УДК 621.9.048.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБИНЫ ДЕФЕКТНОГО СЛОЯ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛИ ПРИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ

Гарифуллин Айрат Анфасович
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

Аннотация
В данной статье, я рассмотрю влияние метода электроэрозионной обработки на технологические характеристики поверностного слоя обрабатываемого материала, изменение твердости и шероховатости поверхности после электроэрозионной обработки твердосплавной фрезы.

Ключевые слова: инструментальная техника, технологии формообразования, цельная твердосплавная фреза, электроэрозионная обработка


RESEARCH OF THE DEFECT LAYER WORKPIECE IN ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING

Garifullin Ayrat Anfasovich
Moscow State Technological University “Stankin“

Abstract
In this article, I will research the effect of the method of electrical discharge machining on the technological characteristics of the material being processed superficies layer, the changes in hardness and surface roughness after electrical discharge machining on a solid carbide mill.

Keywords: electro-discharge machining, shaping technologies, solid carbide mill, tool machinery, working fluid


Библиографическая ссылка на статью:
Гарифуллин А.А. Исследование глубины дефектного слоя обрабатываемой детали при электроэрозионной обработке // Современная техника и технологии. 2015. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/01/5629 (дата обращения: 27.05.2017).

В статье рассмотрено влияние метода электроэрозионной обработки на технологические параметры, обрабатываемой поверхности.
За основу исследования была взята экспериментально изготовленная методом электроэрозионной обработки мелкомодульная твердосплавная червячная фреза. Фреза была изготовлена в инструментальном цехе Чистопольского Часового Завода “Восток”. Отличительной особенностью данного инструмента является то, что данная фреза имеет диаметр всего 12 мм и толщину 3 мм. Профиль зубьев изготавливается с точностью до 0,01 мм. В технологической цепочке изготовления данной фрезы используются технологии электроэрозии, так как твердосплавная фреза имеет высокую твердость 82-90 HRA и поэтому для ее обработки используется электроэрозионная обработка.
После изготовления мелкомодульной фрезы, она была отправлена в лабораторию для более детального исследования изменений в поверхностной структуре инструмента.
Микрошлиф, изготавливался на автоматическом шлифовально-полировальном станке TegraPol с приспособлением TegraForce. Автоматическая дозировка шлифовально-полировальных суспензий осуществляется с помощью устройства Tegra Doser-5.
Структура поверхностного слоя заготовки фотографировалась с помощью цифровой камеры на микроскопе Polyvar Met (Австрия).
Использованное оборудование:
- оборудование для изготовления шлифа фирмы Struers (Дания);
- пресс Pronto Press-20;
- смола для запрессовки эпоксидная с минеральными наполнителями DuroFast, для наилучшего удержания края.

Таблица 1. Микротвердость, измеренная от вершины зуба к сердцевине по трем точкам.
h, мкм
HV0,05(кгс) H=f(h)
1
2
3
10
1609
1552
1374
20
1511
1479
1559
30
1607
1485
1609
50
1572
1609
1499
70
1447
1441
1566
100
1479
1505
1512
200
1447
1492
Примечание: d=7,83 мкм

Таблица 2. Микротвердость, измеренная от впадины зуба к сердцевине по трем точкам

h, мкм
HV0,05(кгс) H=f(h)
1
2
3
10
1670
1732
1639
20
1616
1545
1630
30
1559
1708
1422
50
1573
1566
1560
70
1638
1692
1499
100
1566
1580
1518
200
1602
1573
1536
Примечание: d=7,83 мкм

Таблица 3. Микротвердость, измеренная в сердцевине зуба (основании).

HV0,05(кгс) H=f(h)
1
2
1492
1492

Таблица 4. Микротвердость, измеренная в сердцевине по трем точкам.

HV0,05(кгс) H=f(h)
1
2
3
1553
1607
1588

Рис. 1. Мелкомодульная червячная фреза. (Область применения: нарезание зубчатых колес механизмов наручных часов)

Рис. 2. Микрошлиф передней кромки твердосплавной мелкомодульной червячной фрезы
(увеличение х500).

Рис. 3. Микрошлиф передней кромки твердосплавной мелкомодульной червячной фрезы
(увеличение х200).

Рис. 4. Микрошлиф впадины зуба стружечной канавки твердосплавной мелкомодульной червячной фрезы (увеличение х200).

Следующим шагом определялась шероховатость задней поверхности вдоль режущей кромки на заготовке мелкомодульной твердосплавной червячной фрезы. В качестве оценки параметра шероховатости принимаю величину Rа, выражающееся следующим образом:

 (1) Или  (2)

где l – базовая длина; n – число выбранных точек профиля на базовой длине; – абсолютное отклонение профиля от средней линии в i-ой точке профиля.

Профиль задней поверхности модульной фрезы контролировали с помощью лазерного конфокального сканирующего микроскопа Olympus LEXT OLS – 3100 (Япония) с вертикальным разрешением сканирующей системы 0,01мкм.

Для анализа выбранной области поверхности с использованием лазерного микроскопического изображения достаточно сложно применять требования стандарта ИСО. Это связано с тем, что просматриваются очень малые поля зрения, а значит, базовая длина будет иметь малый предел. Вместе с тем для числовых значений высотных параметров установлены соответствующие базовые длины в таблице 5.

Таблица 5. Соответствие числовых значений Ra, числовым значениям базовой длины из ГОСТ.
Ra, мкм
До 0,025
Свыше 0,025
До 0,4
Свыше 0,4
До 3,2
Свыше 3,2
До 12,5
Свыше 12,5
До 100
l, мм
0,08
0,25
0,8
2,5
8,0

В программном обеспечении Olympus LEXT при расчете параметров шероховатости (волнистости) поверхности используется следующее допущение: базовая длина составляет 1/3 области от центра заданного поперечного сечения поля зрения. При увеличении 200х поле зрения имеет размер 640Ч480 мкм, что явно недостаточно для измерения шероховатости покрытия, которое оценили величиной ~ 2,5 мкм.
Для увеличения базовой длины было выполнено последовательное соединение нескольких полей зрения при заданном увеличении с помощью специального режима мозаики, предусмотренного программным обеспечением микроскопа. Соединив четыре поля зрения при увеличении 200х, мы получили изображение задней поверхности режущей кромки одного из зубьев модульной фрезы. Таким образом, оценка Ra происходила на базовой длине 0,85 мм, что соответствует стандарту.
Для установления Ra на полученной мозаике произвольно выбирали продольное сечение параллельное режущей кромки и тем самым получали необходимый профиль, на котором рассчитывался высотный параметр по формуле (2) при числе выбранных точек профиля на базовой длине n =1024. Среднее значение Ra полученное из 15-ти сечений с надежность 95% составило 2,6 ± 0,3 мкм.


Рис. 5. Изображение участка поверхности вдоль передней поверхности твердосплавной мелкомодульной червячной фрезы, полученное в мозаичном режиме 3D-сканирования на лазерном микроскопе Olympus LEXT.

Рис. 6. Топография участка поверхности вдоль передней поверхности твердосплавной мелкомодульной червячной фрезы (задняя поверхность). 3D – изображение, полученное после сканирования на лазерном микроскопе Olympus LEXT.

Рис. 7. Профиль (мкм) участка поверхности вдоль передней поверхности твердосплавной мелкомодульной червячной фрезы в произвольном продольном сечении.

Из анализа приведенных данных видно, что в поверхностном слое отсутствуют микродефекты, в виде микротрещин после электроэрозионной обработки, как в впадине зуба так и в вершине зуба.
На поверхности просматриваются участки тонкого слоя со структурой отличной от основы толщиной порядка от 5 до 20 мкм, которая меняется по толщине. Этот слой по толщине укладывается в припуск на последующую обработку шлифованием, поэтому он не представляет опасности с точки зрения изменения свойств.
Оценка изменения свойств поверхностного слоя после электроэрозионной обработки проводилась путем измерения микротвердости с небольшой нагрузкой 50 гр = 0,5 Н с помощью приставки к микроскопу Polyvar Met – Microduramat – 4000.
На основании полученных данных, микротвердость практически не меняется по глубине, также микротвердость не меняется ни на вершине, ни на сердцевине. Это косвенно свидетельствует об отсутствии структурных изменений и значимых изменений химического состава при электроэрозионной обработке.


Библиографический список
  1. Петухов Ю.Е. Формообразование численными методами / Ю.Е. Петухов. – М. : «Янус-К», 2004. – 200 с.
  2. Петухов Ю. Е., Домнин П. В. Формообразование фасонных винтовых поверхностей инструментов на основе применения стандартных концевых и торцевых фрез. – М.: ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2012. -130с.
  3. Гречишников, В.А. Математическое моделирование в инструментальном производстве / Гречишников В.А., Колесов Н.В., Петухов Ю.Е.. – М. : МГТУ «СТАНКИН». УМО АМ, 2003. – 116 с.
  4. Петухов Ю.Е. Проектирование инструментов для обработки резанием деталей с фасонной винтовой поверхностью на стадии технологической подготовки производства : дис. … докт. техн. наук : 05.03.01 / Петухов Ю.Е.. – М., 2004. – 393с.
  5. Петухов Ю.Е. Численные модели режущего инструмента для обработки сложных поверхностей / Петухов Ю.Е., Колесов Н.В. // Вестник машиностроения. – 2003. – №5. – С. 61-63.
  6. Петухов Ю.Е. Профилирование режущих инструментов среде Т-flex CAD-3D / Петухов Ю.Е. // Вестник машиностроения. – 2003. – №8. – С. 67-70.
  7. Петухов, Ю.Е. Способ формообразования фасонной винтовой поверхности стандартным инструментом прямого профиля / Петухов Ю.Е., Домнин П.В. // Вестник МГТУ «СТАНКИН». – 2011. – №3. – С. 102-106.
  8. Колесов Н.В. Система контроля сложных кромок режущих инструментов / Колесов Н.В., Петухов Ю.Е. // ИТО: Инструмент. Технология. Оборудование. – 2003. – №2. – С. 42-45.
  9. Петухов Ю.Е. Компьютерная модель формообразования сложной поверхности / Петухов Ю.Е., Домнин П.В. // Международная научно-техническая конференция «Автоматизация: проблемы, идеи, решения». В 2 т. : сб. науч. ст. – Тула, 2010. – Т. 1. – С. 197-200.
  10. Колесов Н.В. Компьютерная модель дисковых фасонных затылованных фрез / Колесов Н.В., Петухов Ю.Е., Баринов А.В. // Вестник машиностроения. – 1999. – №6. – С. 57-61.
  11. Домнин П.В. Решение обратной задачи профилирования на базе схемы численного метода заданных сечений /Петухов Ю.Е., Домнин П.В. // Справочник. Инженерный журнал с приложением. – 2011. – №11. – С. 26-29.
  12. Колесов Н.В. Математическая модель червячной фрезы с протуберанцем / Колесов Н.В., Петухов Ю.Е. // СТИН. – 1995. – №6. – С. 26-29.
  13. Колесов Н.В. Два типа компьютерных моделей режущего инструмента Колесов/ Н.В., Петухов Ю.Е. // СТИН. – 2007. – №8. – С. 23-26.
  14. Петухов Ю.Е. Точность профилирования при обработке винтовой фасонной поверхности / Ю.Е. Петухов, П.В. Домнин // СТИН. – 2011 – №7. – С. 14-17.
  15. Петухов Ю.Е., Математическая модель криволинейной режущей кромки спирального сверла повышенной стойкости / Ю.Е. Петухов, А.А. Водовозов // Вестник МГТУ «СТАНКИН». – 2012. – №3. – С. 28-32.
  16. Петухов Ю.Е. Некоторые направления развития САПР режущего инструмента / Ю.Е. Петухов // СТИН. – 2003. – №8. – С. 26-30.
  17. Петухов Ю.Е. Затачивание по передней поверхности спиральных сверл с криволинейными режущими кромками / Ю.Е. Петухов, А.А. Водовозов // Вестник МГТУ «СТАНКИН». – 2014. – №1 (28). – С. 39-43.
  18. Петухов Ю.Е. Определение задних кинематических углов при обработке винтовых фасонных поверхностей стандартными фрезами прямого профиля./ Петухов  Ю.Е., Домнин П.В.// Вестник МГТУ Станкин. 2014.№ 2 (29). С. 27-33
  19. Петухов Ю.Е.Задачи по формообразованию при обработке резанием /Петухов Ю.Е., Колесов Н.В., Юрасов С.Ю.//Вестник машиностроения. 2014.№ 3. С. 65-71.
  20. Петухов Ю.Е.Компьютерное моделирование обработки винтовой канавки на заготовке концевой фрезы./ Петухов Ю.Е, Домнин П.В.//Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2011.№ 2. С. 156-164.
  21. Петухов Ю.Е. Cпособ шлифования фасонных валов. Патент на изобретение RUS 863310  04.05.1979
  22. Петухов Ю.Е.Устройство для правки фасонных шлифовальных кругов. Патент на изобретение RUS 823101 21.03.1979
  23. Петухов Ю.Е. Способ обработки цилиндрических поверхностей патент на изобретение RUS 904999 04.05.1979
  24. Петухов Ю.Е. Прибор для профилирования червячных фрез. Патент на изобретение RUS 878467 07.12.1978
  25. Петухов Ю.Е  Определение задних кинематических углов при обработке винтовых фасонных поверхностей стандартными фрезами прямого профиля /Петухов Ю.Е., Домнин П.В.// Вестник МГТУ Станкин. 2014.№ 2 (29). С. 27-33.
  26. Petukhov Yu.E. Some directions of cutting tool cad system development./ Petukhov Yu.E.// Russian Engineering Research. 2003. Т. 23.№ 8. С. 72-76.
  27. Petukhov Yu.E. Curvilinear cutting edge of a helical bit with uniform life./ Petukhov Yu.E.//Russian Engineering Research. 2014. Т. 34.№ 10. С. 645-648.
  28. Kolesov N.V. The mathematical model of a hob with protuberances./Kolesov N.V., Petukhov Yu.E.// Russian Engineering Research. 1995. Т. 15.№ 4. С. 71-75
  29. Petukhov, Y.E. Shaping precision in machining a screw surface / Y.E. Petukhov, P.V. Domnin // Russian Engineering Research. – 2011. – T. 31. – №10. – С. 1013-1015.
  30. Kolesov, N.V. Computer models of cutting tools / N.V. Kolesov, Y.E. Petukhov // Russian Engineering Research. – 2007. – T. 27. – №11. – С. 812-814.
  31. Petukhov, Y.E. Determining the shape of the back surface of disc milling cutter for machining a contoured surface / Y.E. Petukhov, A.V. Movsesyan // Russian Engineering Research. – 2007. – T. 27. – №8. – С. 519-521.

 



Все статьи автора «Гарифуллин Айрат Анфасович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: