Устройство для локального нанесения износостойких покрытий на металлорежущий инструмент

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный технический университет

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГО НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

А.Р. Галлямов, И.Д. Ибатуллин,

Д.Ю. Карякин, А.В. Афанасьев

Аннотация

металлообрабатывающий инструмент агльванический алмазный

Приведено описание инновационной разработки СамГТУ - опытного образца и конструкции механической части малогабаритной гальванической установки для формирования защитного хром-алмазного покрытия на режущие кромки металлообрабатывающего инструмента, изготовленных из быстрорежущей стали. Новое устройство позволяет повышать стойкость инструмента c наибольшей энергоэффективностью, не оказывает вред окружающей среде и не требует наличия квалификации пользователей в области электрохимических технологий.

Ключевые слова: металлообрабатывающий инструмент, хром-алмазное покрытие, электрохимия, локальные гальванические покрытия, стойкость инструмента, гальваническая установка.

Annotation

THE DEVICE FOR LOCAL DRAWING THE ANTIWEAR COVERINGS ON THE METAL-CUTTING TOOL

A.R. Gallyamov, I.D. Ibatullin, D.Yu. Karyakin, A.V. Afanasyev Samara State Technical University

The description of innovative development of SamGTU - a prototype and a design of mechanical part of small-sized galvanic installation for formation protective chrome - a diamond covering on the cutting edges of the metalworking tool, made of quick cutting steel is provided. The new device allows to increase firmness of the tool c the greatest energy efficiency, doesn't render harm to environment and doesn't demand existence of qualification of users in the field of electrochemical technologies.

Keywords: the metalworking tool, chrome - a diamond covering, local coatings, firmness of the tool, galvanic installation.

Основная часть

К одним из наиболее ранних методов упрочнения металлообрабатывающего инструмента при помощи нанесения износостойких покрытий относится технология электрохимического хромирования. И на сегодняшний день, данная технология остается наиболее эффективной и имеет перспективы для дальнейшего исследования и внедрения [1].

Одной из сфер применения покрытий хрома, является упрочнение металлообрабатывающего инструмента [2]. Хромирование режущей части инструментов уменьшает силы трения при резании, облегчает сход стружки, значительно снижает температуру резания и в результате этого повышает износостойкость инструмента (от 2 до 10 и более раз). Основными свойствами хрома, обеспечивающими повышение качества хромированного инструмента, являются: высокая твердость, сочетающаяся с достаточной пластичностью, что дает высокую стойкость покрытия к усталостным, деформационным и абразивным формам изнашивания, а также низкий коэффициент трения, обусловливающий способность покрытия противостоять образованию наростов обрабатываемого материала на рабочих гранях инструмента (особенно при обработке цветных сплавов).

Новая разработка, выполненная в Самарском государственном техническом университете была направлена на обеспечение возможности автоматизированного электролитического нанесения твердых гальванопокрытий на сложнопрофильные рабочие участки цилиндрического металлообрабатывающего инструмента заданной толщины.

Общий установки представлен на рис.1. Непосредственно гальванический узел (рис.2) представляет собой пластиковый химически стойкий стакан 1, с теплоизоляционным кожухом 2. Температура электролита поддерживается за счёт нагревателя 3. На дне стакана расположен свинцовый анод 4, погружённый в электролит хромирования. Положительный полюс источника питания соединён с анодом. В крышке 5 имеется отверстие для установки рукоятки 6 с обрабатываемым инструментом 7. Рукоятка стопориться с помощью электромагнитного фиксатора 8, через который передаётся ток на обрабатываемый инструмент. В предложенном устройстве гальванический узел и блок управления встроены в один независимый моноблок.

На передней панели корпуса установки расположены кнопки управления технологическими режимами и соответствующие светодиодные индикаторы. Кроме того, внутри стакана расположен таймер с механизмом автоматического поднятия инструмента после обработки. Малые габариты устройства позволяют располагать его непосредственно возле каждого заточного станка на производстве.

Расходным материалом в данной установке является электролит хромирования, который можно поставлять в виде шприца с удлиненной трубкой вместо иглы.

Особенность новой технологии заключается в том, что в стандартные электролит

Рис. 1 Общий вид моноблочной гальванической установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Схема гальванического узла: 1-стакан; 2 - теплоизолятор; 3 - нагреватель; 4 - анод; 5 - крышка; 6 - рукоятка; 7 - сверло; 8 -фиксатор

вводят суспензию ультрадисперсных алмазов (УДА), с размерами частиц около 10 нм, в концентрации 15-20 г/л. Хром-алмазное покрытие имеет микротвердость (1500 кГс/мм2), которая втрое превышает твёрдость шарошечной стали и вдвое превышает твёрдость покрытия хрома без наноструктурирующих добавок. Покрытие имеет прочное сцепление с основой (на стальных основах прочность сцепления покрытия на отрыв достигает 45…50 кгс/мм2), высокую чистоту поверхности (Ra=0,2мкм) и низкий коэффициент трения, снижающий температуру в зоне трения и создающий антисальниковый эффект. Хром-алмазное покрытие обеспечивает надёжную работу деталей в условиях больших нормальных и сдвиговых нагрузок.

Сравнительный анализ долговечности хром-алмазных покрытий (табл. 1) показал его значительные преимущества по сравнению с традиционными износостойкими покрытиями Данная технология нанесения защитных покрытий успешно применяется для повышения стойкости режущего инструмента: фасонных, дисковых и червячных фрез, свёрл, долот, метчиков, плашек, оснастки для глубокой холодной вытяжки металлов, а также различного рода пресс-форм.

При начале эксплуатации прибор включают в сеть и дожидаются нагрева электролита до рабочей температуры. В оправку зажимают новый или заточенный инструмент, обезжиривают поверхность режущих кромок салфеткой, смоченной водной суспензией мела и щелочи.

Оправку вставляют в отверстие и в течение 30 секунд выдерживают нижнюю часть инструмента в электролите, обеспечивая активацию и прогрев поверхности. Устанавливают требуемые параметры тока и длительности обработки и включают процесс хромирования кнопкой «Пуск». Дождавшись автоматического выталкивания оправки с инструментом из гнезда, инструмент протирают салфеткой и извлекают из оправки.

Таблица 1

Сравнительный анализ твёрдости износостойких покрытий

Испытания гальванической установки проводили на примере упрочнения сверл (по металлу) двух типоразмеров диаметрами 5 мм и 8 мм, изготовленных из быстрорежущей стали Р6М5 (изначально сверла не имели защитных покрытий). Обработку вели при токе 300мА, предварительно выставив его с помощью регулятора на передней панели. Обработку вели на протяжение 10 минут. Покрытие хрома нанеслось на расстоянии около 2 мм от вершины сверла его рабочие кромки, толщина покрытия составила 5 мкм, микротвердость по Виккерсу 1200 кгс/мм2 (рис. 3). Испытания обработанных сверл показали, что упрочняющая обработка повышает стойкость инструмента до 50%.

Рис. 3 Вид сверл с локально упрочненной режущей частью

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России в рамках задания №2014/199 (код проекта 1585) на выполнения государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части государственного задания Минобрнауки России.

Список литературы

1. Ненашев М.В. Перспективные технологии, свойства и применение наноструктурированных электрохимических покрытий /Ненашев М.В., Ибатуллин И.Д., Галлямов А.Р. Ганигин С.Ю., Неяглова Р.Р. // Вестник СГАУ им. Акад. С.П. Королева (Национального исследовательского университета), Самара: СГАУ, Часть 1, №3 (27), 2011. С. 189-196.

2. Шлугер М.А. Гальванические покрытия в машиностроение. Справочник. Т.1. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.

Размещено на Allbest.ru