В.Ю. Попов, А.С. Янюшкин

Исследование контактной температуры при комбинированной электроалмазной обработке

Общеизвестно, что температура резания оказывает сильное влияние на процессы, протекающие в зоне контакта, одновременно являясь катализатором контактных процессов, в частности, процесса пластической деформации, явлений вторичной рекристаллизации, образования дефектного слоя и др. Поэтому важно, с точки зрения формирования дефектных слоёв, изучить температурные процессы в зоне резания при различных условиях шлифования [1].

Измерение производилось методом полу искусственной термопары [2]. В качестве термоэлектрода служила хромелевая проволочка диаметром 0,01 мм, заложенная между обрабатываемыми пластинами Р6М5 (рис.1). На обрабатываемые пластины наклеивались слюдяные прокладки толщиной 0,003…0,005 мм с целью исключения замыкания.

Конец термоэлектрода при обработке размазывается кругом, образуя горячий спай с обрабатываемой пластиной Р6М5. В качестве регистрирующего прибора использовался самопишущий малоинерционный прибор Н327, с частотой собственных колебаний 100 Гц, что намного превышает частоту колебаний рабочего процесса, который составляет 5…7 Гц.

Рис.1. Схема измерения контактной температуры:

1 – алмазный круг; 2 – изоляционные прокладки; 3 – пластины Р6М5;

4 – самопишущий прибор

Исследование температуры в зоне контакта осуществлялось при различных методах и режимах шлифования. Экспериментальные данные (рис.2) свидетельствуют, что в зависимости от условий шлифования температура резко изменяется.

Рис.2. Контактная температура, образующаяся в зоне контакта

при разных методах шлифования

Так, например, при работе всухую температура в зоне резания составляла 520°С. Применение в качестве охлаждающей среды стандартного электролита снижает температуру в 2 раза. А при работе с непрерывной правкой круга, то есть когда режущие свойства круга высоки, температура находится в пределах 150°С. Изучение процессов при методе электрохимического травления, то есть в тех условиях, когда обрабатываемые пластины разупрочняются под действием тока, даёт несколько иную картину.

При увеличении тока травления от 10 до 50 А/см² температура в зоне резания повышается более чем в 4 раза (от 250°С до 1050°С). Такое резкое повышение температуры происходит из-за наличия плотного контакта между инструментальной и обрабатываемой поверхностью и трения между ними. Кроме этого, с увеличением плотности тока травления повышаются электроэрозионные процессы, приводящие к оплавлению тонкого поверхностного слоя обрабатываемого материала.

При шлифовании КЭАО минимальная температура зарегистрирована при плотности тока правки i_пр = 2 А/см² и тока травления i_тр = 5 А/см² (рис.2). Она составляет 150°С. Далее при увеличении плотности тока травления до 50 А/см² температура возрастает до 640°С. Это повышение объясняется наличием интенсивных электрохимических реакций и, частично, электроэрозией.

Следует заметить, что, несмотря на столь значительные температуры, в целом инструмент, при шлифовании КЭАО остаётся холодным, а тепловые процессы протекают в тонком поверхностном слое, который в основном удаляется при резании.

При КЭАО инструментальных сталей были проанализированы полученные зависимости, изучено формирование дефектного слоя и его особенности, а также получен ряд графических зависимостей по шероховатости поверхности и температуре в зоне контакта. Изучение качественных характеристик процесса показало, что наиболее оптимальными режимами с учётом полученных данных являются следующие: V = 35 м/с; S = 1…1,5 м/мин; t = 0,015…0,02 мм/дв.ход; i_пр = 0,17…0,25 А/см²; i_тр = 6,25 А/см².

На данных режимах шероховатость поверхности находится в пределах R_a = 0,06…0,07 мкм, алмазный круг работает в режиме самозатачивания, дефектный слой образцов и температура в зоне контакта минимальны.

Проведенные исследования свидетельствуют, что соблюдение установленных технологических режимов КЭАО позволяет значительно расширить применение алмазных кругов на операциях шлифования, обеспечивая при этом отсутствие на обрабатываемой поверхности дефектного слоя [3]. Происходящее во время обработки пластическое деформирование металла приводит к его упрочнению с последующим устранением наклёпа процессом рекристаллизации, протекающим при высоких температурах. Известно, что рекристаллизация происходит не во время деформации, а сразу после её окончания, и тем быстрее, чем выше температура. Однако температура, возникающая в зоне контакта при КЭАО, составляет всего 150 °С и не вызывает рекристаллизацию элементов, входящих в состав быстрорежущей стали.

ЛИТЕРАТУРА

1. Контактные процессы при электроалмазном шлифовании: моногр. / А.С. Янюшкин, В.С. Шоркин. – М.: Машиностроение-1, 2004. – 230 с.

2. Комбинированная электроалмазная обработка инструментальных сталей: моногр. / А.С. Янюшкин, В.Ю. Попов, Е.В. Васильев, А.Ю. Попов; под общ. ред. А.С. Янюшкина. – Братск: БрГУ, 2009. – 228 с.

3. Атомно-молекулярные процессы в зоне алмазного круга и обрабатываемого материала / А.С. Янюшкин, П.В. Архипов // Технология металлов. – 2010. – № 1. – С. 25-33.