Вивчення процесу електроіскрового зміцнення сталі

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ВИВЧЕННЯ ПРОЦЕСУ ЕЛЕКТРОІСКРОВОГО ЗМІЦНЕННЯ СТАЛІ

Мета роботи: Ознайомитися з обладнанням для електроіскрового зміцнення сталі та отримати навички роботи на ньому.

Прилади та матеріали:

1.Установка "Элитрон-10".

2.Зразки зі сталі 20.

3.Матеріал для зміцнення: твердий спечений сплав Т15К6 (два зразки).

4.Наждачний папір.

5.Напилок для визначення порівняльної твердості.

6.Мікроскоп чи лупа для визначення густини нанесених покриттів.

7.Верстак із лещатами чи струбциною.

8.Захисні окуляри.

Завдання

1. Ознайомитися з правилами техніки безпеки при роботі на електроіскровій установці.

2. Ознайомитися зі складом та призначенням установки "Элитрон-10''.

3. Підготувати зразки для поверхневого зміцнення - зняти з поверхні бруд, іржу, отримати необхідну шорсткість поверхні.

4. Провести за допомогою установки "Элитрон-10'' поверхневе зміцнення двох зразків сталі 20 на режимі №2 і на режимі №7 на площі 2 см² (довжина - 40 мм, ширина - 5 мм) сплавом Т15К6 чи ВК 8.

5. Зробити візуальний аналіз якості зміцнених поверхонь: рівномірність шару матеріалу, відсутність дефектів на поверхні. Зробити висновки.

6. Скласти протокол виконання роботи.

Порядок виконання роботи

1. Після ознайомлення із правилами техніки безпеки необхідно перевірити на робочому місці відповідність їх вимогам: заземлення установки, діелектричний килим, окуляри захисні, вентиляцію, освітлення.

2. Підготувати зразки: видалити мастила та іржу. За допомогою наждачного паперу досягти необхідної шорсткості оброблюваної поверхні. Чим менша початкова шорсткість, тим кращими будуть результати.

3. Визначити за допомогою таблиці 1.2 час обробки.

4. Закріпити оброблювану поверхню (деталь) у лещатах.

5. Закріпити електрод-інструмент у осциляторі.

6. На панелі приладу встановити частоту 100 Гц та необхідний режим.

7. Взяти осцилятор в руку та ввімкнути прилад у мережу. Встановити амплітуду коливань.

8. Повільним переміщенням електроду по деталі здійснити процес зміцнення поверхні одного, а потім другого зразка, змінивши при цьому режим обробки.

9. Контроль за роботою здійснювати за допомогою амперметра, покази якого повинні відповідати вимогам таблиці 1.1.

Теоретичні відомості

Електроіскрова обробка металів належить до електрофізичних (ЕФ) електроерозійних методів обробки. У цю групу, згідно з класифікацією, входять, крім електроіскрової, електроімпульсна, електроконтактна та анодно-механічна обробки.

Електроімпульсні, електроконтактні та анодно-механічні методи обробки застосовуються для розмірної обробки досить міцних в'язких крихких матеріалів, які важко піддаються механічній обробці різанням (пази, отвори).

Електроіскрова обробка застосовується для зміни вихідних властивостей поверхонь із метою легування та зміцнення поверхневих шарів інструментів, збільшуючи при цьому твердість та зносостійкість сталі; для невеликого збільшення розмірів зношених деталей; може бути застосована для маркування та розпису.

Вперше метод електроіскрової обробки був відкритий та розроблений у 1943 р. радянськими вченими, подружжям Б.Р. Лазаренко та Н.І. Лазаренко.

Електроіскровий спосіб нанесення металічних покриттів порівняно з іншими способами (гальванічним, плазмовим, металізацією) має ряд переваг:

1. Оброблювані поверхні не потребують високої якості попередньої підготовки, як при інших способах нанесення покриттів.

2. Матеріал, що наноситься, дуже міцно з'єднується із матеріалом, що оброблюється.

3. Наносити покриття можна як чистими металами, так і сплавами.

4. Покриття можна наносити на окремих (локальних) місцях поверхні і не
вдаватися до захисту іншої поверхні.

5. Апаратура для електроіскрового нанесення покриттів є простою в
експлуатації.

Електроіскрова обробка металів базується на використанні явищ, що супроводжують миттєве вивільнення електричної енергії. Цей процес характеризується високою температурою іскри від 6000 до 50000°С та іонізацією міжелектродного простору. Іскровий імпульс проходить у повітряному середовищі і збільшення напруженості електричного поля відбувається за рахунок зближення електродів. Тривалість імпульсів електричного струму становить від 10^-3 до 10^-5 секунди. При цьому малі об'єми поверхневих шарів зазнають розплавлення, відбуваються хімічні реакції між металами аноду та катоду, у реакції можуть брати участь оточуючі гази - кисень та азот. Під час електроіскрового зміцнення деталь є катодом, а електрод-інструмент - анодом (рисунок 1.1), тобто застосовується зворотна полярність.

Рисунок 1.1 - Схема електроіскрової обробки

Нанесений на катод метал утворює на його поверхні покриття товщиною від 0,01 до 0,12 мм, що має властивості, близькі до властивостей матеріалу аноду.

Результат обробки поверхні залежить від режиму обробки, часу обробки, сумісності матеріалів аноду та катоду, від властивостей та стану поверхні, що оброблюється, а також від кваліфікації робітника. Чим м'якший режим обробки застосовується (тобто чим менша енергія імпульсів струму), тим менша товщина шару, отриманого за одиницю часу на одиниці поверхні, але і вища якість нанесеного покриття. Чим грубіший режим обробки (тобто чим більше енергії виділяється у кожному одиничному імпульсі), тим більша енергія матеріалу при цьому переноситься, якість поверхні погіршується.

Слід мати на увазі, що в перші хвилини роботи при більш потужних режимах нанесення металу здійснюється найбільш інтенсивно, потім перенесення уповільнюється та припиняється. Подальша робота призводить до руйнування нанесеного шару, а інколи - і матеріалу оброблюваної поверхні.

Опис установки «Элитрон- 10»

Установка призначена для поверхневого зміцнення різального інструменту, робочих органів штампів, підвищення зносостійкості деталей машин, а також нанесення покриттів із кольорових металів та сплавів на деталі електричних пристроїв.

Установка складається із трансформатора (генератор) 1, випрямляча 2, змінного опору 3, конденсатора 4, інструмента 5 (рисунок 1.2).

Живленя установки здійснюється від трифазного джерела змінного струму напругою 380/220 В із частотою 50 Гц. Споживча потужність - не більше 250 Вт. Кількість режимів легування - 8. Частота вібрації електрода: 100±10% Гц та 200+20 % Гц.

1 - трансформатор (генератор); 2 - випрямляч; 3- змінний опір; 4 - конденсатор; 5 - інструмент; 6 - деталь

Рисунок 1.2 - Принципова схема приладу «Элитрон-10»

Максимальний розмах вібропереміщення легуючого електрода - не менше 0,2 мм.

Електричні параметри режимів наведено в таблиці 1.1.

Процес обробки здійснюється за допомогою електромагнітного осцилятора, який може працювати на двох фіксованих частотах: 100 та 200 Гц. Частоти встановлюються за допомогою перемикача на панелі керування. При виборі режиму обробки необхідно знати, що кожному режиму відповідає певний час, який є оптимальним. У таблиці 1.2 наведені орієнтовні відомості про мінімальний та максимальний час при легуванні 1 см² сталевої поверхні твердим сплавом марки Т15К6 на різних режимах.

Мінімальний час - час, необхідний для утворення на поверхні оброблюваного матеріалу суцільного покриття. Максимальний час ("не більше") показує, що після нього можливе погіршення поверхні та значне зменшення переносу металу.

Таблиця 1.1 - Електричні параметри режимів обробки приладу «Элитрон-10»

Найменування параметру	Частота вібрації, Гц	Величина на режимі легування
Ємність накопичувальних конденсаторів, мкФ
Напруга холостого ходу на накопичувальному конденсаторі, В
Робочий струм, А		0,7 1,2	0,9 1,3	1,0 1,4	1,1 1,5	1,2 1,6	1,3 1,7	1,5 1,8	1,6 1,9

Таблиця 1.2 - Залежність часу легування поверхні від режиму обробки

№ режиму	Час легування 1 см^2 поверхні, хв
не менше	не більше
	0,5
	0,5
	0,4

Правила техніки безпеки

1. Установка має бути заземлена:

2. Під ногами оператора повинен бути діелектричний килим.

3. Працювати слід у окулярах із захисними скельцями.

4. Під час роботи потрібно освітлювати зону обробки лампою розжарювання потужністю від 150 до 200 Вт, яка повинна бути розташована на відстані 1м від оброблюваної поверхні.

5. Має бути забезпечена вентиляція робочого місця.

6. Забороняється:

а) дотикатись до деталі та електроду під час роботи та раніше, ніж через 1,5 с після вимкнення живлення;

б) працювати чи знаходитись поруч із працюючою установкою у
промасленому спецодязі, а також зберігати поблизу установки займисті
допоміжні матеріали - змащувальні мастила, лаки та ін.;

в) зберігати та експлуатувати установку у сирих, запилених або
пожежо- та вибухонебезпечних місцях;

г) класти осцилятор на корпус увімкненої установки.

Зміст протоколу

1.Назва роботи.

2.Мета роботи.

3.Загальна схема установки, її опис.

4.Призначення установки.

5.Режими роботи.

6.Зміцнюваний матеріал: найменування, марка, характеристика.

7.Матеріал електрода-інструменту: найменування, марка, характеристика.

8.Результати виконаної роботи, оформлені у вигляді таблиці 1.3.

9.Висновки та пояснення отриманих результатів.

Контрольні запитання

1. Які переваги електроіскрового способу нанесення металевих покриттів?

2. Яка полярність електродів використовується при електроіскровому зміцненні і чому?

3. Якої товщини можна отримати покриття?

4. Яке співвідношення між енергією імпульсу та якістю поверхні?

5. З яких основних блоків складається установка "Элитрон-10"?

6. Скільки режимів легування має установка "Элитрон-10"?

7. Які правила техніки безпеки при роботі з установкою "Элитрон-10"?

Дата добавления: 2015-08-28