Full Text

Мировая тенденция к снижению серийности изделий вынуждает предприятия быстро адаптироваться под изготовление новой продукции, что в первую очередь обеспечивается быстрой переналадкой производства. Для механической обработки пространственно-сложных деталей требуется дорогостоящая технологическая оснастка и инструмент, что становится серьезным препятствием в достижении поставленной цели. Актуальным решением является применение технологии электроэрозионной обработки (ЭЭО), позволяющей изготавливать сложнопрофильные изделия из труднообрабатываемых токопроводящих материалов [1]. В связи с конструктивными особенностями узлов гидроцилиндров и изделий специального назначения (далее - ГЦ и ИСН) многие детали, входящие в их состав, обладают сложной геометрией, имеют высокие требования к точности размеров и выполняются из труднообрабатываемых материалов (рис. 1). Поскольку механическая обработка таких деталей затруднительна, а в некоторых случаях невозможна, для обработки применяют электроэрозионный метод. Рис. 1. Детали ГЦ и ИСН Процесс ЭЭО заключается в постепенном расплавлении и испарении токопроводящих материалов под действием импульсов тока. Частицы материала, образующиеся в зоне обработки, вымываются за счет гидродинамических сил рабочей жидкости [2]. Преимущество ЭЭО перед механической обработкой заключается в возможности обработки электропроводных материалов любой твердости с обеспечением при этом высокой точности получаемой геометрии [3]. Установлено, что операция электроэрозионной обработки включена в технологический процесс изготовления 10 % всей номенклатуры деталей ГЦ и ИСН, а затраты на реализацию электроэрозионной обработки могут достигать 40 % от всей стоимости технологического процесса изготовления детали. Для электроэрозионной обработки деталей ГЦ и ИСН используют копировально-прошивные и проволочно-вырезные электроэрозионные станки. В качестве электрода-инструмента (ЭИ) на проволочно-вырезных электроэрозионных станках используется латунная проволока диаметром от 0,25 мм. На копировально-прошивных электроэрозионных станках в качестве электрода-инструмента применяются сложнопрофильные медные электроды (рис. 2). Рис. 2. Эскизы сложнопрофильных электродов В связи с тем, что ЭИ являются одними из основных элементов электроэрозионного процесса, эффективность ЭЭО существенно зависит от их параметров. Стойкость ЭИ определяет точность обработки, а производительность в большей степени зависит от обрабатываемого материала [4]. Физико-механические свойства материала ЭИ, геометрические параметры ЭИ, а также режимы обработки являются основными факторами, влияющими на износостойкость ЭИ [5]. Для изготовления сложнопрофильных ЭИ достаточной точности применяют технологию проволочно-вырезной электроэрозионной резки. Из цельной заготовки вырезают требуемый контур электрода-инструмента на оборудовании предприятия. Такой подход делает процесс получения электрода достаточно дорогостоящим [6]. Анализ номенклатуры конструкционных материалов для деталей ГЦ и ИСН показал, что характерным признаком всех обрабатываемых материалов является наличие в химическом составе сталей хрома (О7Х3ГНМЮА, 35ХГСА, ОХН1М, 38ХН3МФА). Наличие хрома повышает электроэрозионную стойкость обрабатываемых материалов. Обработка таких материалов приводит к интенсивному износу ЭИ [7]. С учетом всего вышесказанного актуальной задачей является повышение износостойкости ЭИ. Одним из эффективных путей повышения износостойкости ЭИ становится применение композиционных материалов [2, 3, 8]. Широко используются ЭИ из композиционных материалов для обработки твердых и тугоплавких сплавов [9]. Для обеспечения требований к ЭИ наиболее предпочтительными являются композиционные материалы типа псевдосплава. Основным условиями при выборе компонентов псевдосплава становится то, что один компонент должен обладать высокой электропроводностью, а второй должен быть механически прочным и более тугоплавким, чем первый. Компоненты псевдосплава практически не должны сплавляться и взаимодействовать между собой в интервале температур, достигаемых в процессе ЭЭО [10]. Одним из основных путей получения ЭИ из композиционных материалов типа псевдосплава является метод порошковой металлургии. При изготовлении ЭИ методами порошковой металлургии материал технологичен в том случае, когда он поставляется в виде порошка со средним размером частиц менее 40 мкм и фасонный ЭИ может быть изготовлен на серийно выпускаемом оборудовании, а значения основных технологических параметров удовлетворяют следующим требованиям: удельное давление формования менее 4 т/см2, температура спекания (горячего прессования, обжига и т.д.) <1200 °С, время выдержки при температуре спекания (горячего прессования, обжига и т.д.) до 1 ч [11]. Метод порошковой металлургии позволяет варьировать химический состав, дисперсность и технологические параметры изготовления композиционных материалов для электрода-инструмента, позволяющие существенно повысить комплекс свойств материалов [12]. Установлено, что требования к ЭИ для ЭЭО схожи с требованиями, предъявляемыми к электроконтактам. Учитывая это, справедливо руководствоваться закономерностями для формирования структуры и механизмов работы материалов, применяемых для изготовления электроконтактов. Для изготовления электроконтактов с высокой стойкостью к выгоранию широко применяются материалы на основе вольфрама и молибдена [13, 14]. Одним из разработанных материалов, применяемых для изготовления электроконтактов, требования к которым схожи с требованиями к ЭИ, является псевдосплав системы медь - хром. Данный материал показал ряд преимуществ по сравнению с известными [15, 16]. Медь выступает в качестве электропроводящего компонента, а хром обладает высокой твердостью. Также перспективным композиционным материалом для ЭИ является псевдосплав системы медь - карбид кремния [17]. Карбид кремния можно использовать не только как тугоплавкий компонент псевдосплава, но и как основу для электрода с последующим нанесением на него медного покрытия. Нанесение медного покрытия на ЭИ из карбида кремния позволяет повысить электропроводность и уменьшить шероховатость поверхности [18]. Однако анализ литературы показал, что не в полной мере изучено влияние процентного содержания компонентов композиционного материала на производительность и стойкость электродов-инструментов при обработке хромсодержащих сталей. Исходя из этого цель работы - исследование зависимости эксплуатационных свойств электродов-инструментов из композиционных материалов от процентного содержания компонентов тугоплавкой и легкоплавкой фаз при электроэрозионной обработке хромсодержащей стали. Для проведения эксперимента были изготовлены электроды из композиционных материалов типа псевдосплава систем медь + хром (CuCr); медь + молибден (CuMo); медь + вольфрам (CuW); медь + коллоидный графит (CuC) с различным содержанием компонентов. Использовались порошки меди ПМС-1 (ГОСТ 49-60-75), хрома ПХ-1С (ГОСТ 14-1-1474-75), молибдена МПЧ (ТУ 48-19-69-80), вольфрама ПВ-0 (ТУ 48-19-101-84), сухого коллоидного графита марки С-1 (ТУ 113-08-48-63-90). Порошок меди смешивали с порошками тугоплавких компонентов, после чего из смесей прессовали образцы, затем образцы отжигали в вакуумной печи и проводили повторное прессование. Прессовки окончательно спекали в вакуумной печи при температуре 1100 °С в течение 2 ч. Исследование свойств ЭИ выполнялось при ЭЭО листа 5,5 мм стали Х12Ф на электроэрозионном прошивном станке Smart CNC на черновых режимах. Производительность определялась отношением времени обработки к объему выбранного материала (мсм3/мин). Относительный износ ЭИ определялся отношением глубины обработанного отверстия в стали к линейному износу ЭИ. В результате эксперимента установлено, что наибольшей производительностью обладает электрод системы Cu-Mo (медь + молибден), с содержанием Mo 25 % (рис. 3), при этом относительный износ данного электрода в два раза ниже, чем у электрода из чистой меди (рис. 4). Рис. 3. Зависимость производительности ЭИ от количества тугоплавкой фазы Рис. 4. Зависимость износостойкости ЭИ от количества тугоплавкой фазы Самую высокую износостойкость показали электроды, изготовленные из смеси Cu-C (медь + коллоидный графит), однако при повышении концентрации тугоплавкой фазы зафиксировано заметное падение производительности. Наиболее оптимальными показателями обладал электрод с содержанием C 0,2 %, его износостойкость оказалась в 2,5 раза выше, чем у электрода из чистой меди, при обеспечении производительности (рис. 5, 6). Рис. 5. Зависимость производительности ЭИ от количества тугоплавкой фазы Рис. 6. Зависимость износостойкости ЭИ от количества тугоплавкой фазы Таким образом, при исследовании зависимости эксплуатационных свойств электродов-инструментов из композиционных материалов от процентного содержания компонентов тугоплавкой и легкоплавкой фаз при электроэрозионной обработке хромсодержащей стали установлено, что наилучшим балансом свойств (износостойкость - производительность) обладал электрод, изготовленный из смеси медь + коллоидный графит с содержанием графита 0,2 %. Показана эффективность применения данных электродов для электроэрозионной обработки деталей ГЦ и ИСН.

About the authors

A. O Grisharin

Perm National Research Polytechnic University

T. R Ablyaz

Perm National Research Polytechnic University

N. D Ogleznev

Perm National Research Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 69

PDF (Russian) - 37

Refbacks

• There are currently no refbacks.