RU2115762C1

RU2115762C1 - Method and device for electric spark deposition of coats

Info

Publication number: RU2115762C1
Application number: RU96117951A
Authority: RU
Inventors: Юрий Львович Чистяков
Original assignee: Юрий Львович Чистяков
Priority date: 1996-09-09
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: deposition of coats. SUBSTANCE: method is realized under conditions of periodic contact of electrodes with excitation of spark discharges between them. In this case working electrode is imparted with rotary motion composed of discrete movements which frequency of following is synchronized with that of excitation of spark discharges emerging in pauses between movements of electrodes. Device for implementation of method includes doping electrodes connected through brush contacts to source of pulses of electric currents and elastically anchored on one of ends of axis coupled to actuating motor to give electrodes. rotary motion. Actuating motor is stepping one for synchronization of discrete turns of electrodes with pulse repetition frequency of electric current. EFFECT: high-quality and high-productivity deposition of coats, 3-5 times increased service life of coats. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электроискровой обработки и может быть использовано для нанесения износостойких и коррозионно-стойких покрытий на изделия из токопроводящих материалов различной формы. The invention relates to the field of spark processing and can be used for applying wear-resistant and corrosion-resistant coatings on products from conductive materials of various shapes.

Для осуществления устойчивого процесса электроискрового легирования широкое распространение получил способ периодического контактирования рабочего электрода с деталью при помощи электромагнитных вибровозбудителей. Для повышения производительности нанесения покрытия в зависимости от мощности и природы материалов электродов обеспечивает необходимое соотношение между длительностью контакта электрода с обрабатываемой поверхностью и паузы между контактами (Авт. св. СССР N 629036. Кл. B 23 P 1/18, 1978). To implement a stable process of spark doping, a method of periodically contacting the working electrode with the part using electromagnetic vibration exciters has become widespread. To increase the productivity of the coating, depending on the power and nature of the electrode materials, it provides the necessary ratio between the duration of contact of the electrode with the surface to be treated and the pause between the contacts (Auth. St. USSR N 629036. Cl. B 23 P 1/18, 1978).

Однако в этом способе нанесение покрытия осуществляется при наличии значительной паузы между контактами, что снижает производительность нанесения покрытия. However, in this method, the coating is carried out in the presence of a significant pause between the contacts, which reduces the performance of the coating.

Для повышения производительности процесса легирования и увеличения класса чистоты нанесенного слоя покрытия известен способ с применением двухкоординатных колебаний рабочего электрода. To increase the productivity of the alloying process and increase the purity class of the applied coating layer, a method is known using two-coordinate oscillations of the working electrode.

Нормальное к поверхности детали колебание служит для периодического контактирования электрода с деталью, тангенциальное - для перемещения зоны разряда наносимого покрытия вдоль поверхности детали и создания скользящего режима удара электрода (Добында И.В. и др. Электроискровое легирование двухкоординатным вибратором, "Электронная обработка материалов", 1976 N 6, c. 26-29). The vibration normal to the surface of the part serves to periodically contact the electrode with the part, tangential — to move the discharge zone of the applied coating along the surface of the part and create a sliding mode of impact of the electrode (I. Dobynda et al. Electrospark alloying with a two-coordinate vibrator, “Electronic material processing”, 1976 N 6, p. 26-29).

Способ также не обеспечивает высокой производительности процесса обработки, так как при колебаниях электрода под действием описанных электромагнитных вибровозбудителей большая часть траектории движения электрода происходит вхолостую, а разряды осуществляются на малом временном интервале в моменты сближения электродов, что ограничивает применение разрядов значительной энергии и длительности для получения толстослойных покрытий. The method also does not provide high productivity of the processing process, since when the electrode vibrates under the action of the described electromagnetic vibration exciters, most of the path of the electrode is idle, and discharges are carried out over a short time interval at the moments of approach of the electrodes, which limits the use of discharges of significant energy and duration to obtain thick-layer coatings.

Известен также способ электроискрового нанесения покрытий, когда процесс проводят устройствами с вращающимися многоэлектродными головками, создавая эффект "размазывания" переносимого материала на поверхности детали для увеличения сплошности слоя (Морозенко В.Н., Андреев Р.И. Технологические возможности вращающихся многоэлектродных инструментов с упруговязкими элементами "Электронная обработка материалов", 1975, N 4, c. 76-78). There is also a method of electrospark coating, when the process is carried out by devices with rotating multi-electrode heads, creating the effect of "smearing" of the transferred material on the surface of the part to increase the continuity of the layer (Morozenko V.N., Andreev R.I. Technological capabilities of rotating multi-electrode tools with visco-elastic elements "Electronic processing of materials", 1975, N 4, p. 76-78).

Однако из-за нерегулярности длительности контактов при движении упруго закрепленных электродов по шероховатой поверхности возникают значительные пульсации рабочего напряжения, нарушающих стабильность по интенсивности искровых разрядов. However, due to the irregular duration of the contacts during the movement of elastically fixed electrodes along a rough surface, significant pulsations of the operating voltage arise, violating the stability of the intensity of spark discharges.

При больших скоростях вращения электродов, кроме того, снижается интенсивность искровых разрядов из-за незавершенности процессов их развития. Все это снижает производительность нанесения покрытий, его толщину и сплошность. At high speeds of rotation of the electrodes, in addition, the intensity of spark discharges decreases due to the incompleteness of their development processes. All this reduces the performance of the coating, its thickness and continuity.

Задачей, решаемой описываемым изобретением, является повышение производительности процесса нанесения покрытия, увеличение его толщины и сплошности. The problem solved by the described invention is to increase the productivity of the coating process, increasing its thickness and continuity.

Для решения поставленной задачи при реализации способа электроискрового нанесения покрытий, рабочему электроду сообщают вращательное движение по обрабатываемой поверхности, составленное из дискретных перемещений, частоту следования которых синхронизируют с частотой возбуждения искровых разрядов осуществляемых в паузах между перемещениями электрода. To solve the problem when implementing the method of electrospark coating, the working electrode is informed of a rotational movement on the surface to be treated, composed of discrete displacements, the repetition rate of which is synchronized with the frequency of spark discharge excitation in the pauses between electrode movements.

Электроискровое нанесение покрытий по предложенному способу выполняют устройством, содержащим легирующие электроды, подключенные через щеточные контакты к источнику импульсов электрического тока и закрепленное упруго на одном из концов оси, связанной другим концом с введенным в устройство шаговым двигателем, предназначенным для синхронизации дискретных поворотов электродов с частотой следования импульсов электрического тока. Electrospark coating according to the proposed method is performed by a device containing alloying electrodes connected through brush contacts to an electric current pulse source and fixed elastically at one end of the axis connected to the other end by a stepper motor inserted into the device, designed to synchronize discrete turns of electrodes with a repetition rate pulses of electric current.

Легирующие электроды крепятся посредством упругих элементов к втулке шлицевого соединения, выполненного на конце оси. Втулка подпружинена в направлении обрабатываемого изделия. Alloying electrodes are attached by means of elastic elements to the spline connection sleeve made at the end of the axis. The sleeve is spring loaded in the direction of the workpiece.

Дискретные скачкообразные перемещения электродов по окружности достигаются за счет поворотов ротора шагового двигателя на равные шаги, выполняемые при каждом переключении постоянного тока в обмотках статора при подаче управляющего сигнала с блока управления. Синхронные шаговые двигатели с пассивным (реактивным) ротором позволяют получать достаточно мелкие шаги (до 1^o). Их использование обеспечивает нанесение равномерных покрытий с высокой сплошностью, а осуществление искровых разрядов в продолжительных паузах между перемещениями электродов делает возможным применение разрядов с высокой энергией и длительностью для нанесения толстослойных покрытий при сохранении их стабильности по интенсивности.Discrete discontinuous displacements of the electrodes around the circumference are achieved due to rotations of the rotor of the stepper motor at equal steps, performed at each switching of the direct current in the stator windings when a control signal is supplied from the control unit. Synchronous stepper motors with a passive (jet) rotor allow you to get quite small steps (up to 1 ^o ). Their use provides the application of uniform coatings with high continuity, and the implementation of spark discharges in long pauses between electrode movements makes it possible to use discharges with high energy and duration for applying thick coatings while maintaining their stability in intensity.

Электроды прижимают к обрабатываемой поверхности упруго с небольшим усилием в пределах 1-3 кгс, обеспечивая образование за счет шероховатости и сил инерции динамического зазора для осуществления искровых разрядов. The electrodes are pressed elastically to the work surface with a small force within 1-3 kgf, providing a dynamic gap due to roughness and inertia forces for spark discharges.

На фиг. 1 представлен чертеж используемого устройства, а на фиг. 2 изображены временные диаграммы процесса (фиг. 2а - движение электрода, фиг. 2б и 2в - положение задающего импульса и импульса разряда соответственно). In FIG. 1 is a drawing of the device used, and FIG. 2 shows the time diagrams of the process (Fig. 2a - the movement of the electrode, Fig. 2b and 2c - the position of the driving pulse and the discharge pulse, respectively).

Электроискровой промежуток образован обрабатываемой деталью 1 и электроискровыми электродами 2. Электроды крепятся посредством упругих элементов 3 к втулке шлицевого соединения 4. Втулка опирается на пружину 5. Шлицевое соединение выполнено на конце полой оси 6, которая установлена на подшипниках 7. The spark gap is formed by the workpiece 1 and the spark electrodes 2. The electrodes are attached by means of elastic elements 3 to the spline connection sleeve 4. The sleeve is supported by a spring 5. The spline connection is made on the end of the hollow axis 6, which is mounted on bearings 7.

К оси с помощью опоры 8 крепится щеткодержатель 9 с токосъемным кольцом 10, щеточным контактом 11 и пружиной 12 для подключения к устройству положительного полюса (+ГИ) генератора импульсного тока. Отрицательным полюсом (-ГИ) генератор подключен к обрабатываемому изделию. Привод устройства осуществляют от шагового двигателя 13, связанного с осью вращения с помощью муфты 14. С помощью ходовой передачи 15 совершают вертикальные перемещения инструмента и его плавную подачу к обрабатываемому изделию. A brush holder 9 with a slip ring 10, a brush contact 11 and a spring 12 is attached to the axis using the support 8 for connecting a positive current generator (+ GI) to the device. The negative pole (-GI) generator is connected to the workpiece. The device is driven by a stepper motor 13, connected to the axis of rotation by means of a coupling 14. Using a running gear 15, the tool moves vertically and moves smoothly to the workpiece.

Синхронизацию дискретных перемещений электродов с частотой следования искровых разрядов осуществляли с помощью маломощного задающего генератора 16, прямоугольные импульсы напряжения с которого поступают на блок управления шаговым двигателем 17 и на блок регулируемых задержек 18, где синхроимпульс задерживают и подают на запуск генератора импульсного тока 19 для возбуждения искровых разрядов. Discrete displacements of the electrodes were synchronized with the spark discharge repetition rate using a low-power master oscillator 16, rectangular voltage pulses from which are supplied to the control unit of the stepper motor 17 and to the adjustable delay unit 18, where the clock pulse is delayed and fed to the start of the pulse current generator 19 to excite spark discharges.

Величина задержки t_з должна быть не меньше времени поворота электродов на один шаг t_ш и ее изменяют в таких пределах, чтобы импульс разрядного тока располагался внутри интервала пауз t_п между перемещениями электрода (см. фиг. 2, где ΔS - дискретное перемещение электрода в относительных единицах. U_г - напряжение задающего генератора. I_р - ток разряда).The value of the delay t _s must be no less than the time of rotation of the electrodes by one step t _w and it is changed so that the pulse of the discharge current is located inside the interval of pauses t _p between the movements of the electrode (see Fig. 2, where ΔS is the discrete movement of the electrode in relative units. U _g - voltage of the master oscillator. I _p - discharge current).

Вследствие наличия шероховатости детали, упругого закрепления легирующих электродов и сил инерции, при дискретных перемещениях электрода обеспечивается образование в паузах динамического межэлектродного зазора для осуществления искровых разрядов. В зависимости от мощности искровых разрядов, материалов электродов и частоты разрядов изменением времени задержки t_з подбирают необходимое положение искрового разряда внутри интервала пауз, обеспечивая стабильность разрядов по интенсивности.Due to the roughness of the part, the elastic fixing of the alloying electrodes and the inertia forces, during discrete electrode movements, a dynamic interelectrode gap is created in pauses for spark discharges. Depending on the power of the spark discharges, the materials of the electrodes and the frequency of the discharges, by changing the delay time t _{s, the} necessary position of the spark discharge within the interval of pauses is selected, ensuring the stability of the discharges in intensity.

Для осуществления процесса нанесения покрытия инструмент с помощью ходовой передачи подводят к детали 1 и создают необходимое упругое давление электродов 2 на обрабатываемую поверхность. To implement the coating process, the tool using a running gear is brought to the part 1 and the necessary elastic pressure of the electrodes 2 is created on the surface to be treated.

Устройство включается в сеть, задающий генератор 16 вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения, которые, поступая на блок управления шаговым двигателем 17, обеспечивают дискретные перемещения электрода с заданной частотой. Сигналы с задающего генератора подаются также на блок регулируемых задержек 18, где они задерживаются на необходимое время (подбирают экспериментально) и передаются на вход генератора импульсов тока 19. Через место контакта электродов и детали следует импульс разрядного тока, осуществляется процесс электрической эрозии и нанесения покрытия. Изменяя электрические и механические параметры способа, получают покрытия различной толщины от 100 до 1000 мкм с шероховатостью, оцениваемой по параметры среднего арифметического отклонения профиля R_a от 2,5 до 0,32 мкм.The device is connected to the network, the master oscillator 16 generates rectangular voltage pulses, which, when supplied to the control unit of the stepper motor 17, provide discrete electrode movements with a given frequency. The signals from the master oscillator are also fed to the adjustable delay unit 18, where they are delayed for the necessary time (selected experimentally) and transmitted to the input of the current pulse generator 19. Through the junction of the electrodes and the component, a discharge current pulse follows, the process of electrical erosion and coating is carried out. By changing the electrical and mechanical parameters of the method, coatings of various thicknesses from 100 to 1000 μm are obtained with a roughness estimated by the arithmetic mean deviation of the profile R _a from 2.5 to 0.32 μm.

Сплошность покрытия - 90-97%. Производительность способа 15-20 см²/мин.The coating continuity is 90-97%. The productivity of the method is 15-20 cm ² / min.

Выполнение предлагаемого способа электроискрового нанесения покрытия с применением описанного устройства проводили с применением генератора импульсного тока с выходным напряжением от 80 до 160 В, энергия искровых разрядов - I дж, частота следования импульсов тока - 200 гц, угол поворота электродов за один шаг - 2^o. Покрытие наносили на образцы из стали 30х13, термообработанных до твердости - 50-55 HRC_э. В качестве легирующего электрода применяли сплав феррохром.The implementation of the proposed method of electrospark coating using the described device was carried out using a pulse current generator with an output voltage of 80 to 160 V, the energy of spark discharges - I J, the current pulse repetition rate - 200 Hz, the angle of rotation of the electrodes in one step - 2 ^o . The coating was applied to samples of steel 30x13, heat-treated to a hardness of 50-55 HRC _e . Ferrochrome alloy was used as an alloying electrode.

При указанных параметрах наносили покрытие толщиной 300-400 мкм с шероховатостью R_a ≈ 1 мкм и сплошностью 95%. Оптимальное время задержки t_з≅ 0,4t_п . Покрытие обладает высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью
Слой покрытия равномерный с большим количеством мелкодисперсных карбидов, интерметаллидов и других кристаллических и аморфных фаз.At the indicated parameters, a coating with a thickness of 300–400 μm with a roughness of R _a ≈ 1 μm and a continuity of 95% was applied. The optimal delay time t _s ≅ 0.4t _p . The coating has high wear resistance and corrosion resistance
The coating layer is uniform with a large number of finely divided carbides, intermetallic compounds and other crystalline and amorphous phases.

Производительность нанесения покрытия - 15 см²/мин.The coating performance is 15 cm ² / min.

Использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления обеспечивает качественное с высокой производительностью нанесение покрытий, не вызывая отпуск слоя и основы обрабатываемого материала. Применение данного способа и устройства для нанесения покрытий по большим площадям различных деталей машин и аппаратов, эксплуатирующихся в экстремальных условиях, позволяет поднять срок их службы от 3 до 5 раз. Using the proposed method and device for its implementation provides high-quality high-performance coating, without causing the release of the layer and the base of the processed material. The use of this method and device for coating large areas of various parts of machines and apparatuses operating in extreme conditions allows to increase their service life from 3 to 5 times.

Claims

1. The method of electrospark coating, carried out under conditions of periodic contacting of the electrodes with the excitation of a spark discharge between them, in which the working electrode is informed of a rotational movement on the surface to be treated, characterized in that the rotational movement of the electrode is composed of discrete movements, the repetition rate of which is synchronized with the excitation frequency spark discharges in the pauses between the movement of the electrode.

2. Device for electrospark coating containing alloying electrodes connected through brush contacts to a source of electric current pulses and fixed elastically at one end of the axis connected to the other end by an actuating motor for communicating rotational motion electrodes, characterized in that the actuating motor is selected by step for synchronization of discrete turns of electrodes with a pulse repetition rate of electric current.

3. The device according to claim 2, characterized in that the alloying electrodes are attached by means of elastic elements to the spline connection sleeve made at the end of the axis, the sleeve being spring-loaded in the direction of the workpiece.