Особенности магнитно-электрического шлифования газотермических покрытий

В Ы В О Д

Выполненные исследования позволили установить закономерности и механизмы формирования карбида кремния в покрытии и композиционном материале. Установлено, что в нанопокрытии, представляющем собой активную смесь атомов и кластеров кремния и углерода, реакция взаимодействия компонентов протекает при низких температурах в твердой фазе. Использование вакуумной технологии нанесения и термообработки плазмой тлеющего разряда приводит к образованию а^Ю в нанопокрытии. Перспективным методом получения нанопокрытия из а-8Ю с повышенными свойствами является ее раздельный синтез путем создания бездефектной структуры смеси кремния и углерода с последующим переводом в вакууме в тугоплавкое соединение при обработке плазмой тлеющего разряда. При этом этапы синтеза можно проводить на оптимальных режимах. Синтез 8Ю при получении сверхтвердого материала «алмаз - карбид кремния», протекающий при спекании в присутствии жидкой фазы кремния, приводит к образованию Р-81С. Уровень свойств полученного материала соответствует сверхтвердому материалу «Скелетон Б» по верхней границе значений. Формирование в зоне соединения наноструктурного слоя а^С обеспечивает высо-

кую адгезионную прочность. Сформированная структура композита «алмаз - карбид кремния» позволяет повысить вязкость разрушения материала с 5,7 до 10 МПа/м0,5.

Развитие нанотехнологии привело к созданию наноструктурной керамики, управление строением которой осуществляется на кластерном уровне. Эти технологии могут найти применение при создании сверхтвердых материалов на основе алмаза и карбида кремния, материалов с высокой вязкостью разрушения, высокими износостойкостью и теплопроводностью.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Гордеев, С. К. Алмазные композиционные конструкционные материалы / С. К. Гордеев // Теория и практики технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов: труды междунар. конф., Москва, 27-30 авг. 2003 г. - М.: Знание,

2004. - С. 37-41.

2. Ковалевский, В. Н. Исследование эмиссионных процессов в плазме тлеющего разряда и их адаптация к магнетронным распылительным системам / В. Н. Ковалевский, К. Б. Фигурин, Б. Л. Фигурин // Металлургия. -Минск: Вышэйш. шк., 2002. - Вып. 26. - С. 87-91.

3. Структурообразование карбидокремниевой матрицы в композиции алмаз - карбид кремния / В. Н. Ковалевский [и др.] // Огнеупоры и техническая керамика. -

2005. - № 5. - С. 8-14.

Поступила 10.10.2006

УДК 621.9.048.4.06

ОСОБЕННОСТИ МАГНИТНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ШЛИФОВАНИЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Докт. техн. наук, проф. СПИРИДОНОВ Н. В., асп. НЕРОДА М. В.

Белорусский национальный технический университет,

Барановичский государственный университет

Процесс газотермического нанесения по- ленными свойствами, в результате чего повы-

крытий на рабочие поверхности деталей машин шаются износостойкость, стойкость к кор-

позволяет создавать в зависимости от материа- розии, эрозии, кавитации и другие экс-

лов и технологии металлизации слои с опреде- плуатационные свойства деталей машин, но

специфические свойства покрытий, заключающиеся в хрупкости нанесенного слоя, недостаточной прочности его сцепления с металлом заготовки, высокой твердости, затрудняют последующую механическую обработку [1, 2].

Исследовался процесс магнитно-электрического шлифования (МЭШ) поверхностей, упрочненных сормайтом ГН1 и газотермическим покрытием из порошкового материала ПГ-СР4. Магнитно-электрическое шлифование является способом комбинированной обработки токопроводящих материалов, сочетающим процессы абразивного микрорезания с электроэрози-онным воздействием технологического тока и магнитного поля [3]. Физическая сущность МЭШ заключается в механическом контакте абразивного токопроводящего инструмента с поверхностью детали, замыкании электродов (инструмент - деталь) продуктами шлифования по локальным пятнам контакта, расплавлении контактных мостиков теплотой электротоков и образовании разрядов с последующими элек-троэрозионными явлениями, происходящими под действием внешнего магнитного поля [4, 5]. Сочетание этих процессов определяет специфику формирования микрогеометрии поверхности при МЭШ.

Для МЭШ упрочненных поверхностей деталей была создана специальная установка на базе фрезерного станка НГФ-100. Обработку поверхностей образцов производили в соответствии со схемой, представленной на рис. 1. Токопроводящий абразивный круг 7 через скользящий контакт 6 и обрабатываемый образец 4 подсоединялись соответственно к отрицательному и положительному полюсам выпрямителя 3. Магнитное поле создавалось с помощью индуктивных катушек 5, электромагнита 2 и магнитопровода 8. Регулирование силы тока в цепи и магнитной индукции производилось ЛАТРами 1 и 9.

Рис. 1. Принципиальная схема магнитно-электрического шлифования

В качестве исследуемых параметров процесса МЭШ были приняты: шероховатость поверхности Ка(У\) (мкм) после обработки и съем материала Q(Yl) (мм /мин) покрытия. Переменными являлись следующие факторы: технологический ток I (А), величина магнитной индукции В (Тл), скорость резания V (м-с-1), глубина шлифования Н (мм), продольная подача £ (мм-с-1).

Условия опытов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Переменные факторы и их уровни

Уровень фактора I, A В, Тл v, м-с 1 Н, мм S, мм-с 1

*1 *2 *3 *4 *5

-а 2,48 0,20 2,52 0,12 8,41

-1 8 0,14 8,3 0,4 10

о 12 0,24 12,5 0,6 13,33

+1 16 0,34 16,5 0,8 16,67

+а 21,51 0,47 22,48 1,08 16,67

Для описания искомой зависимости МЭШ использовались комплексы различных порядков. Комплекс порядка а равен

Ка =

IBH

~S~

где а - произвольное число.

Комплекс порядка 0 и -1 имеет соответственно вид:

1БН 1БН

Ко =

К-1

S v

На основе комплексов различных порядков строились модели вида

Y = ао + аКо + a2K_i + ... + а^К-ь

Расчет коэффициентов уравнений регрессии функции отклика и их статистический анализ производили с помощью программы Microsoft ECXEL на ЭВМ. Значимость коэффициентов регрессии проверялась по критерию Стьюден-та, а адекватность уравнения регрессии - по критерию Фишера.

Влияние технологических факторов МЭШ на производительность Q процесса, а также оптимизацию режима производили по полученной математической модели

У2 = б = 360 + 95ІВ - 23Б/ІВ +

+ 11,5ІВ/Б2уЯ3 - 31,3ЯБ + 5І2В2/Я2Б3.

Зависимость «производительность - технологический ток - магнитная индукция» представлена на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость производительности МЭШ поверхностей, наплавленных сормайтом ГН1, от силы тока и магнитной индукции: V = 12,5 м-с-1; Н = 0,3 мм;

Б = 13,3 мм-с-1

Из графика видно, что основное влияние на производительность оказывают электрофизические параметры, степень влияния факторов на производительность 2 ^ I ^ В ^ V ^ Б ^ Н, в порядке убывания.

При постоянной магнитной индукции 0,2 Тл с увеличением технологического тока от 10 до 40 А производительность растет вследствие реализации больших мощностей в межэлек-тродном промежутке. Обычно наблюдается линейная зависимость производительности от технологического тока.

С повышением магнитной индукции от 0,05 до 0,4 Тл при постоянном технологическом токе в зоне шлифования происходит ускорение выброса продуктов эрозии, микрорасплава и стружки направленным магнитным полем. В этом случае значительная часть энергии расходуется на плавление микровыступов поверхности детали, а не на плавление стружки и продуктов эрозии, что увеличивает производительность шлифования. Пространственная диаграмма зависимостей «производительность -технологический ток - магнитная индукция» имеет максимум производительности 2 =

= 2500 мм /мин. Шероховатость обрабатываемых поверхностей покрытий в зависимости от

технологических режимов составила Яа = = 1,1-0,35 мкм.

При уменьшении подачи Б увеличивается влияние технологического тока на обрабатываемую поверхность, что приводит к увеличению производительности. Глубина резания Н должна находиться в пределах 0,05-0,2 мм, чтобы не удалить упрочненный слой.

Математическая модель шероховатости от технологических режимов МЭШ имеет вид:

71 = Яа = 0,474 + 0,2061В - 0,3071ВЫН +

+ 0,1613/^ + 0,066В£°,5/Н0,5.

На рис. 3 представлена зависимость шероховатостей от электрофизических и кинематических параметров.

Рис. 3. Зависимость шероховатости поверхностей, наплавленных сормайтом ГН1, от электрофизических и кинематических параметров: V = 12,5 м-с-1; В = 0,11-0,51 Тл;

Н = 0,3 мм; Б = 13,3 мм-с-1

При больших скоростях МЭШ уменьшается действие силы технологического тока в связи с уменьшением максимальной и средней толщины среза, снимаемым одним шлифующим зерном. Происходит также срыв пятна контакта при направленном взаимодействии магнитной индукции и окружной скорости. Средняя мощность технологического тока в зоне контактного взаимодействия становится меньше. Расплавляется только часть приподнятых над основным металлом стружек и возвышенностей. При малых скоростях (V = 3-5 м-с-1) ток успевает разрушить стружку, а магнитное поле пытается сгладить расплавленные гребешки выступов микронеровностей. В этом случае шеро-

ховатость снижается по сравнению с обычным шлифованием.

Анализ результатов эксперимента показывает, что с повышением скорости шлифования и магнитной индукции шероховатость увеличивается, но с определенного значения. На рис. 3 явно видна экстремальная точка шероховатости Яа = 0,3 мкм для магнитной индукции 0,15 Тл. Взаимодействие технологического тока и магнитного поля происходит следующим образом: с увеличением силы тока до 21 А зависимость шероховатости от магнитной индукции и скорости шлифования изменяется. Оказывая влияние на разряд в зоне шлифования, магнитное поле в этом диапазоне увеличивает проплавляющую способность тока и локализует его в узкой области. В результате все микронеровности оплавляются и расплав под действием внешнего магнитного поля растекается по поверхности детали, уменьшая шероховатость.

В Ы В О Д Ы

1. Исследованы технологические режимы МЭШ (сила тока, магнитная индукция, окружная скорость, толщина снимаемого слоя, величина подачи) и их взаимодействие в процессе шлифования.

2. МЭШ повышает производительность обработки по сравнению с обработкой традиционным шлифованием абразивными кругами.

3. На основе экспериментальных данных получены уравнения регрессии, устанавливающие зависимость производительности и шеро-

ховатости поверхности от основных параметров МЭШ.

4. Установлено влияние электрофизических параметров на производительность процесса МЭШ при следующих режимах обработки: I = 20-38 А; В = 0,2-0,35 Тл; V = 12,5 м-с-1; Н = = 0,05-0,3 мм; Б = 13,3-15,5 мм-с1. Установлено влияние электрофизических параметров на шероховатость поверхности при МЭШ при следующих режимах: I = 10-15 А; В = 0,2-0,3 Тл;

V = 12,5 м-с-1; Н= 0,05-0,2 мм; Б = 13,3-15,5 мм-с-1.

5. Технология МЭШ является одним из перспективных способов шлифования износостойких газотермических покрытий и упрочненных поверхностей.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Кудинов, В. В. Нанесение покрытий напылении-ем: теория, технология и оборудование: учеб. для вузов / В. В. Кудинов, Г. В. Бобров. - М.: Металлургия, 1992. -432 с.

2. Кожуро, Л. М. Обработка деталей машин в магнитном поле / Л. М. Кожуро, Б. П. Чемисов; под ред. Н. Н. Подлекарева. - Минск: Навука і тэхшка, 1995. -232 с.

3. Абразивная и алмазная обработка материалов: справ.; под ред. А. Н. Резникова. - М.: Машиностроение, 1977. - 391 с.

4. Алмазно-абразивная обработка и упрочнение изделий в магнитном поле / П. И. Ящерицын [и др.]. -Минск: Наука и техника, 1988. - 272 с.

5. Дмитриченко, Э. И. Влияние напряженности магнитного поля в зоне обработки на механизм разрушения стружки при МЭШ / Э. И. Дмитриченко // Тез. докл. 6-й НТК ГПИ. - Гомель, 1992. - 28 с.

Поступила 6.06.2006

УДК 621.793.184

КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННЫХ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ

Канд. физ.-мат. наук АГЕЕВ В. А., докт. техн. наук ВЕРШИНА А. К.

Белорусский государственный технологический университет

Воспроизведение цвета с регламентированными характеристиками является одной из основных задач при формировании защитных покрытий декоративного назначения. Ее решение включает этап проектирования структурнокомпонентной композиции с оптическими ха-

рактеристиками, позволяющими воспроизвести желаемый цвет, который может быть задан как координатами цвета или цветности в одной из колориметрических систем, так и спектральным коэффициентом отражения. На этом этапе, в первую очередь, необходимо убедиться в том,