ нагрева вращающихся деталей обеспечивает повышение производительности обработки на 317, снижение себестоимости обработки íà 27$, снижение расхода электроэнергии на 29$.

При предлагаемом способе нагрева значительно улучшаются экологические условия: отсутствуют выделения вредных паров, газов, образования шума, световых

5 эффектов. Данные получены на основе расчетов и проведенных экспериментов.

Формула изобретения

10 Способ нагрева вращающихся деталей электрическими разрядами, включающий пропускание электрических разрядов между поверхностью нагреваемой детали и электродом, отличающийся тем, что, 15 с целью повышения производительности обработки и качества нагрева поверхности детали, нагреваемую деталь и электрод устанавливают с зазором, выбираемым в пределах 0,02-0,07 мм, а заданную темпе20 ратуру нагрева поверхности детали Тн КоНтролируют по длительности электрических разрядов tU величину которой определяют

1 по формуле

3 $ ",R

8 4ао где 0,!ц — среднее значение напряжения и но тока электрических разрядов соответственà — время между двумя электрическими разрядами; с, g, ар — удельная теплоемкость, плот35 ность и коэффициент температуропроводности обрабатываемого материала соответственно; пц — число разрядов, генерируемых за время поворота детали на угол, соответствующий длине дуги окружности, на которой зазоры между деталью и электродом не превышают предельного значения электрической дуги, 0,07 мм;

y — КПД разрядов.

$ — глубина нагреваемого слоя детали;

R — радиус нагреваемой поверхности детали; в — частота вращения нагреваемой де50 е — основание натурального логарифма, 1750070

10 лина ги, мм

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

Показатель и о есса наг ева

Нагрев происходит неустойчиво: наблюдается переход разрядной дуги в сварочную, наблюдается местное оплавление участков детали, снижение скорости обработки до 707

Процесс нагрева протекает устойчиво, оплавление участков на обрабатываемой поверхности не наблюдается

If

II

Процесс нагрева протекает устойчиво, но для достижения заданной температуры нагрева требуется время большее на (812), что снижает производительность обработки на 12

Процесс нагрева протекает устойчиво, время, затрачиваемое на нагрев и обработку увеличивается в среднем на (15-20)

Наблюдается отсутствие электрической дуги между деталью и электродом. Повышение напряжения дуги ведет к ухудшению качества поае хности етали

Составитель Э. Ветрова

Редактор М. Янкович Техред М.Мортентал Корректор Т. Палий

Заказ 2805 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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