Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Виды и методы обработки биметалдов 9
1.1. Особенности структуры, строения, обрабатываемости биметаллов 9
1.2.. Изменения в контактных поверхностях материалов в месте сопряжения элементов детали 1.3
1.3. Свойства биметаллов при сварке, наплавке, покрытии и способы их обработки 19
1.4. Свойства высокотемпературных припоев на базе серебра..,. 25
1.5. Особенности изготовления и характеристики порошковых материалов 33
1.6. Электрические и комбинированные методы обработки металлов 42
1,6.1- Электрофизические и электрохимические методы об
работки материалов 42
1.6.2, Комбинированные методы обработки..., 58
1.6.3, Влияние ЭМО и КМО на эксплуатационные свойства изделий 70
1.6.4, Технологические приемы повышения прочностных характеристик материалов после ЭМО 83
Глава 2. Пути и методы решения поставленных задач 94
2.1. Рабочие гипотезы 94
2.2. Реализация рабочих гипотез для достижения поставленной цели 94
2.3. Технологические режимы, объекты обработки и оснащение производства деталей из биметаллов 100
2.4. Технологические режимы 100
2.5. Объекты обработки 101
2.6. Средства технологического оснащения 102
2.7. Программа выполнения работы 103
Выводы 105
Глава 3 Описание процессов, протекающих при обработке биметаллов с наложением электрического поля
3.1. Физическая модель процесса 106
3.2, Математическое моделирование процессов при ЭМО и КМО биметаллов 118
3.3. Подтверждение результатов моделирования процессов формообразования при обработке биметаллов 120
Выводы 129
Глава 4. Технологические режимы 131
4.1. Факторы, влияющие на расчет режимов 131
4-2, Расчет режимов обработки порошковых материалов. 154
4,2.1. Обоснование способа обработки 154
4-2.2. Особенности расчета режимов ЭХО при сопряжении порошковой вставки с металлической матрицей 155
4.3. Влияние ЭМО и КМО на свойства биметаллов 157
Выводы 169
Глава 5. Технология электрических и комбинированных методов обработки биметаллов 170
5.1.. Особенности построения технологических процессов 170
5.2. Примеры использования ЭМО и КМО для биметаллов 174
5.3. Оборудование для обработки биметаллов 181
5.4. Проектирование технологического процесса ЭХО биметаллов 183
5-5, Перспективы применения ЭМО и КМО при обработке биметаллов , 183
Выводы 188
Основные результаты и выводы 189
Список использованных источников
- Свойства биметаллов при сварке, наплавке, покрытии и способы их обработки
- Технологические режимы, объекты обработки и оснащение производства деталей из биметаллов
- Подтверждение результатов моделирования процессов формообразования при обработке биметаллов
- Особенности расчета режимов ЭХО при сопряжении порошковой вставки с металлической матрицей
Введение к работе
Актуальность темы. В конструкциях машин широко применяются сборные детали, содержащие сборочные единицы из сплавов с различными свойствами по прочности, твердости, обрабатываемости механическими и электрическими методами. Наиболее часто такие конструкции включают узлы, собранные с натягом, неразборные соединения (сварные, склеенные то-копроводящими клеями, паяные), многослойные (гальванопластика, наплавка, наращивание металлической основы порошковым или гранульным материалом, напыление), полученные за счет наложения слоев из других материалов или с другими свойствами при изготовлении и ремонте изделий. При всех методах обработки в месте сопряжения образуются погрешности, вызывающие удары режущего инструмента и его повреждение, а в случае обра-ботки с наложеїгием электрического поля образуются переходные участки с особой микроструктурой и неравномерностью профиля. В случае использования электроэрозпонной, электрохимической обработки или их комбинации при обработке биметаллических материалов, где эти методы являются приоритетными, возможны следующие сочетания элементов детали:
жаропрочные и конструкционные плотно соединенные сплавы без связки (сборочные единицы с неподвижными посадками);
сплавы и высокотемпературные припои (паяные конструкции);
жаропрочные, сплавы и сварные швы (в основном после аргоно-дуговой сварки);
износостойкие покрытия, наносимые на деталь (ремонт, упрочнение и др.);
конструкционные стали и жаропрочные порошковые материалы, наносимые на подложку.
Допуск на поверхности сопрягаемых деталей может измеряться долями миллиметра, а их последующая механическая обработка в большинстве случаев не может проводиться, т.к. даже незначительное упрочнение специальных материалов, например, профиля лопаток в цельных роторах и стато-
рахэ нарушает равномерность свойств поверхностного слоя и вызывает нежелательные дополнительные местные напряжения. Поэтому исследование границ биметаллических поверхностей является актуальным для многих отраслей транспортной техники и нефтехимического машиностроения: при изготовлении изделий турбонаддува поршневых двигателей, лопаточных машин авиакосмического профиля, центробежных насосов, вентиляторов, лопастей градилен, запорной аппаратуры, при ремонте техники.
Работа выполнялась в соответствии с тематическими карточками Росавиакосмоса, важнейшими направлениями Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского "Проблемы производства ракетно-космических систем на 1995-2010 годы", основным научным направлением факультета автоматизации и роботизации машиностроения "Проблемы современной технологии машиностроения" ВГТУ (per. № 20000005763).
Целью работы является разработка режимов и технологии, повышение точности, обеспечивающей стабильность требуемых свойств поверхностного слоя в местах сопряжения биметаллических материалов.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
исследование обрабатываемости с наложением.электрического поля сопрягаемых поверхностей, включающих порошковые и присадочные материалы и покрытия;
изучение динамики съема припуска.с биметаллических материалов в местах сопряжения при обработке с наложением поля;
изыскание путей повышения точности в местах сопряжения материалов за счет управления электрическим полем;
разработка для составляющих процесса методов расчета технологических режимов, обеспечивающих точность и требуемое качество поверхностного слоя;
исследование эксплуатационных свойств деталей из биметаллических материалов, обработанных с наложением электрического поля.
Методы исследовании: теория электрохимической размерной обработки, металлография и рентгеноструктурный анализ, теория моделирования
сложных технологических систем со слабо формализуемыми граничными условиями, управление процессами размерного формообразования.
Научная новизна включает;
установление ранее неизвестных закономерностей формообразования анизотропных поверхностей, поверхностного слоя спеченных из порошка деталей, покрытий и присадочных материалов при использовании обработки с наложением электрического поля, отличающееся учетом взаимного влияния режимов изготовления заготовок на технологические показатели процесса обработки в моделях динамики съема материала на границе сопрягаемых элементов путем управления свойствами биметаллов на стадиях технологического цикла от заготовок до эксплуатации изделий;
моделирование процессов, протекающих в местах сопряжения биметаллов, отличающееся тем, что в них учтены скорости локального съема материалов и величины требуемых припусков в реальном масштабе времени обработки;
математическое описание изменений поверхностного слоя порошковых и присадочных материалов, отличающееся учетом перераспределения электрического поля в микрообъемах материалов с учетом краевых эффектов от поля на стороны соединяемых частей детали.
Практическая значимость заключается:
В разработке режимов обработки с наложением электрического поля, позволяющих спроектировать технологический процесс формирования макро и микроповерхностей биметаллических деталей с допустимой погрешностью в местах сопряжения и с качеством поверхностного слоя, отвечающим заданным требованиям к детали.
Предложены технологические процессы обработки мест сопряжения биметаллических материалов, позволившие решить проблему формообразования качественных сборных деталей из материалов с различной обрабатываемостью, содержащих ранее не исследованные материалы из порошка, присадочные элементы, высокопрочные покрытия.
3. Объективно доказаны возможности использования различных видов обработки и их сочетаний с наложением тока для сборных деталей, содержащих порошковые, присадочные и другие материалы, что позволило рекомендовать исследованные методы для обработки высоконагруженных деталей транспортной техники и изделий нефтехимии, работающих в экстремальных условиях, для ремонта и восстановления изделий.
Личный вклад автора включает;
1. Обоснование гипотез и установление закономерностей формообра
зования при обработке с наложением электрического поля мест сопряжения
участков, содержащих порошковые, присадочные металлы с различной обра
батываемостью.
Модели формообразования поверхности и поверхностного слоя в местах сопряжения материалов с различной обрабатываемостью.
Расчет режимов в экспериментальное подтверждение их правомерности при обработке участков из порошка с анизотропными свойствами, присадочных материалов при изменении характеристик поля в местах сопряжения участков деталей.
4. Анализ влияния электрического поля при обработке порошковых,
присадочных материалов, биметаллических участков и подготовка рекомен
даций по использованию разработанных технологических процессов для из
готовления деталей с различными условиями их эксплуатации.
5- Создание новых способов и устройств для чистовой обработки с наложением тока деталей из биметаллических материалов, что защищено патентами автора.
Апробация работы- Основные результаты работы докладывались на научных конференциях: "Нетрадиционные методы обработки" (Воронеж, 2003, 2004), Международной конференции СНО-2004 (Воронеж, 2004), "SLV GSJ" (Croatia, 2004), Всероссийской конференции "Производство специальной техники" (Воронеж, 2004), "НИР в университетских комплексах" (Воронеж, 2005), на ежегодных отчетных конференциях ВРГУ и Росавиакосмоса (Москва).
Реализация и внедрение результатов. Спроектированные технологии используются на Воронежском механическом заводе при изготовлении лопаточных машин, узлов турбонаддува поршневых двигателей, запорной аппаратуры, компрессоров и насосов в нефтехимической отрасли, на ОАО НПО ВСЗ, ОАО ВСЗ Холдинг, в учебном процессе ВГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ.
В [I] — [7] согласно закону РФ об изобретательстве, каждый автор имеет равные права на все изобретения:
В работе [13].соискатель предложил механизм повышения технологических показателей и эксплуатационных свойств изделий специального назначения; в [14] обосновал условия использования узлов металлообрабатывающего оборудования для станков с несколькими видами подвода энергии; в [18] обосновал пути повышения качества изделий из биметаллов.
Структура и объем-диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих результатов и выводок, библиографического списка из 108 наименований и 4 приложений; изложена на 205 страницах и содержит 74 рисунка и 32 таблицы.
Свойства биметаллов при сварке, наплавке, покрытии и способы их обработки
Повышение ресурса работоспособности машин предполагает использование различных методов упрочнения и восстановления деталей износостойкими покрытиями. Параметры точности и качества рабочих поверхностей деталей формирует заключительная обработка резанием, составляющая 40-50% общей трудоемкости упрочнения и восстановления деталей.
Отсутствие комплексного научно обоснованного подхода к обработке деталей с износостойкими покрытиями и оптимизации качества поверхностного слоя после механической обработки в сочетании с воздействием концентрированных потоков энергии затрудняет возможность установления сложной природы взаимосвязи физических процессов» протекающих при обработке, и затрудняет поиск рациональных условий целенаправленного воз действия на обрабатываемый материал, обеспечивающего повышение эффективности обработки и качества деталей с износостойкими покрытиями.
Актуальными являются разработка и исследование высокопроизводительных технологических процессов обработки деталей с износостойкими покрытиями инструментами с дополнительными степенями свободы режущего лезвия. Использование предварительного нагрева для обработки высокопрочных покрытий.и применение технологического тепла при совмещении операций нанесения и обработки покрытий обеспечивает повышение производительности, улучшение параметров качества и износостойкости поверхностного слоя деталей.
Упрочняющие покрытия, помимо разделения по химическому составу, классифицируются по методам нанесения- Наиболее полно методы нанесения покрытий могут быть представлены следующей классификацией; 1) диффузионное нанесение покрытий; 2) наплавка; 3) напыление; 4) оплавление; 5) осаждение из газовой или парогазовой фазы; 6) осаждение из растворов; 7) плакирование; 8) погружение в расплав; 9) припекание; 10) электрохимическое нанесение покрытия; 11) комбинированные методы.
Упрочнение и восстановление деталей покрытиями значительной толщины обеспечивают 2-4, 7 - 9 и 11-й методы, среди которых наиболее широкое применение вследствие высокой эффективности и технологичности нашли напыление, оплавление, наплавка, а также комбинированные методы.
Низкая обрабатываемость стальных и хромоникелевых твердосплавных покрытий является следствием их высокой твердости, большой истирающей способности карбидных и боридных соединений, высоких температур, возникающих в зоне резания, и других факторов. Колеблющиеся нагрузки на режущем клине требуют от лезвия инструмента прочности при изгибе. Поэтому инструментальные материалы должны обладать высокой твердостью и прочностью в широком диапазоне температур и нагрузок, достаточной ударной вязкостью, хорошей теплопроводностью, низкой склонностью к адгезии и диффузии в обрабатываемые материалы.
Наиболее широкое применение в промышленности нашли эльбор-Р и киборит, режимы резания которыми при точении хромоникелевых покрытий приведены в табл. 1.2. При правильной эксплуатации эльборовых и кибори-товых резцов стойкость их находится в штгервале 50-И 50 мин., однако при точении покрытий твердостью выше 58 НИСэ стойкость заметно падает. Резцы из гексанита-Р менее чувствительны к ударным нагрузкам и также могут быть использованы при обработке износостойких покрытий.
Несмотря на промышленный опыт по формообразованию износостойких покрытий твердостью до 54...58 НИСэ лезвийным инструментом, практика обработки высокопрочных материалов базируется, как правило, на преимущественном использовании абразивных методов. Высокопроизводительная и качественная абразивная обработка износостойких покрытий в значительной степени зависит от выбора оптимальной характеристики шлифовального круга и рациональных режимов шлифования. При шлифовании
хромоникелевых покрытии относительно высокая вязкость у —твердого раствора на основе никеля с распределенными в нем карбидами и боридами высокой твердости резко увеличивает износ и затупление шлифовального круга вследствие налипания частичек металла на вершины абразивных зерен.
Одним из основных направлений повышения эффективности процессов резания износостойких покрытий является предварительный нагрев концентрированными потоками энергии. Нагрев срезаемого слоя приводит к изменению механических и тепловых процессов па поверхностях контакта инструмента и детали вследствие снижения прочности обрабатываемого материала, возникновения системы структурных превращений и термических напряжений в поверхностных слоях покрытия, расплавления части металла в срезаемом слое. Если структурные превращения и расплавление материала происходят при высоких температурах, то заметное изменение прочности металлов за счет снижения временного сопротивления ив начинает осуществляться, при повышении температуры на 300-н400С. Следовательно, нагрев даже при невысоких температурах снижает работу деформирования и трения и создает основу для повышения производительности обработки и стойкости инструмента.
Комбинированные процессы высокопроизводительного резания с нагревом являются достаточно сложными и для того, чтобы получить надлежащий эффект при их применении, следует провести ряд предварительных экспериментов и расчетов по тепловым процессам, происходящим в зоне обработки. Среди таких экспериментов и расчетов практическое значение имеет определение температур, возникающих в различных областях технологической зоны от действия предварительного нагрева и на рабочих поверхностях лезвия, поскольку с ними связан износ и стойкость инструмента.
При разработке высокопроизводительных процессов резания деталей с износостойкими покрытиями необходимо определить их технологические возможности, установить экономически выгодные режимы обработки и целесообразную область применения инструментов с дополнительными степенями свободы движения режущего лезвия.
Технологические режимы, объекты обработки и оснащение производства деталей из биметаллов
Обоснованы и сформулированы рабочие гипотезы: 1. С позиций анодного растворения к биметаллам относят металлические сопряжения, включающие соседние элементы, имеющие различную химическую активность, электрические или теплотехнические характеристики. 2. Биметаллические детали могут включать материалы с микроразмерами элементов (порошковые материалы)5 и сборные конструкции из материалов с различными характеристиками при анодном растворении и тепловой локальной обработке, 3. Выравнивание технологических показателей в местах сопряжения биметаллов возможно при обработке с механической депассивацией поверхности и наложением электрического поля. 4. Технологические показатели электрических методов обработки деталей из биметаллов можно повысить путем подбора состава и содержания химических элементов, свойств и структуры сопрягаемых частей. 5. Режимы электрических методов обработки зависит от структуры, свойств материалов, формируемых технологическими режимами на стадии получения биметаллических заготовок.
Предложен новый способ (подана заявка на патент) обработки электрическими методами биметаллов. Для деталей из элементов, соединенных припоями на базе серебра, разработан технологический прием, позволяющий повысить точность формообразования. В работе [99] показано, что свойства рабочей среды и режимы обработки изменяют плотность тока по зависимости, которую можно описать математически. Плотность тока определяет съем материала. Однако воздействие режимов по разному влияет на интенсивность обработки компонентов биметаллов, поэтому можно установить та кие режимы, при которых электрохимический эквивалент структурных составляющих биметалла и выход по току будут иметь минимальные различия. В частности, температурный режим электролита для ЭХО и КМО можно регулировать по приведенным в [60] зависимостям путем изменения скорости его прокачки. Предложение сводится к тому, что устанавливают электрохимические эквиваленты материалов (соединяемые элементы, припой), находят среднее значение эквивалента для соединяемых элементов и по этому показателю рассчитывают скорость прокачки электролита, обеспечивающую получение для припоя значения электрохимического эквивалента, максимально приближенного к среднему значению для элементов.
Для биметаллов предложен также способ (подана заявка на патент), позволяющий повысить точность участков сопряжений. Для этого место сопряжения пассивируют или активируют за счет удаления или наращивания оксидной пленки. По [99] пассивацию можно выполнять в растворах серной кислоты (время процесса до 48 часов), а активизацию - например, зачисткой участка биметалла с пониженной обрабатываемостью. Обработку выполняют до изменения силы тока, близкому к уровню, полученному без подготовки зоны обработки к ЭХО,
Известен способ по а.с, 1192917, позволяющий локализовать и интенсифицировать процесс электрохимической размерной обработки.
На рис. 2 Л электрод-инструмент 1 и обрабатываемая деталь 2 связаны с источником технологического тока 3 через специальное коммутирующее устройство 4, В качестве исполнительного органа механизма импульсных ускорений может служить, например, катушка 5 соленоида с расположенным внутри нее электродом-инструментом 1. Источник технологического тока 3 этом случае имеет два режима работы: первый - для создания импульсных ускорений; второй (рабочий) - для осуществления процесса анодного растворения. В первом периоде цикла (рис. 2.1) осуществляется подача электрода-инструмента 1 к обрабатываемой поверхности детали 2. Рабочее напряжение на электродах отсутствует. Зазор между электродами уменьшается. При достижении зазором величины Sp(0,l.. .0,2)S0 через коммутирующее устройство на обмотки катушки 5 соленоида подастся напряжение первого режима работы источника технологического тока 3- Электрический ток, проходя по обмоткам катушки соленоида 5, создает, внутри нее электромагнитное поле, которое, воздействуя на электрод-инструмент 1, выталкивает его, придавая импульсные ускорения 3,..4 q.
Во втором периоде рабочего цикла (рис. 2.2) электрод-инструмент 1 под действием импульсных ускорений приходит в соприкосновение с обрабатываемой деталью 2, создавая местный наклеп. Напряжение на электроды и обмотки катушки соленоида 5 не подается.
В третьем периоде рабочего цикла (рис. 2.3) электрод-инструмент 1 отводится от обрабатываемой детали 2 со скоростью V. В момент времени, когда наименьший зазор между электродами достигает требуемой рабочей величины Sp, в зону обработки подается электролит, а па электроды от источника 3 - импульс рабочего напряжения. Под действием технологического тока происходит процесс анодного растворения материала детали 2. Время протекания тока рассчитывают и выбирают равным времени растворения слоя не более глубины наклепа.
Подтверждение результатов моделирования процессов формообразования при обработке биметаллов
Электрохимическая размерная обработка и процессы с ее использованием протекают без металлического контакта с заготовкой, которая может содержать несколько частей, соединенных неразъемной сборкой. Наиболее часто используют соединения с натягом деталей, где в зоне контакта элементов конструкции возникают факторы (местный наклеп, внутренние напряжения, концентрация электрических полей и т.д.), которые вызывают локальный съем материала, нарушающий точность и шероховатость в месте сборки деталей. Это вносит коррективы в расчет и выбор режимов электрохимии е-ской и комбинированной обработки.
На рис. 3.7 показан профиль поверхности деталей, соединенных плотной посадкой до электрохимической размерной обработки (рис. 3.7, а) и по еле удаления припуска в месте соединения (рис. 3.7, б). Возможны два варианта сборки: - сборные элементы (2; 3) выполнены из одного материала и имеют одинаковые характеристики; - те же элементы имеют разный состав и свойства.
Если свойства материалов практически идентичны, то в месте стыковки деталей создается концентрация электрических полей и образуется углубление (рис. 3.7, б). Описание такого процесса можно выполнить, опираясь на исследования, приведенные в [95]. Здесь R и R2 радиусы скруглення углов, углы cti и а2 также могут иметь различную величину. Положение катода-инструмента относительно места обработки определяется углом у на рис. 3.7, б. Глубина местного съема материала (hj на рис. 3.7, б) определяется его удалением с угловой части сопрягаемого участка (у на рис. 3.7, б), что достаточно точно можно определить по формуле hi-ycoscC] , (3.6) cosy-So где S(T) - текущий размер межэлектродного зазора S=So I т=о; S=SK т=тк тк — время окончания обработки. Для неподвижных электродов y = S-S0, (3.7) где S зазор между катодом 1 и донной частью углубления (а на рис. 3.7); S0 -начальный межэлектродный зазор S = SK + Ah,(T)) (3.8) где Ah[(x) — изменение углубления; SK — межэлектродный зазор в конце обработки Sk=Jsg + 2Ti x(U-AU)T, где г) - выход по току, зависит от зазора, рабочей среды и выбирается по экспериментальным кривым типа приведенных в [97]; а - электрохимический эквивалент [95];
Из [95] величина углубления на границе сопрягаемых деталей для сталей составляет доли миллиметра и зависит от скорости анодного растворения заготовки (рис. 3.8), Следовательно (рис. 3.8), чем интенсивнее процесс анодного растворения, тем меньше погрешность в месте стыковки элементов детали. При расчете режимов это может быть достигнуто повышением напряжения (оно оіраничено опасностью коротких замыканий и не превышает, обычно, 18 В), увеличением электропроводности рабочей среды. Зазор двояко влияет на величину углубления: с его уменьшением возрастает интенсивность анодного растворения, но увеличивается возможность коротких замыканий. Это ограничивает верхний предел напряжения, что снижает скорость анодного растворения в месте стыковки элементов.
На рис, 319 показано изменение глубины hh определяющей погрешность профиля в месте стыка элементов, от времени обработки. Отсюда можно определить период формирования углубления (тк), показанный в табл. 3.1.
Для ct] = 90 при начальном зазоре S0 = 0,2 мм погрешность профиля hi снижается до 0,12 мм, а при установившемся зазоре (S = 0,2 мм) hi=0,05 мм, т.е. становится соизмеримой с микронеровностями, приобретает плавный профиль и практически не влияет на коэффициенты потерь при протекании в обработанных каналах жидкостей и тазов. При этом радиус скруглення R] - R2 составляет около 10 мм, что исключает пульсацию среды.
По [41] известно, что наклеп поверхностного слоя может заметно (до 1,6 раза) ускорить анодное растворение, что может повлиять на глубину неровности hi- В.таблице 3.2 показано изменение hi в зависимости от степени наклепа (Н %) сталей.
Из таблицы 3.2 видно, что наклеп материала не оказывает заметного влияния на погрешность элементов в месте их стыковки и при cti = 90 практически не изменяет обработанный профиль. При этом скорость удаления мм припуска с увеличением наклепа возрастает с 0,4 мм/мин до 0,55--—, т.е. мин соответствовала ранее полученным в [41] данным. Следовательно, с целью снижения погрешности hi сборные детали из одного сплава желательно (если это технологически осуществимо) обрабатывать с подачей инструмента при минимальных межэлектродных зазорах.
В конструкциях изделий имеются узлы, содержащие запрессованные элементы из разнородных материалов, образующих пары типа сталь - бронза, сталь - алюминиевый сплав, титановый - медный сплавы, сталь - твердый сплав и другие. Электрохимическая размерная и комбинированная обработка таких узлов вызывает сложности, т.к. обрабатываемость сопрягаемых материалов резко отличается и не удается достичь требуемой равномерности съема, точности сопряжения и шероховатости поверхности. Частично проблема решается подбором активирующих добавок к электролитам. Однако более удачное решение получено при использовании комбинированного эрозион-но-химического метода, где в месте сопряжения глубина неровности после обработки не превышает 0,02 - 0,03 мм, что находится в пределах, допуска на профиль детали.
Наиболее часто встречая сварные и паяные узлы, где анодное поведение соединяемых сплавов имеет существенные различия, которые зависят от состава присадочного материала (если он имеется), изменения свойств сопрягаемых поверхностей за счет термического воздействия и диффузионных процессов, от окислов и окалины, образующихся на поверхности заготовки.
При пайке узлов используют высокотемпературный припой на базе серебра и редкоземельных элементов, обрабатываемость которых электрохимическим методом не изучена, что требует проведения исследований по оптимизации режимов обработки участков с припоями.
В [72] приведены токопроводящие клеи на базе жидких металлов и порошковых тугоплавких сплавов, которые предлагается использовать для соединения материалов совместно с неразъемными посадками, что может повысить сопротивление сдвигу до 3 раз.
В перспективе целесообразно создать режимы и технологические процессы обработки мест соединения разнородных материалов, в том числе с малой проводимостью тока. Это относится прежде всего к металлорежущему инструменту из миисралокерамики (например, ВОК 60, ВОК 60М и др,). Попытки обработать места соединения этих материалов со стальной державкой резца анодным растворением не дали положительных результатов, хотя исследования показали, что многие минералокерамики имеют в направлении прессования достаточно низкое удельное сопротивление.
Особенности расчета режимов ЭХО при сопряжении порошковой вставки с металлической матрицей
По мере обработки съем материала с вставки и матрицы будет изменяться, что вызовет появление новых величин межэлектродных зазоров (Sj — над вставкой; S2 — над матрицей). Появится перетекание тока не только между гранулами, по и между вставкой и матрицей. Если обрабатываемость вставки ниже по сравнению с матрицей, то расчетная скорость анодного растворения биметалла составит V fcAU), (4Л) Y S! где по закону Ома S,= . (4.2) PUl
Здесь pi - удельное среднее электрическое сопротивление материала вставки; ji - плотность тока на вставке (принимается как средняя плотность тока). Погрешность (6) на границе "вставка-матрица" = -т(и Ди)т У 1 PiSi (4.3) v V У где т - время удаления припуска z х = ; (4.4) р2 удельное электрическое сопротивление матрицы.
Расчет режимов зависит от технологических требований к обрабатываемой поверхности (точность, качество поверхностного слоя) и условий эксплуатации биметаллических деталей.
Для первой группы деталей. (запрессовка и др.) условием назначения режимов является обеспечение заданной точности переходного участка на границе материалов (погрешность до [5]). Предельное время обработки биметаллов, полученных запрессовкой, наплавкой, покрытием, сваркой. №» _ (4_5) (и-ди) „ Щ а2 KV K-v, 1 Yl 2 Y2 При Vi V2 расчетный межэлектродный зазор KVl x(U-AU) S = її т2. (4.6) z Здесь напряжение U, потери AU выбираются по известным рекомендациям.
Для паяных деталей необходимо на стадии отработки технологичности подобрать припой, имеющий электрохимический эквивалент, наиболее близкий к эквивалентам соединяемых деталей. Учитывая малую толщину припоя (0,03-0,05 мм), можно найти режим, обеспечивающий минимальную погрешность, свойственную электрохимической размерной обработке. Для малых припусков на общепринятых режимах погрешность обработки не превышает 0,05 мм.
Для деталей из порошка также необходимо отработать технологичность при изготовлении заготовки из порошка. Следует брать порошки с размером гранул до 60 мкм, соблюдать технологию прессования (безокислительная атмосфера, обеспечение плотности не ниже 0,8, температуры 0,7-0,8 от температуры плавления, выдержка после спекания). Тогда предельный припуск [Z] на обработку можно расширить до величины KVl (U-AU) М = х2, (4.7) где іг находят из (4.5).
1 После обработки соединений, полученных сборкой с натягом, заметных изменений механических характеристик деталей не наблюдается. В связи с этим не возникает ограничений по применению ЭМО и КМО взамен механообработки в узлах любых конструкций.
Сварные изделия имеют, как правило, запас прочности ниже, чем кованые. Кроме того, статистика показала, что технологические дефекты, вызывающие разрушение деталей по сварному шву, чаще всего возникают при соединении легированных сталей типа ЗОХМА, используемых для силовых конструкций нефтегазовой арматуры.
После механической обработки (рис. 4,10, а) неоднородность структуры практически одинакова с формированием мнкроповерхности бесконтактным методом (рис. 4.!О, б), поэтому имеется достаточно оснований считать, что ЗМО к КМО обеспечивают требуемые механические свойства биметал-лов, полученных сваркой. Результаты испытании приведены в таблице 4,5.
При ЭХО паяных деталей следует учитывать влияние дефектов и особенностей, свойственных такому виду соединений. К таким дефектам относятся: - несплошности и микрорастравливания, вызывающие местные растравливания и неровности, способствующие снижению усталостной прочности; - получение выступов в месте сопряжения металла с припоем. Их величина соизмерима с погрешностью после ЭХО (35-50 мкм); - эрозия металлов, например бронзы, что нарушает качество поверхностного слоя и бесконтактная ЭХО вызывает местные неровности, снижающие усталостную прочность соединений.
На рис. 4.11 показана микроструктура детали из сплавов ЭП666 и РРХУ, соединенных серебряным припоем с толщиной 40-80 мкм.
Из рис. 4.11 видно, что сплав имеет крупнозернистую структуру, где четко выявлены растравливания по границам зерен. Припой имеет структуру игольчатого зерна, что может быть объяснено действием сил растягивания при испытании образцов.
