Электрод для электроискровой обработки
Владельцы патента RU 2416499:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГОУ ВПО "Орел ГАУ") (RU)
Изобретение относится к области обработки металла воздействием электрического тока, в частности к устройствам для упрочнения, восстановления деталей машин электроискровой обработкой, и может быть использовано для нанесения на детали магнитопроводных покрытий. Электрод для электроискровой обработки из легирующего материала выполнен из пластин нанокристаллических сплавов с шириной 2-4 мм и длиной 10-20 мм, закрепленных винтами в количестве 80-100 штук в полой оправке с вылетом пластин 0,1-0,8 мм с одной стороны оправки, а с другой стороны оправки соединенных с шайбой и винтом для соединения с вибратором установки электроискровой обработки. Электроискровая обработка деталей данным электродом позволяет получить на их поверхности износостойкое покрытие с твердостью в пределах 10-15 ГПа и пониженной хрупкостью. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области обработки металла воздействием электрического тока, в частности к устройствам для упрочнения, восстановления деталей машин электроискровой обработкой, и может быть использовано для нанесения на детали магнитопроводных покрытий.
Известен составной электрод для электроискровой обработки, состоящий из двух скрепленных между собой торцами отдельных электродов одинакового поперечного сечения, каждый из которых выполнен из легирующего материала другого состава по сравнению с составом материала контактирующего с ним электрода (Патент РФ № 2355521, МПК B23H 1/04, 12.04.2007 г.).
Недостатком известного электрода является невысокая износостойкость наносимых на деталь покрытий.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение износостойкости деталей.
Поставленная задача решается благодаря тому, что электрод для электроискровой обработки из легирующего материала согласно изобретению выполнен из пластин нанокристаллических сплавов, количество которых 80-100 штук, ширина 2-4 мм, длина 10-20 мм, зажатых винтами в полой оправке с вылетом пластин 0,1-0,8 мм с одной стороны оправки и соединенных с шайбой и винтом с другой стороны оправки, при этом винт соединен с вибратором установки электроискровой обработки.
Нанокристаллические сплавы - это сплавы, имеющие кристаллическое строение, размер зерна которых находится в пределах 100-1 нм. Уникальность физических свойств этих сплавов объясняется малым размером зерна и чрезвычайно развитыми границами раздела, содержащими до 50% атомов кристалла. Специфика строения и протяженность границ кристалла способствует повышенной износостойкости покрытия.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен предлагаемый электрод.
Электрод состоит из пластин 1, количество которых n=80-100 штук, ширина α=2-4 мм, длина b=10-20 мм, толщина 30 мкм. Пластины 1 расположены в полой медной оправке 2 и закреплены винтами 3 с вылетом S=0,1-0,8 мм с одной стороны оправки 2. С другой стороны оправка 2 соединена с вибратором (на чертеже не показан) с помощью винта 4. Между винтом 4 и пластинами 1 установлена медная шайба 5.
Предлагаемый электрод работает следующим образом.
В процессе электроискровой обработки с пластин 1, нарезанных из нанокристаллической ленты марки 5БДСР, происходит перенос продуктов эрозии на детали. Продукты эрозии переносятся в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Твердая фаза продуктов эрозии оседает на поверхности детали, сохраняя исходную нанокристаллическую структуру пластин 1. Жидкая фаза продуктов эрозии оседает на поверхности детали, которая работает как холодильник и отводит тепло от застывающего расплава. Охлаждения жидкой фазы происходит со скоростью ≥106 К/с, которая обеспечивается малой толщиной наносимого покрытия 5…20 мкм и небольшой площадью отпечатка электрода.
Электрод из 100 пластин толщиной 30 мкм и шириной 4 мм образует рабочую поверхность электрода, площадь которой 12 мм2. Увеличение площади рабочей поверхности электрода более 12 мм2 приводит к появлению на этой поверхности областей с измененной кристаллической структурой и накоплению в ней напряжений.
Электрод из 80 пластин толщиной 30 мкм и шириной 2 мм образует рабочую поверхность электрода, площадь которой 4,8 мм2. Уменьшение площади рабочей поверхности электрода мене 4,8 мм2 ведет к ускоренному расходу и необходимости частой замены пластин 1.
Длина пластин 1 находится в пределах 10-20 мм, данный интервал размера является оптимальным с точки зрения размера и расхода электрода.
Для того, чтобы при нагреве пластин не произошло изменения их кристаллической структуры, а именно роста кристаллов, тепло от них отводится оправкой 2 и шайбой 5, которые выполнены из меди, имеющей высокую теплопроводность и способствующей интенсивному отводу тепла от пластин. Вылет пластин из оправки регулируется винтом 4. Вылет определяется, как правило, материалом ленты, из которой сделаны пластины. Для эффективного отвода тепла и предотвращения хрупкого разрушения пластин необходимо, чтобы их вылет из оправки находился в пределах S=0,1-0,8 мм.
При увеличении вылета S более чем 0,8 мм в пластинах происходит изменение структуры и увеличение размеров кристаллов из-за недостаточного отвода тепла. Кроме того, при вылете пластин более 0,8 мм происходит их хрупкое разрушение, обусловленное ударными нагрузками, возникающими при контакте электродов.
При вылете пластин менее чем 0,1 мм возможен пробой искры между оправкой и деталью и перенос материала оправки на деталь, что приведет к уменьшению твердости наносимого покрытия.
После электроискровой обработки предлагаемым электродом на поверхности детали образуется износостойкое покрытие, твердость которого находится в пределах 10-15 ГПа, в то же время хрупкость такого покрытия ниже хрупкости покрытия, полученного известным электродом.
Результаты испытаний приведены в таблице.
| Таблица | ||||
| Вид образца | Толщина слоя, мкм | Износ, г | Время испытаний, ч | Относительная износостойкость, % |
| Образец, обработанный предлагаемым электродом | 15-20 | 0,021 | 50 | 215 |
| Образец, обработанный известным электродом | 15-20 | 0,037 | 50 | 177 |
| Образцы без покрытия | 0 | 0,043 | 50 | 100 |
Таким образом, использование предлагаемого электрода приводит к увеличению износостойкости в 2,2 раза по сравнению с необработанными образцами и в 1,2 раза по сравнению с образцами, обработанными известным электродом.
Электрод для электроискровой обработки из легирующего материала, отличающийся тем, что он выполнен из пластин нанокристаллических сплавов шириной 2-4 мм и длиной 10-20 мм, закрепленных винтами в количестве 80-100 штук в полой оправке с вылетом пластин 0,1-0,8 мм с одной стороны оправки, а с другой стороны оправки соединенных с шайбой и винтом для соединения с вибратором установки электроискровой обработки.
