способ электроискрового нанесения покрытий

Формула изобретения

Способ электроискрового нанесения покрытий, включающий обработку токопроводящих материалов электрическими разрядами, в котором на рабочий электрод относительно обрабатываемой поверхности накладывают одновременно напряжение от генератора эрозирующих импульсов и ультразвуковые колебания, отличающийся тем, что на вибрирующий электрод, совершающий низкочастотные контакты с поверхностью обрабатываемой детали и коммутирующий электрическую цепь управления током разряда, подают импульсные ультразвуковые колебания, совмещая начало импульса ультразвуковых колебаний с отводом электрода от поверхности, а продолжительность действия импульса распространяют на стадию отсутствия тока в разрядном промежутке вплоть до очередного электрического разряда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлообработке, а именно, к электроэрозионным методам упрочнения и легирования поверхностей, и может быть использовано при нанесении покрытий на металлы и другие токопроводящие материалы для повышения износостойкости, восстановления размеров деталей машин, упрочнения и улучшения коррозионной стойкости различных инструментов.

Известен способ электроискрового нанесения покрытий, когда на легирующий электрод одновременно налагают напряжение от генератора эрозирующих импульсов и ультразвуковые колебания /1/.

Известен способ электроискрового легирования, при котором на совершающий низкочастотные контакты с деталью электрод согласованно с колебаниями подают импульсы технологического тока при отсутствии контакта электрода с деталью и налагают ультразвуковые колебания /2/.

Для реализации данных способов используются, как правило, генераторы электроискровых импульсов с разобщенной связью между источником тока и электроискровым промежутком, например, ЭФИ-22. Однако в силу того, что длительность ультразвукового колебания значительно меньше, чем продолжительность применяемых электроискровых импульсов, возросшая производительность процесса, обусловленная главным образом увеличением эрозии электрода, реализуется не полностью. Слои получаются тонкими, не превышающими 20 мкм. Кроме того, в зоне воздействия электрода значительно поднимается температура, приводящая к заметному снижению твердости наносимого слоя покрытия (снижение на 5-10 НRC).

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности эрозии электрода, получение более мелкого его распыла и исключение сваривания электрода с поверхностью обрабатываемого материала. Все это позволяет повысить качество нанесенного покрытия, его сплошность, твердость и толщину, а также увеличить производительность процесса.

Для решения поставленной задачи при реализации способа электроискрового нанесения покрытий, на совершающий низкочастотные контакты с деталью электрод согласованно с колебаниями, подают импульсы технологического тока и налагают импульсами (в виде цуга волн) ультразвуковые колебания при совмещении начала импульса ультразвуковых колебаний с отводом электрода от поверхности детали и продолжением его действия во время отсутствия тока в разрядном промежутке.

Генерация ультразвуковых колебаний осуществляется при отсутствии протекания импульсного тока разряда в искровом промежутке, что не мешает нормальному развитию процесса переноса материала легирующего электрода при электрическом разряде. Использование в качестве источников электроискровых импульсов мощных генераторов с неразобщенной связью между источником тока и электроискровым промежутком позволяет благодаря применению низкочастотных электромагнитных вибросистем совмещать подачу импульсного тока разряда с низкочастотными колебаниями электрода, начала импульса ультразвуковых колебаний с отводом электрода от поверхности, а длительность импульса ограничивать началом следующего электрического разряда.

Описываемое наложение импульсных ультразвуковых колебаний не приводит к дополнительному разогреву слоя и его термическому отпуску по сравнению с существующими способами, способствует активации химических реакций образования на его неостывшей поверхности нитридов металла от взаимодействия с азотом воздуха, а также других процессов образования неравновесных мелкозернистых металлических систем. Дополнительная эрозия электрода происходит более эффективно, а исключение возможности сваривания электродов способствует увеличению производительности процесса нанесения покрытий.

При реализации способа можно применять неразобщенные генераторы импульсов достаточно высокой мощности, обеспечивающие получение толстых (до 2000 мкм) покрытий и нашедшие широкое применение в промышленности. В зависимости от вида применяемых искровых генераторов положение искрового разряда относительно движения электрода может быть различным: при сближении, отводе и контакте электрода с поверхностью детали, разряды могут следовать друг за другом в одном периоде для указанных вариантов положения электрода.

Изобретение поясняется чертежом, где на (а) показаны низкочастотные колебания электрода (S смещение электрода), на (б, е) приведены два крайних случая положения искрового разряда, соответствующих подаче тока разряда I_р при подводе и отводе электрода, на (г) промежуточное положение искрового разряда при контакте электрода с поверхностью. На (в, д, ж) приведены положения импульсов ультразвуковых колебаний для этих случаев разрядов (Х смещение электрода при ультразвуковых колебаниях). При этом начало импульсов ультразвуковых колебаний совмещены с отводом электрода от поверхности, а длительность действия импульса распространена на стадию отсутствия тока в разрядном промежутке вплоть до очередного электрического разряда.

Процесс нанесения покрытия осуществляется следующим образом. Внутри электромагнитного аксиального вибратора крепился магнитострикционный преобразователь с концентратором и легирующим электродом на конце. Питание преобразователя осуществлялось от ультразвукового генератора УРСК-7Н, обеспечивающего частоту колебаний 26,9 кГц и величину амплитуды 5-15 мкм. Электрическая схема управления разрядным током использовалась также для блокирования генерации ультразвуковых колебаний при наличии тока в разрядном промежутке. В качестве генератора эрозирующих импульсов использовалась установка ЭФИ-25. Конкретное выполнение покрытий проводилось на образцах деталей, изготовленных из стали 30Х13. Легирующим электродом служил сплав марки Т15К6. Электромагнитный вибратор с магнитострикционным преобразователем устанавливался над подвижным столом для перемещения образцов в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Эксперименты проводились для двух различных условий наложения ультразвуковых колебаний:

с подачей на электрод непрерывных ультразвуковых колебаний. Использовался разобщенный генератор типа ЭФИ-22;

с подачей импульсных ультразвуковых колебаний в промежутках между искровыми разрядами. Использовался неразобщенный генератор типа ЭФИ-25.

Результаты экспериментальных исследований показали, что по сравнению с известными: сплошность покрытия увеличилась с 90 до 95% микротвердость с 400-800 до 700-800 кгс/мм²; толщина с 4-16 до 100 мкм; отсутствует выгорание слоя.