Оборудование, приборы, инструменты, необходимые для выполнения работы.

1. Шлицефрезерный станок 534С 1

2. Проектор 1

3. Большой инструментальный микроскоп 1

4 . Червячные шлицевые фрезы соответствующих профилей:

для валиков наружного центрирования 1

для валиков внутреннего центрирования 1

5. Заготовки из стали 45 диаметром 53 мм, высотой 10 мм 1

диаметром 53 мм, высотой 10 мм 1

Содержание отчёта

Отчёт по лабораторной работе №6 должен включать в себя:

1. Описание инструментов, применяемых при нарезании шлиц валиков наружного и внутреннего центрирования.

2. Эскизы нарезаемых шлицевых валиков.

3. Данные об оборудовании.

4. Графическое построение профиля боковой стороны зуба рейки и сравнение его с действительным профилем зуба червячной фрезы (для валиков наружного центрирования).

5. Графическое построение профиля боковой стороны зуба рейки и сравнение его с действительным профилем зуба червячной фрезы (для валиков внутреннего центрирования).

6. Протокол.

Фреза без усиков
h1
Δ1
Δa1
Фреза с усиками
h2
Δ2
Δa2

7. Графики отклонения боковой стороны профиля червячной шдицевой фрезы от расчётного профиля зуба рейки.

8. Графики отклонений действительного профиля боковой стороны шлиц валиков наружного и внутреннего центрирования от теоретического.

РАБОТА 7. ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКИ

Цель работы

Ознакомиться с методом электроискровой обработки и получить навыки выбора режимов и электродных материалов для упрочнения рабочих поверхностей режущего инструмента.

Содержание работы

Ознакомиться с основными понятиями.

Провести эксперимент по определению влияния энергетических режимов установки на толщину наплавленного слоя.

Подготовить электроды и модельные образцы.

Нанести покрытия на заданных режимах обработки.

С использованием измерительного инструмента определить толщину нанесенных покрытий, результаты занести в табл. 1.

Таблица 1. Протокол эксперимента

Установка для электроискровой обработки	Условный энергетический режим	Толщина нанесенного слоя, мм при времени обработки
		τ*	3τ	5τ

*τ - минимальное время обработки заданной площади образца до достижения сплошности покрытия не менее 98%.

Сделать выводы.

Провести работу по упрочнению рабочих поверхностей режущего инструмента на выбранных режимах. Заполнить табл. 2.

Таблица 2. Технологическая карта упрочнения рабочих поверхностей инструмента

Эскиз рабочей части инструмента	Материал инструмента	Упрочняемые поверхности	Время обработки	Режимы обработки

Составить отчет о работе, включающий: наименование и цель работы; сведения о причинах снижения стойкости режущего инструмента, методе электроискровой обработки, генераторах, электродных материалах и поверхностях, подлежащих упрочнению; результаты исследования влияния энергетических режимов установки на толщину наплавленного слоя, технологическую карту упрочнения рабочих поверхностей инструмента.

Порядок и методика выполнения работы

1. Основные причины снижения стойкости режущего инструмента

Изнашивание инструмента при резании происходит в результате трения стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента и задних поверхностей лезвия о поверхности заготовки. Трение происходит при больших контактных давлениях и высоких температурах.

Механизм изнашивания режущего инструмента при механической обработке конструкционных материалов очень сложен. Здесь имеют место абразивный, адгезионный, диффузионный и окислительный процессы.

Абразивное изнашивание происходит в результате сцарапывания микроскопических объемов материала инструмента твердыми структурными составляющими материала обрабатываемой заготовки.

Адгезионное изнашивание является результатом действия значительных сил молекулярного сцепления между материалом заготовки и инструмента, вызывающих при их относительном перемещении вырывание части материала с поверхности режущего инструмента.

Диффузионное изнашивание является результатом взаимного растворения обрабатываемого материала и материала инструмента. При этом происходит диффузия не молекул химического соединения, а отдельных элементов этого соединения, например углерода, кобальта, титана или вольфрама.

Окислительное изнашивание происходит в связи с коррозией металлов в условиях активного охлаждения зоны резания и газонасыщения; происходит разрушение поверхностных слоев путем образования оксидов и растравливания зерен в сочетании с царапанием и истиранием.

При обработке резанием в результате изнашивания на передней поверхности инструмента образуется лунка длиной l и глубиной 8, а на задней поверхности - площадка высотой h. В зависимости от условий обработки и свойств материала может преобладать износ по передней или по задней поверхностям.

Исследования по упрочнению рабочих поверхностей инструментов показали, что указанным требованиям, в условиях ремонтного производства, в наибольшей степени отвечает метод электроискрового упрочнения.

2. Сущность метода электроискровой обработки

Метод электроискровой обработки (ЭИО) [10] разработан в 40-е года советскими учеными Лазаренко Б.Р. и Лазаренко Н.И. и является разновидностью электрофизических способов обработки.

Процесс ЭИО металлических поверхностей основан на использовании действия импульсного электрического разряда, проходящего между электродами в газовой среде. Сущность его состоит в том, что при искровом разряде в газовой среде происходит преимущественное разрушение (эрозия) материала электрода -анода и перенос продуктов эрозии на поверхность детали - катод. При этом на поверхности детали образуется новый слой, которому, в зависимости от параметров искрового разряда, состава электродного материала и материала поверхности детали, состава газовой среды, режимов вибрации электровибратора можно придать требуемые свойства.

К особенностям метода следует отнести локальность обработки, высокую прочность сцепления нанесенного материала с основой, отсутствие нагрева детали, возможность использования любых токопроводящих материалов, отсутствие необходимости специальной предварительной подготовки поверхности. Рельеф поверхности после ЭИО одинаков во всех направлениях, имеет выпукло-вогнутый характер и представляет собой совокупность плавно соединяющихся выступов, близких по форме к шаровым сегментам. Поверхность с таким рельефом обладает высокой несущей способностью.

3. Генераторы импульсного тока и напряжения

Генераторы импульсного тока и напряжения предназначены для электроискрового упрочнения режущих инструментов и технологической оснастки, повышения износостойкости и восстановления размеров изношенных деталей машин. Установки переносные, настольного типа, состоят из тиристорно-транзисторного генератора и ручного электромагнитного вибратора.

В табл. 3 приведены технические параметры ряда установок типа «Элитрон» применяемых для электроискровой обработки, а также некоторые характеристики наносимых с помощью этих установок покрытий.

Таблица 3. Установки для электроискровой обработки с ручным электродом - инструментом

Параметр	Элитрон-14	Элитрон-15	Элитрон-16	Элитрон-17	Элитрон-22БМ		Элитрон-52Б
1	2	3	4	5	6		7
Потребляемая мощность, кВт/ч	0,33	0,20	0,25	0,40	0,30		4,5
Напряжение питаемой сети, В	220
Частота вибрации электрода, Гц	400; 600	100	300	100	100	100
Частота импульсов, Гц	100	50; 100	800	300; 600	100-350	100
Рабочий ток, А	до 1,5	до 1,5	до 1,5	до 2,0	0,3-3,8	0,5-80
Количество энергетических режимов	12	4	5	4	6	12
Габаритные размеры генератора, мм	455×320×170	250×100×200	420×240×170	370×350×200	430×250×170	650×600×1100
Масса генератора, кг	25	6	14	14	17	150
Толщина покрытия Т15К6 на сталь 45, мм	0,005-0,03	0,005-0,02	0,005-0,03	0,005-0,03	0,01-0,08	0,01-0,50
Высота неровностей профиля покрытия Ra, мкм	1,6-10,0	2,0-9,0	2,0-10,0	2,5-10,0	2,5-16,0	2,5-45,0
Максимальная производительность см2/мин	3,0	2,5	4,0	3,0	4,0	10,0

Рисунок 1. Универсальная установка «Элитрон-21Б»

Универсальная установка «Элитрон-21Б» (рис. 5.1) предназначена для упрочнения режущих кромок деревообрабатывающих и металлорежущих инструментов и штамповой оснастки, а также для восстановления размеров изношенных деталей с износами до 0,05 мм. Установка состоит из генератора, предназначенного для создания рабочих импульсов тока и напряжения, электромагнитного вибровозбудителя, обеспечивающего коммутацию разрядной сети вибрирующим электродом и кабеля для соединения генератора с деталью.

Установка обеспечивает три режима по ёмкости: 10, 20 и 30 мкФ и семь режимов по напряжению: 40, 50, 60, 70, 80, 90 и 100 В. Среднее значение зарядного тока изменяется в диапазоне от 1,0 до 2,3 А.

Частота вибрации электрода изменяется в диапазоне не менее чем от 100 до 1000 Гц, а частота следования импульсов на накопительных конденсаторах в диапазоне не менее чем от 50 до 500 Гц. Следовательно, после каждого электрического разряда происходит один удар по обрабатываемой поверхности, что позволяет проковывать перенесённый материал.

Многолетний опыт эксплуатации установки «Элитрон-21Б» в условиях ремонтных предприятий показал, что работа при частотах вибрации электрода выше 500 Гц приводит к быстрому отказу зарядного контура. В связи с этим изменена электрическая схема управления вибровозбудителем с тем, чтобы максимальная частота вибрации электрода не превышала 500 Гц.

Новые калиброванные частотные характеристики установки «Элитрон-21Б» (положение ручки потенциометра «FREQUENCE») приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4. Частотные характеристики генератора «Элитрон-21Б»

Положение ручки Частота, Гц

1 40

2 45

3 50

4 60

5 70

6 80

7 115

8 175

9 350

10 500

4. Электродные материалы

Одним из факторов, определяющих эффективность процесса ЭИО, является выбор материала электрода, который должен обладать достаточной прочностью при изгибе, хорошей электропроводностью, максимальной электроэрозией, способствующей наибольшему переносу материала на упрочненную поверхность, и содержать в своем составе компоненты, необходимые для получения упрочненного слоя с заданными физико-химическими и механическими свойствами. Наиболее часто применяемые электродные материалы приведены в табл. 5.

Таблица 5. Электродные материалы, применяемые для электроискровой обработки режущего инструмента

Материал электрода	Твердость HRC	Характеристика эксплуатационных свойств	Назначение
1	2	3	4
ВК3	89	Высокая износостойкость и повышенная скорость резания для вольфрамовой группы. Умеренная прочность и сопротивляемость ударам	Упрочнение: - резцов для чистового и получистового точения при непрерывном резании; - резьбовых резцов; - разверток; - деталей машин, работающих без ударных нагрузок
ВК6-ОМ	90	Высокие показатели износостойкости и эксплуатационной прочности	Упрочнение: - резцов для чернового точения; - фрез для чернового и чистового фрезерования; - сверл; - зенкеров; - деталей машин
ВК8	87	Более высокая эксплуатационная прочность, но меньшая износостойкость, чем у ВК6-ОМ	Упрочнение: - резцов для чернового точения; - фрез для чернового фрезерования; - штампового инструмента; - сверл; - зенкеров; - бурового инструмента; - деталей машин
ВК15	85	Высокая эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам. Износостойкость ниже, чем у ВК8	Упрочнение: - инструмента ударного для бурения горных пород; - деталей машин
ВК20	80	Эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам выше, а износостойкость ниже, чем у ВК15	Упрочнение: - быстроизнашивающихся деталей машин; - штампового инструмента
Т30К4	66	Наивысшая для титановольфрамовых сплавов износостойкость при пониженной эксплуатационной прочности	Упрочнение: - резцов для чистового точения; - сверл; - деталей машин
Т15К6	79	Эксплуатационная прочность выше, а износостойкость ниже, чем у Т30К4	Упрочнение: - резцов для чернового и чистового точения при непрерывном резании; - резцов для чистового точения; - фрез для чернового фрезерования; - сверл; - зенкеров; - протяжек; - деталей машин
Т5К10	85	Эксплуатационная прочность выше, а износостойкость ниже, чем у Т15К6	Упрочнение: - резцов для чернового точения при непрерывном и прерывистом резании; - резцов для чистового точения; - фрез для чистового фрезерования; - сверл; - зенкеров; - деталей машин
Графит	--	Повышение износостойкости и твердости поверхности	Упрочнение: - металлорежущего и деревообрабатывающего инструмента изготовленного из быстрорежущей или углеродистой инструментальной стали

*Обработка поверхности графитовым электродом не образует покрытия, а диффузионно обогащает ее своими составными элементами, изменяя физико-механические свойства.

Форма электродов влияет на стабильность результатов ЭИО. Наиболее оптимальным и универсальным является стержневой электрод круглого сечения диаметром 1…3 мм. Рекомендуется также применять и электроды прямоугольной формы (2×2; 3×3; 3×4 мм). При заданном электрическом режиме, уменьшение площади поперечного сечения электрода позволяет увеличивать плотность технологического тока.

5. Поверхности, подлежащие упрочнению

Поверхности, подлежащие электроискровой обработке, определяются экспериментально. В табл. 6 представлены обрабатываемые поверхности и зоны упрочнения для различных режущих инструментов.

Таблица 6. Поверхности инструмента подлежащие электроискровой обработке

Инструмент	Обрабатываемые поверхности
Сверло спиральное Ø 5-20 мм	Задняя поверхность вдоль режущей кромки на ширину 2-3 мм; ленточка по всей ширине на длине 15-30 мм
Резцы токарные и строгальные	Передняя поверхность вдоль главной режущей кромки на ширину 3-12 мм; главная задняя поверхность вдоль главной режущей кромки на ширину 3-12 мм; вспомогательная задняя поверхность вдоль вспомогательной режущей кромки на ширину 3-12 мм
Сверло спиральное Ø 20-100 мм	Передняя поверхность вдоль режущей кромки на ширину 3-6 мм; задняя поверхность вдоль режущей кромки на ширину 3-6 мм; ленточка по всей ширине на длине 30-40 мм
Развертка Ø 12-50 мм	Передняя поверхность по всей длине на 0,5 высоты зуба; ленточка по всей ширине на длине режущей части
Метчик	Передняя поверхность по всей длине на 2 высоты зуба; задняя на заходной части по всей ширине
Плашка	Передняя поверхность по всей длине на 2 высоты зуба; задняя на заходной части по всей ширине
Фреза концевая	Передняя поверхность вдоль режущей кромки на 0,5 высоты зуба; ленточка по всей ширине на всей длине
Пила сегментная	Передняя поверхность вдоль режущей кромки на ширину 4-5 мм; задняя поверхность вдоль режущей кромки на ширину 4-5 мм; боковая – уголок 4-5 мм
Нож гильотинный	Передняя поверхность вдоль режущей кромки на ширину 4-6 мм; задняя поверхность вдоль режущей кромки на ширину 4-6 мм

Упрочняющей обработке в пробивных и вырубных штампах подлежат участки торцовых и боковых поверхностей рабочих частей (рис. 2), причем у вырубных штампов боковые поверхности матриц 1 и торцовые или боковые поверхности пуансонов 2 (рис. 2, а, б); у пробивных штампов боковые поверхности пуансонов 2 и торцовые поверхности матриц 1 (рис. 2, в).

При электроискровой обработке для устранения пережога и охрупчивания режущей кромки рекомендуется использовать специальные стальные образцы плотно прилегающие к режущей кромки. В случае упрочнения одной поверхности следует подтачивать инструмент по не упрочненной поверхности на ширину 0,2…0,4 мм.

а, б - вырубной штамп; в - пробивной штамп; Sz – величина технологического зазора

Рис. 2. Поверхности упрочнения вырубных и пробивных штампов

Контрольные вопросы

1. Какие процессы имеют место при изнашивании режущего инструмента?

2. Сущность метода электроискровой обработки.

3. Какими особенностями обладает метод электроискровой обработки?

4. Основные модели электроискровых установок. Назначение установки «Элитрон - 21Б». Режимы установки.

5. Основные марки электродных материалов применяемых для упрочнения режущих инструментов.

6. В чем особенность упрочнения режущего инструмента графитовым электродом?

7. Покажите поверхности режущих инструментов подлежащих электроискровому упрочнению.

8. Какие технологические приемы применяются для устранения пережога и охрупчивания режущих кромок инструмента при электроискровой обработке?