Восстановление деталей электроискровой обработкой (сущность, оборудование, достоинство, недостатки).
Электроискровая обработка заключается в использовании явления электролитической эрозии и переносе металла инструмента на наращиваемую поверхность детали при прохождении искровых разрядов между ними.
В электрических установках (рубильниках, контакторах, выключателях) в моменты замыкания и размыкания электрической цепи образуются искры, которые постепенно разрушают поверхность контактов. Это явление называется электрической эрозией. Особенно сильная эрозия наблюдается в цепях постоянного тока. Объясняется это тем, что между электродами, находящимися под напряжением, происходит ионизация воздуха, и тем самым создается узкий канал, проводящий ток. Электронная лавина (в виде искры), пробивая воздушный промежуток, переносит значительное количество электричества в очень короткий промежуток времени с катода на анод. При этом происходит нагрев небольшой части поверхности анода до очень высокой температуры (10 000°С…15 000°С), что приводит к расплавлению и даже испарению металла, который выбрасывается из искрового промежутка в виде жидких капель.
Электроискровая обработка. Обрабатываемая деталь является в электрической цепи анодом, а инструмент — катодом. Для того чтобы капельки металла не наращивались на инструменте и не изменяли его формы, процесс обработки ведут в жидкой среде (масло, керосин), не проводящей электрический ток. Инструмент закреплен в ползуне, совершающем вертикальные движения вверх-вниз с помощью соленоидного регулятора. Электрическая цепь состоит из источников постоянного тока, сопротивления, регулирующего напряжение и силу тока, и конденсатора, препятствующего превращению искры в электрическую дугу. Когда электрод опускается настолько, что между ним и изделием образуется небольшой зазор, проскакивает электрическая искра и происходит эрозия изделия. Затем электрод немного приподнимается, и цикл обработки, длящийся доли секунды, повторяется.
Электрод изготовляют из мягкой латуни или медно-графитовой массы, которым легко можно придавать любые формы и размеры. Этим методом можно обрабатывать как мягкие, так и самые твердые металлы (закаленные стали, твердые сплавы и т. п.).
Технологические показатели электроискровой обработки металлов зависят от применяемого режима в виде обработки. Так, при прошивке на жестком режиме (напряжение 150…200 В, сила тока короткого замыкания 10…60 А и емкость конденсатора 400…600 мкВ) можно получить чистоту, поверхности I и II классов, а объем металла 150…300 мм3/мин; при прошивке на мягком режиме (напряжение 25…40 В, сила тока 0,1…1 А и емкость конденсатора до 10 мкФ) можно достичь чистоты поверхности, соответствующей VI и VII классам, однако съем металла в этом случае составит менее 20 мм3/мин.
Электроискровая обработка металлов применяется для прошивки отверстий различной формы и размеров, извлечения остатков сломанного инструмента и крепежных деталей из изделий, поверхностного упрочнения и наращивания слоя металла при небольших износах.
Электроискровое наращивание позволяет наносить покрытия из любых металлов и сплавов независимо от их твердости. Это, а также низкая температура детали при обработке создают благоприятные условия для наращивания слоя металла на изношенных, закаленных поверхностях. Электроискровым наращиванием восстанавливают шейки осей опорных катков, посадочные места под подшипники на валах, стаканы подшипников, шейки под подшипники на осях и другие аналогичные поверхности деталей в неподвижных и переходных посадках.
При соприкосновении электрода (анода), закрепленного в зажимах вибратора, с поверхностью детали (катода) образуется искровой разряд, который переносит металл с анода на катод. Перенос металла протекает в воздухе и в отличие от установок для прошивочных работ не требует применения рабочих жидкостей и ванн.
Износостойкость и усталостная прочность деталей машин, упрочненных электроискровым способом, в значительной степени зависит от применяемых режимов и упрочняющего материала.
Электроискровая обработка.
Общие сведения.Электроискровой способ обработки деталей основан на явлении электрической эрозии (разрушение материала электродов) при искровом разряде. Во время проскакивания искры между электродами поток электронов, движущийся с огромной скоростью, мгновенно нагревает часть поверхности анода до высокой температуры (10 000…15 000° С); металл плавится и даже переходит в газообразное состояние, в результате чего происходит взрыв. Частицы оторвавшегося расплавленного металла анода выбрасываются в межэлектродное пространство и в зависимости от его среды (газовая или жидкая) достигают катода и оседают на нем или рассеиваются. Это свойство искрового разряда (обработке)- к аноду. Инструменту (одному из электродов) придают колебательное движение от вибратора для замыкания и размыкания цепи и получение искрового разряда. Необходимый режим устанавливают применением переменного сопротивления и постоянной или переменной емкости конденсаторов, но имеются установки и без конденсаторов.
Режимы электроискровой обработки определяются в основном силой тока и ориентировочно делятся на три группы: грубые- ток от 1 до 10А (на этих режимах получается небольшая производительность - съем или наращивание металла, но шероховатость поверхности большая – 1-го и 2-го классов); средние- ток от 1 до 10 А (шероховатость 2…4-го классов); чистые- ток менее 1 А (шероховатость до 10-го класса, но низкая производительность).
При ремонте машин электроискровую обработку применяют для обдирки деталей после наплавки твердыми сплавами, наращивания и упрочнения изношенных поверхностей, а также для удаления сломанных сверл, метчиков, шпилек, болтов и других деталей, вырезание канавок и прошивки отверстий любой конфигурации в металле любой твердости.
Для вырезки углублений и прошивки отверстий изготавливают инструмент из меди или ее сплавов по форме необходимого профиля и подключают ее к катоду. Процесс лучше вести в жидкой среде (керосин, минеральное масло и другие жидкости, не проводящие электрический ток), чтобы исключить наращивание инструмента(катода).
Наращивание и упрочнение деталей-наиболее перспективные приемы использования электроискровой обработки при ремонте машин. Эти процессы ведут на установках, изготовленных по схеме. Деталь, подключенная к катоду, наращивается инструментом (анодом), изготовленным из материала, предназначенного для нанесения на поверхность детали. Колебание анод получает от магнитного вибратора, подключенного к сети переменного тока обычной частоты. Этим способом получают покрытия до 0,5 мм.
При наращивании посадочных мест под подшипники в корпусных чугунных деталях в качестве анода часто применяют медный наконечник или вращающийся от гибкого вала диск. Наращивание поверхности проводят вручную, вводя анод в посадочное место.
ЭЛЕКТРОИСКРОВЫЕ СТАНКИ
Электроискровые станки изготавливаются универсальными и специализированными.
Универсальный прошивочно-копировальный электро-искровой станок. Станок предназначен для изготовления электроискровым способом сквозных и глухих отверстий произвольной формы в любых токопроводящих материалах, преимущественно трудно обрабатываемых. На станке могут изготовляться ковочные и вырубные штампы, а также пресс формы, прошиваться отверстия в закаленных сталях и деталях из твердых сплавов. Осуществлению указанных операций должен обязательно предшествовать технико-экономический расчет, так как не во всех случаях эффективно производить указанные операции на этом станке. Эффективность увеличивается при обработке деталей из трудно обрабатываемых сплавов, при сложной конфигурации детали или выполнении операций, не поддающихся механической обработке.
На электроискровых станках можно прошивать отверстия, начиная с диаметра 0,1 мм, а в некоторых случаях и ниже, что механическим сверлением осуществить трудно.
Источник
Электроискровое упрочнение и восстановление деталей
Рассмотрены преимущества восстановления деталей машин электроискровой наплавкой. На конкретных примерах показано, что применение электроискровой наплавки позволяет существенно снизить затраты на восстановление дорогостоящих деталей и значительно повысить продолжительность срока их эксплуатации. Ключевые слова: электроискровая наплавка, искровое легирование, ЭИЛ.
В 1930-е гг. Р. Б. Лазаренко и Н. И. Лазаренко изучали искрообразование при размыкании контактов высоковольтных выключателей. Они обратили внимание на то, что на одном контакте искра выжигает оспинку, а на другом образует нарост. Эти вредные для контактов явления они обратили в полезные технологические процессы. Сначала непрерывным искрообразованием начали формировать требуемые поверхности, удаляя лишний металл (разделительная резка, гравировка штампов, прошивка отверстий), а затем – упрочнять рабочие поверхности и восстанавливать их. Для резки электрод присоединяется к отрицательному полюсу генератора электрических импульсов, а для нанесения на поверхность слоя металла (для наплавки) – к положительному. Установки для резки были созданы в начале, а для наплавки – в конце 1940-х гг. Лицензии на искровую резку приобрели многие развитые страны [1]. При электроискровой наплавке электроду сообщается вибрация, благодаря чему он получает возможность периодически замыкаться на поверхность. Генератор подает напряжение и возбуждает искру, когда замыкание отсутствует. Искра уносит часть металла с кончика электрода и оплавляет его. При замыкании оплавленный металл кончика электрода прилипает к более холодному металлу поверхности, увеличивая производительность процесса. Так создается на поверхности тонкий (0,01–0,20) слой наплавки (рис. 1). Быстрое охлаждение наплавленного слоя упрочняет (закаливает) его. Электроды применяются из легированных сталей (30Х13, 10Х19Н9Т…), спеченных твердых сплавов (ВК8, Т15К6…) и иных сталей, сплавов, металлов, что позволяет увеличивать твердость наплавленного слоя.
Рис. 1. Слой электроискровой наплавки (сормайт) на углеродистой стали
Кроме того, от взаимодействия расплавленного металла с воздухом в наплавленном слое образуются высокодисперсные твердые оксиды и нитриды, создающие дополнительное упрочнение. В результате электроискровой наплавки износостойкость поверхности резко увеличивается, но размеры детали изменяются пренебрежимо мало. В силу этих особенностей за электроискровой наплавкой закрепилось название «электроискровое легирование» (ЭИЛ). Серийное производство установок ЭИЛ в СССР, Чехословакии, Китае и др. странах началось в 1950-х гг.
Упрочнение инструмента
Предполагалось широкое применение ЭИЛ для увеличения стойкости инструментов из углеродистых, легированных и быстрорежущих сталей до уровня инструмента из дорогостоящих спеченных твердых сплавов. Но этого не случилось. Применение ЭИЛ для упрочнения инструмента можно характеризовать как эпизодическое. Вероятно, это связано с его низкой производительностью и преимущественно ручным применением. Кроме того, ЭИЛ-покрытия создают большое сопротивление скольжению. Они формируются приваркой мелких порций металла, каждая из которых образует острые твердые кромки, так что получаемая поверхность детали уподобляется наждачной бумаге. Для устранения этого эффекта на некоторых установках ЭИЛ предусматривается режим вибрации электрода без импульсов тока для сглаживания поверхности ударами шариком, закрепляемым в вибродержателе вместо электрода. Это увеличивает трудоемкость, но не всегда приносит ожидаемый эффект. Поэтому упрочнять методом ЭИЛ предпочтительнее поверхности, работающие в условиях трения качения или имеющие неподвижный контакт. Показателен опыт Салдинского металлургического завода. В нем с 1980-х гг. матрицы для прошивки отверстий в рельсовых подкладках обрабатывают ЭИЛ только по торцевой (опорной) поверхности, находящейся при работе в неподвижном контакте. Внутреннюю же поверхность, по которой происходит скольжение пуансона (пробойника) и вырубленного металла, оставляют без ЭИЛ-упрочнения. Это в 1,5–2,0 раза увеличивает стойкость матриц. Фирма ПЭЛМ, производящая специализированные установки электроискрового легирования UR-121 для режущего инструмента, сообщает, что стойкость деревообрабатывающего инструмента (рамные, ленточные, круглые, цепные пилы, ножи строгальные, фуговальные, рейсмусовые) увеличивается до 6 раз [3]. Но автору пока не известно о регулярном применении этой установки для упрочнения металлорежущего инструмента. Шероховатость нанесенного при ее использовании покрытия составляет
Ra5, что существенно больше типичной чистоты режущих кромок и, видимо, мешает получению устойчивого положительного эффекта. Однако один случай безоговорочного успеха все же имеется. Стояла задача высверлить заклепки, удерживающие лопатки, в рабочем колесе нагнетателя, которые были обварены сварочным электродом и от этого закалились. Затупили более десятка сверл, однако ни одной заклепки не высверлили. Дело сдвинулось лишь после того, как сверла после заточки стали упрочнять на установке UR-121.
Источник
