ДИПЛОМ (1193816), страница 8
Текст из файла (страница 8)
6. низкая энергоемкость процесса упрочнения;
Однако для получения максимальной эффективности процесса необходимо тщательный выбор режимов обработки. ( профессор Э.Г. Бабенко и Григоренко, Верхотуров).
3.3 Электроискровое легирование
Одним из основных и важнейших условий технического прогресса любой из отраслей техники и промышленности является наряду с применением новых идей и новых материалов также и применение новых технологических процессов. Это положение особенно применимо к машиностроению и родственным ему областям промышленности. Где введение новых технологических процессов позволяет зачастую добиться коренных изменений в ходе и результатах производства. Резкого повышения производительности труда, снижения трудоемкости, улучшения надежности и долговечности изделий.
Развитие машиностроения связано с успешной разработкой и применением принципиально новых, более экономических, производительных и технически совершенных методов технологии. В том числе основанных на использовании электрофизических и электрохимических явлений.
Электрохимические и электрофизические методы обработки материалов за последние годы все больше применяются как наиболее эффективные и экономичные, а нередко и как единственно возможные способы изготовления заготовок и деталей. Особенно из современных высокопрочных и труднообрабатываемых металлических и неметаллических конструкционных материалов.
При обработке давлением и точном литье используют штампы, литейные формы, пресс-формы и другие подобные изделия сложной конфигурации, весьма трудоёмкие в изготовлении.
Отверстия, щели и фасонные прорези сверхмалых размеров, а также соединительные каналы, расположенные в труднодоступных местах, часто не могут быть обработаны на металлорежущих станках из-за несоответствия между малой жесткостью, и прочностью инструмента и возникающими большими силами резания, либо из-за невозможности изготовления инструмента нужных размеров и форм.
Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов, одно из крупнейших достижений отечественной техники последних десятилетий, представляет собой одно из таких новых технологических направлений, реализация которых означает революцию в промышленном производстве. Обладающие исключительной технологической гибкостью, почти не зависимые от механической прочности обрабатываемых материалов, легко поддающиеся механизации и автоматизации, экономически высокоэффективные. При рациональном использовании методы электрофизической и электрохимической обработки заняли уже заметное, хотя пока и недостаточное, место среди методов и процессов прогрессивной технологии обработки материалов. Благодаря этим методам удалось значительно уменьшить трудности, сопровождавшие внедрение твердых сплавов в промышленность. Облегчить переход к широкому использованию труднообрабатываемых материалов, в том числе неметаллических и интерметаллических, решить ряд сложных конструкторско-технологических задач, связанных с производством изделий новой техники.
Электрофизическими и электрохимическими методами обработки материалов условно называют большую группу новых методов технологии, применяемых для удаления материала с обрабатываемых поверхностей. Его переноса, формообразования деталей или структурных преобразований, осуществляемых с помощью электрической энергии, вводимой непосредственно в зону обработки, либо с предварительным специальным преобразованием вне рабочей зоны в другие виды энергии – световую, акустическую, магнитную, тепловую. Известно разделение электрофизических методов на методы импульсного ударного механического воздействия на материал (например, ультразвуковые), лучевые методы (например, светолучевая обработка), методы обработки токопроводящих материалов (например, электроискровые, электроэрозионные).
3.3.1 История возникновения электрических методов обработки
Еще в конце 18века английским ученым Дж. Пристли было описано явление эрозии металлов под действием электрического тока. Было замечено, что при разрыве электрической цепи в месте разрыва возникает искра или более продолжительная электрическая дуга. Причем искра или дуга оказывает сильное разрушительное воздействие на контакты разрываемой цепи, называемое эрозией. Электрической эрозии подвержены контакты реле, выключателей, рубильников и других подобных устройств. Много исследований было посвящено устранению или хотя бы уменьшению такого разрушения контактов.
Над этой проблемой в годы Великой Отечественной Войны работали советские ученые Б.Р.Лазаренко и Н.И.Лазаренко. Поместив электроды в жидкий диэлектрик, и размыкая электрическую цепь, ученые заметили, что жидкость мутнела уже после первых разрядов между контактами. Они установили: это происходит потому, что в жидкости появляются мельчайшие металлические шарики, которые возникают вследствие электрической эрозии электродов. Ученые решили усилить эффект разрушения и попробовали применить электрические разряды для равномерного удаления металла. С этой целью они поместили электроды (инструмент и заготовку) в жидкий диэлектрик, который охлаждал расплавленные частицы металла и не позволял им оседать на противолежащий электрод. В качестве генератора импульсов использовалась батарея конденсаторов, заряжаемых от источника постоянного тока; время зарядки конденсаторов регулировали реостатом. Так появилась первая в мире электроэрозионная установка. Электрод-инструмент перемещали к заготовке. По мере их сближения возрастала напряженность поля в межэлектродном промежутке (МЭП). При достижении определенной напряженности поля, на участке с минимальным расстоянием между поверхностями электродов, измеряемым по перпендикуляру к обрабатываемой поверхности и называемым минимальным межэлектродным зазором, возникал электрический разряд (протекал импульс) тока, под действием которого происходило разрушение участка заготовки. Продукты обработки попадали в диэлектрическую жидкость, где охлаждались, не достигая электрода-инструмента, и затем осаждались на дно ванны. Через некоторое время электрод-инструмент прошил пластину, Причем контур отверстия точно соответствовал профилю инструмента. Так, явление, считавшееся вредным, было применено для размерной обработки материалов. Изобретение электроэрозионной обработки (ЭЭО) имело выдающееся значение. К традиционным способам формообразования (резанию, литью, обработки давлением) прибавился совершенно новый, в котором непосредственно использовались электрические процессы. Разрушение поверхностных слоев материала под влиянием внешнего воздействия электрических разрядов назвали электроэрозионной обработкой (ЭЭО).
Первоначально для осуществления электроэрозионной обработки применялись исключительно искровые разряды, создаваемые конденсатором в так называемом RC-генераторе. Поэтому новый процесс в то время называли электроискровой обработкой.
В начале 50-х годов были разработаны специальные генераторы импульсов, благодаря которым обработку можно было проводить также на более продолжительных - искро-дуговых и дуговых разрядах. Процесс в новых условиях стали назвать электроимпульсной обработкой.
Поскольку для формообразования во всех случаях применяют одно и то же явление - электрическую эрозию, в настоящее время используют определения электроискровой режим электроэрозионной обработки (ЭЭО) и электроимпульсный режим электроэрозионной обработки (ЭЭО).
Показано, что метод электроискровой обработки токопроводящих материалов (ЭИО) и, в частности, один из его вариантов – электроискровое легирование (ЭИЛ), - предложенные российскими учеными, супругами Лазаренко, нашел практическое применение в ряде высокоразвитых стран. В то же время в России он не развивается и не находит поддержки со стороны чиновников в науке и «от науки» для его дальнейшего развития, совершенствования и практического использования. Такое положение с развитием и применением этого метода во многом связано с тем, что в советское время метод ЭИЛ успешно развивался в АН МССР (г. Кишинев, Институт прикладной физики), АН УССР (г. Киев, Институт проблем материаловедения). В настоящее время эти центры применения и развития ЭИЛ оказались за пределами России. Возможность создания подобных центров ЭИЛ в России не рассматривалась, хотя существуют отдельные малочисленные лаборатории и группы в некоторых научных организациях, продолжающие работать в этом направлении (в Москве - ГОСНИТИ, МИСиС, ВИАМ, ВТИ; в Санкт-Петербурге - Ультразвуковая техника ИНЛАБ; в Екатеринбурге - МГМ-Групп; в Томске - ИФПиМ СО РАН; в Хабаровске - ИМ ХНЦ ДВО РАН). Очевидна необходимость восстановления нашего национального достояния в области науки и техники – метода ЭИЛ. Для начала необходимо обозначить основные научные достижения, подвести итоги развития ЭИЛ и наметить пути его дальнейшего совершенствования.
Истории практического использования искрового разряда послужила началом задача, связанная с «борьбой против электрической эрозии материалов» и созданием безызносных электрических контактов. Эта задача была поставлена перед Б.Р. Лазаренко после окончания учебы в МГУ и в начале работы во Всесоюзном электротехническом институте.
В 1943 году в г. Свердловске (ныне г. Екатеринбург) сотрудникам эвакуированного из Москвы этого института супругам Борису Романовичу и Наталье Иосифовне Лазаренко было выдано авторское свидетельство «Способ обработки металлов и других токопроводящих материалов» [1]. Это событие ознаменовало принципиально новую эпоху в тысячелетней истории технологии обработки металлических материалов, о чем писали в свое время академик П. Л. Капица, академик Л. И. Берг, профессор М. Шушка и другие ученые [2]. Наряду с высказываниями многих известных ученых, отметивших мировой уровень этого технического решения, отметим также оценку этого события Б. И. Ставицким, лауреатом Ленинской премии, одним из активных исследователей и первых разработчиков электроискрового оборудования: «Первые десятилетия развития электроискровых технологий практически все нынешние мировые лидеры только тем и занимались, что изучали советские достижения и пытались их копировать в своих установках. Основных причин ведущего положения СССР было, пожалуй, две: сама технология зародилась именно в этой стране и была применена для изготовления передовых систем вооружений» [3].
После опубликования в СССР результатов исследований советских ученых этого нового метода обработки металлических материалов и его практического применения в промышленности метод электроискровой обработки привлек внимание и стал интенсивно развиваться также в технически развитых зарубежных странах – Англии, Германии, Франции, Швейцарии, США, Японии и др. Появились работы зарубежных авторов, посвященные общим вопросам электроискровой обработки металлов, генераторам электрических импульсов, конструкции электроискровых установок, технологическим характеристикам процесса электроискровой обработки, обрабатывающим электродам [4-12], использованию электроискрового процесса для нанесения износостойких покрытий [13-16].
С началом использования электрической искры как технологического инструмента определились два основных направления: электроискровая обработки в жидкой среде (электроэрозионная обработка – ЭЭО; здесь деталь – анод, обрабатывающий электрод - катод) и электроискровая обработка в газовой среде (ЭИО или ЭИЛ – электроискровое легирование; деталь – катод, электрод - анод). К направлению ЭИО относится также обработка в вакууме.
Первое направление – ЭЭО – получило большее развитие по сравнению с методом ЭИЛ ввиду необходимости выполнения значительного объема работ, связанного с обработкой труднообрабатываемых металлов и сплавов, получением сложных профилей полостей в заготовках, недоступным другими методами обработки.
Вместе с тем, метод ЭИЛ также нашел широкое применение на производстве, способствуя увеличению ресурса деталей и инструментов или восстановлению их размеров и свойств, утраченных в процессе эксплуатации. Это достигается приданием поверхностным слоям улучшенных физико-механических, химических и других свойств за счет импульсного концентрированного энергетического воздействия на эти слои и внесения в них легирующих элементов, формированием покрытий требуемой толщины. Наличие широкого круга решаемых задач методом ЭИЛ, большой номенклатуры обрабатываемых объектов различных назначения, конструкции, размеров, обрабатываемых поверхностей, широкого диапазона управляемых технологических параметров процесса ЭИЛ определяет наукоемкость этого метода обработки металлических поверхностей.
Использование и развитие ЭИЛ является объектом рассмотрения данной работы.
С начала применения метода ЭИЛ можно выделить три характерных периода.
Первый период (1943 – 1961 г.г.) – создание и становление метода ЭИЛ. Он связан с непосредственной деятельностью основоположников ЭИО супругов Б. Р. и Н. И. Лазаренко. Были организованы лаборатория Всесоюзного электротехнического института, затем лаборатория НИИ-627 Минэлектропрома СССР, в последующем – Центральная научно-исследовательская лаборатория электрической обработки материалов (ЦНИЛ Электром) Минэлектротехпрома СССР, преобразованная в дальнейшем в ЦНИЛ Электром АН СССР.
В этот период исследуется физика искрового способа обработки металлов, изучается изменение исходных свойств металлических поверхностей под воздействием искрового разряда, зарождаются основы практического использования ЭИЛ для восстановления и увеличения износостойкости деталей машин и инструментов, создаются установки для нанесения покрытий электроискровым способом. Наибольшее распространение получили резистивно-емкостные (RC) генераторы установок, предложенные Б. Р. Лазаренко еще в 1943 году. Накапливается опыт создания и производства электроискрового оборудования: Ленинградский карбюраторный завод им. Куйбышева выпускает промышленные установки для ЭЭО; ЦНИЛ Электром – ручные установки ЭИЛ этого же названия. Ведутся первые работы применения ЭИЛ при ремонте сельскохозяйственных машин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
