В современном машиностроении для изготовления новых видов изделий с улучшенными характеристиками нашли применение биметаллические материалы, полученные с применением аддитивных и гибридных технологий наплавки. Они представляют собой послойное соединение разнородных сплавов в единую композицию. Повышенные физико-механические свойства таких материалов накладывают ограничения на их обрабатываемость традиционными методами, что является сдерживающим фактором для создания из них сложнопрофильных изделий.
Проблему может решить применение технологии проволочно-вырезной электроэрозионной обработки, позволяющей изготавливать изделия из биметаллических токопроводящих материалов любой твердости. Однако, каждый новый биметалл характеризуется разнородностью технологических свойств, поэтому в настоящее время нет рекомендаций по их обработке с применением методов электрофизического воздействия. Ученые Передовой инженерной школы ПНИПУ экспериментально исследовали особенности этого процесса и их влияние на точность и качество поверхности. Полученные результаты способствуют развитию уровня производства биметаллических изделий в России.
Функционально градиентный биметаллический материал состоит из двух или более прочно соединенных между собой различных металлов или сплавов. Заготовки получают методом послойного выращивания, что обеспечивает нужное сочетание свойств – высокую прочность, тепло- и электропроводность, низкую пластичность и плотность, коррозионную стойкость и другие.
Такой материал широко применяют для
изготовления деталей в судо- и машиностроении, инструментов для кухни и
сельского хозяйства, используют в термоэлектрических конструкциях и элементах
приборостроения. Но его традиционная лезвийная обработка из-за ударных нагрузок
в зоне резания снижает качество поверхности, особенно это критично для
тонкостенных сложнопрофильных заготовок.
Применение проволочно-вырезной электроэрозионной
обработки (ПВЭЭО) позволяет избежать таких недостатков. Под действием
электрических разрядов проволока плавит материал и формирует нужный контур на
металлической заготовке. Технология подходит для сплавов любой твердости.
Однако в случае биметалла важно учитывать, что материал, из которого он
создается, неоднороден, и каждый сплав по-разному реагирует на электроэрозию.
На сегодняшний день нет технологических рекомендаций по обработке
биметаллических изделий, состоящих из компонентов разной
электроэрозионной обрабатываемости.
Неизвестно, как процесс ПВЭЭО влияет ширину реза и параметр
шероховатости их поверхности. Ученые ПИШ Пермского Политеха экспериментально
исследовали точность и качество этого процесса на образцах, состоящих из
послойно наплавленных сталей, которые широко применяются в промышленности.
– Мы выбрали именно стали 307 Lsi и 30ХГСА,
так как при создании биметалла стояла цель совместить разносторонние материалы.
Первая отличается хорошей пластикой и коррозионной стойкостью, а вторая – хорошими
прочностными свойствами, – объясняет
Тимур Абляз, директор Высшей школы авиационного двигателестроения ПНИПУ,
кандидат технических наук.
Политехники подвергали образцы
проволочно-вырезной электроэрозионной обработке и после определяли структуру
поверхностного слоя, ширину реза и коэффициент электроэрозионной
обрабатываемости. Определение этих параметров позволяет контролировать процесс
обработки и повышать ее точность, что приводит к получению качественного
продукта.
– Коэффициенты электроэрозионной
обрабатываемости для сталей 30ХГСА и 307 Lsi составляют 0,9 и 0,4. Значит, в
процессе обработки сталь 30ХГСА быстрее достигает температуры плавления. Это же
объясняет бо́льшую ширину реза ее слоев (в интервале от 300 до 330 мкм), в
отличие от второй стали (от 280 до 300 мкм). Также присутствует разница в
шероховатости поверхности. В итоге мы можем сделать вывод, что ПВЭЭО по-разному
влияет на обработку исследуемых сталей, но регулируя параметры процесса можно
обеспечить необходимые характеристики для изделий из биметалла, – рассказывает Тимур Абляз.
Исследование ученых ПИШ Пермского Политеха
позволило определить, как проволочно-вырезная электроэрозия влияет на обработку
слоистого биметаллического материала. Полученные результаты могут быть полезны
для повышения уровня точности и качества биметаллических изделий на
производстве.
Статья
опубликована в научно-техническом журнале
«СТИН», № 11, 2024 год.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
