ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ НА ПРОЦЕСС АНОДНОГО РАСТВОРЕНИЯ СТАЛИ Р6М5 ПРИ ЭЛЕКТРОАЛМАЗНОМ ШЛИФОВАНИИ

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Влияние диффузионных ограничений на процесс анодного растворения стали Р6м5 при электроалмазном шлифовании1

Х.М. РАХИМЯНОВ, профессор, доктор техн. наук, Б.А. КРАСИЛЬНИКОВ, доцент, канд. техн. наук, В.В. ЯНПОЛЬСКИЙ, ассистент, НГТУ, г. Новосибирск

В настоящее время режущие инструменты из быстрорежущих сталей широко применяются в различных отраслях промышленности. Поэтому важное значение имеют технологии, позволяющие повысить производительность обработки данного класса сталей, типичным представителем которых является сталь марки Р6М5. Возможности традиционных способов шлифования ог-раничиваются высокой вероятностью появления дефектов в виде прижо-гов и микротрещин. Положительные результаты с позиции повышения производительности обработки и качества обработанной поверхности при заточке инструмента из твердого сплава были достигнуты при использовании метода электроалмазного шлифования. Поэтому представляет практический интерес применение метода электроалразного шлифования для обработки класса быстрорежущих сталей.

Как известно, электроалмазное шлифование представляет собой комбинированньй процесс, совмещающий анодное растворение материала и механическое резание зернами алмазного круга. Поэтому производительность обработки в целом определяется скоростью анодногс растворения и режимами механического резания. Исследование процесса анодного растворения материалов базируется на изучении поляризационных характеристик, уста-навливающих зависимость скорости анодного растворения от потенциала анода. Получение поляризационных характеристик процесса растворения в стационарных условиях возможно при помощи потенциостатического и по-тенциодинамического методов. В работе [1] показаны особенности процесса анодного растворения стали Р6М5 в водных растворах нейтральных солей МаЫ03, Ма2504 и ЫаС1 в стационарных условиях. Показаны области активного растворения исследуемой стали и области пассивации. Однако следует отметить, что кроме пассивации поверхности к снижению скорости анодного растворения могут гриводить диффузионные ограничения, возникающие в процессе растворения, вследствие замедления процесса подвода ионов к поверхности электрода [2]. Потенцио-динамические и потенциостатические методы исследования не позволяют оценить влияние диффузионных ограничений на процесс растворения материала. Использование метода вращающегося электродаанода обеспечивает изменение скорости движения электролита вдоль ибраба1ыьаемий ииверхноС1и, а следиьа1ельни, приводи! к уменьшению влияния диффузионных ограничений на процесс анодного растворения.

Экспериментальные исследования влияния скорости вращения анода на поляризацию стали Р6М5 в водных растворах нейтральных солей показали, что увеличение скорости вращения анода в водном растворе 10% МаЫ03 (рис.1, кривые 2, 3, 4) приводит к повышению плотности

тока в 1,5... 1,8 раза по сравнению с растворением стали в стационарных условиях (рис.1, кривая 1). При этом значительное увеличение плотности тока наблюдается с повышением скорости вращения до =13 (с)"1* (рис. 1, кривая 3). Этот факт свидетельствует о том, что процесс растворения данной стали в исследуемых электролитах в стационарных условиях сопровождается появлением диффузионных ограничений, связанных с замедлением отвода продуктов электро-химической реакции от анода в объем раствора. Аналогичный характер влияния скорости вращения анода на изменение плотности тока наблюдается и при раствоэении исследуемой стали Р6М5 в водных растворах Ма2304и №С1. Обеспечение движения электролита в межэлектродном зазоре приводит к снижению диффузионных ограничений и тем сильнее, чем выше значе-ние угловой скорости вращения анода. Уменьшение влияния диффузионных ограничений на процесс растворения стали Э6М5 при повышении угловой скорости вращения можно объяснить уменьшением толщины диффузионного слоя. Данное предположение подтверждают теоретические исследования, направленные на установление величины диффузионного слоя в зависимости от значения угловой скорости вращения [2]. Толщина диффузионного слоя для ламинарного течения электролита определяется как

6а = 0,45

(см),

где 5<, - толщина диффузионного слоя, см; 8С - толщина общего погранично-го слоя, см; О - коэффициент диффузии, см2/с; V - кинематическая вязкость электролита, см2/с.

¡. / А/см2 14

/ / 1'

у?

0 1 2 3 4 5 6 7 ф, В Рис. 1. Потенциодинамические поляризационные кривые анодного растворения стали Р6М5 в 10% МаМ03 в условиях

вращающегося дискового электрода: 1/со - = 0 с*1'2;

2 /СО - =11 с-1*; 3 {(О - = 13 с1*; 4 /(0 - = 17 с1'2

1 Статья подготовлена по результатам исследований по проекту 2005-РИ-16.0/024/023 з рамках ФЦНТП

№2(31)2006 31

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

Толщина общего пограничного слоя зависит от кинематической вязкости и угловой скорости вращения анода следующим образом:

6о = 3,6^.

где (0 - угловая скорость вращения анода, си.

На рис. 2 представлена зависимость толщины диффузионного слоя от скорости вращения анода, полученная с помощью выражений (1) и (2).

скорости вращения анода: 1 - 10 % №М03 в воде; 2 - 10 % №2804 в воде; 3 - 10 % №С1 в воде

Анализ данной зависимости показывает, что увеличение скорости вращения анода приводит к значительному снижению толщины диффузионного слоя при растворении стали Р6М5 в указанных электролитах. Данный факт подтверждается результатами экспериментальных исследований, выраженных в увеличении плотности тока при использовании метода вращающегося электрода, представленными на рис. 1.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований анодного растворения стали Р6М5 в условиях движущегося электролита позволяют сделать вывод о том, что увеличение угловой скорости вращения анода сопровождается уменьшением влияния диффузионных ограничений не процесс растворения стали в водных растворах нейтральных солей ЫаМ03> Ма2Б04 и ЫаС1.

Список литературы

1. Рахимянов Х.М., Янпольский В.В. Анодное растворение быстроре-жущей стали Р6М5 и ее составляющих в водных растворах// Сб. науч. тр. НГТУ. - 2003. - №4 (34). -Новосибирск, 2003. - С. 141 - 146.

2. Плесков Ю.В., Филиновский В.Ю. Вращающийся дисковый элек-трод. - М.: Наука, 1972. - 342 с.

Точность формообразования при электроалмазной прорезке пазов в аморфных и нанокристаллических сплавах1

Одним из приоритетных направлений развития науки и техники является создание перспективных производственных технологий, в том числе основанных на комбинировании различных физических процессов. Разработка новых классов материалов, обладающих уникальными физическими свойствами, промышленное освоение их зыпуска определяют перспективы в создании инструментов, машин, приборов нового поколения. К таким материалам относятся аморфные и нанокристаллические сплавы [1], использование которых весьма привлекательно в электротехнике, электронике и ряде других отраслей промышлэнного производства. Однако в настоящее время широкое распространение данного класса материалов ограничивается трудностями, возникающими при их обработке. Так использование магнитопроводов, выполненных из аморфных и нанокристаллических сплавов, в виде статора электрической машины предполагает изготовление пазов для укладки обмоток. Применение существующих технологических методов механической обработки традиционных материалов не достигло требуемого результата. Следует отметить, что конструкция магнитопровода представляет собой композицию в виде чередующихся слоев аморфной либо на-нокристаллической ленты толщиной 20...30 мкм и связки (силикатная смесь, эпоксидные смолы) толщиной 5...8 мкм.

Х.М. РАХИМЯНОВ, профессор, доктор техн. наук, Б.А. КРАСИЛЬНИКОВ, доцент, канд. техн. наук, К.Х. РАХИМЯНОВ, аспирант, НГТУ, г.Новосибирск

При этом металлическая составляющая обладает высокой твердостью ( ~ 10 ГПа). Механическая обработка лезвийным инструментом (фреза) данного композиционного материала не обеспечивает процесса резания в традиционном его понимании - удалении стружки, а приводит к механическому разрушению тонких высокопрочных пластин аморфного (нанокриг.тяппич«г.кого) материала я виде блоков. Кроме этого, в зоне обработки образуется смесь в виде осколков высокопрочного материала, которая, являясь, по сути, абразивной средой, приводит к интенсивному износу твердосплавного режущего инструмента.

Абразивная обработка, в частности алмазными кругами, обеспечивает процесс резания обрабатываемого материала. Однако особенностью композиционных конструкций является подверженность тонких слоев хрупкому разрушению, поэтому требуются очень "мягкие" режимы шлифовгния, что выражается в низкой производи!ельнии-ти процесса обработки.

Перспективной в достижении высокой производительности (до 8х103 мм3/мин) при обеспечении требуемых показателей точности (иТ9) и шероховатости (1ЧИ = 1,25 мкм) при обработке аморфных и нанокристаллических композитов представляется электрсалмазное шлифование (ЭАШ) [2 3].

1 Статья подготовлена по результатам исследований по проекту 2005-РИ-16.0/024/023 в рамках ФЦНТП

32

№2 (31) 2006