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表层属性后连续EDM或EDA然后肤浅Roto-Peen加工
阿格涅斯卡Dmowska,1 Bogdan Nowicki
,1
和
安娜Podolak-Lejtas1
1制造技术研究所、华沙理工大学02 - 524年华沙,波兰
文摘
介绍的结果的影响基本电火花加工放电参数和放电EDA参数对表面合金化层属性和选择性能属性后机器零件的加工这样的影响表面冷加工处理后应用EDA的EDM修改这些属性。调查包括物体表面的纹理、金相显微组织、显微硬度分布、疲劳强度和抗磨损。这是证明应用程序后的roto-peen EDM和EDA导致降低粗糙度高70%,表层显微硬度的海拔300 - 700μ高压、耐磨令人振奋的300%。
1。电火花加工的基本知识,EDA, Roto-Peen加工
电火花加工(EDM)是广泛应用于制造复杂形状准确的地区,建造的艰苦和无法放弃或下调的材料1,2]。
电火花合金(EDA)申请代的表层(SL)体积份额的百分之几十的合金元素。这些层200μ米厚,它们可以用于耐磨工具、耐侵蚀设备等等(3,4]。
EDM和EDA过程是由火花放电和相关的物理过程。这些过程发生在存在中介质电火花通常采用煤油或水和几毫焦耳的火花放电释放能量而EDA过程在空气中进行的,中性的气体,油或煤油,火花放电能量更高和放电持续时间更长。火花放电产生热量小阳极和阴极表面。功率密度在火花通道被估计为1017W / m2和当地的温度可以提高20 000开氏度(1,3,5,6]。
熔融材料的爆发对电火花加工过程中材料去除是至关重要的。火花放电导致当地的物质损失,形成的陨石坑和闪光(图1),覆盖以前的薄膜熔化然后凝固金属(1,7]。材料的数量从一个坑(μ米3)。
由于多次发生火花放电,表面一层创建特定的各向同性的粗糙度和这层显示不同的金相组织和显微硬度的核心。拉应力和微裂隙可能出现在电火花的情况下进行排放的中等或高能源(1,5,8,9]。
两个基本过程发生在EDA和相关的质量传输也可以观察到。火山口的第一过程由阴极创建和质量损失,而在另一个,质量输运,发生火花通道和高地在火山口(图的形成2),化学成分丰富的合金成分(3,4]。表层(SL)中创建的EDA过程类似于表层的电火花在视图中创建类似的现象影响加工过程与一个exception-its化学成分是不同的。这些SL相似之处包括金相组织和显微硬度相比核心,显示差异的存在拉应力和微裂纹出现。
在分析表层宪法的过程,我们可以隔离三个基本类型的交互:热现象,冶金学的现象,和机械现象。
在电火花加工过程中,温度和冶金现象盛行:熔化,凝固,显微结构的变化和结果产生变化的结构、显微硬度、应力和微裂隙。
EDA的现象类似在场电火花发生但化学成分发生变化,连接与火花放电和质量传输从阳极到阴极。
机械过程是典型的表面冷作治疗如roto-peen (rp) [10- - - - - -13),它们可以导致应变硬化材料(SL硬度的增加),压应力引入SL,消除或减少微裂隙的转化为消除或最小化不良现象发生在表层形成(EDM和EDA过程之后14,15]。
roto-peen加工过程阐述了由波音公司和3 m公司(2,9]在于动态相互作用小的硬质合金球,直径1毫米,叶片固定在玻璃纤维制成的球(图3),旋转速度的革命8 000转速/分钟。因为重复球对加工表面,表层的弹性和塑性变形导致表面平滑,表面应变硬化,引入表层压应力,提高抗疲劳强度和抗磨损。球的大小的影响表面上是已知的,可以确定冷作深度以及残余应力存在的深度,这大约是40 - 80%大于冷工作深度。这些数字应该大于表层的深度产生的电火花和EDA roto-peen前加工。
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一个roto-peen球相互作用的影响在冷加工深度可以确定(根据Drozd)基于实证关系(10,12]: 在哪里:深度的球印,:球直径和平面:直径的球印。
华沙大学的研究技术,制造技术研究所,旨在确定表面(roto-peen)冷加工处理应用程序的有效性,为消除不良的表层特征被电火花和EDA的结果。
试验研究包括电火花加工后的表面完整性评价和EDA以及结合电火花+冷加工处理后和EDA +表面冷加工处理和关注以下方面:纹理的表面,金相显微组织、显微硬度分布,残余应力分布、耐疲劳、耐磨损。
2。表层调查的结果属性和选择性能功能后,EDM和之后结合电火花+ Roto-Peen治疗
研究进行了典型材料和典型的加工条件。样品由硬化钢NC10遭受使用铜电火花加工工具电极安装在EDM中心ROBOFROM 30和选择以下参数:U= 160 V,我= 6,Ti = 100μ年代,U= 160 V,我= 16,Ti = 800μ年代,典型的整理加工,然后以下参数:U= 120 (V),我= 24 (A), Ti = 200 (μ),这是典型的半成品U= 80 V,我= 48,Ti = 400μ年代,大多数生产加工类型(表1)。
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典型的3 d视图和轮廓曲线EDM-ed然后roto-peened表面已经提出了数字4和5对各种参数。
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(c)
(一)
(b)
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Microgeometry大约EDM-ed然后roto-peened表面是典型的广泛和光滑的峰会和microindents作为电火花的遗迹。表面纹理图像在这种情况下不会显示所有参数调查范围有很大的不同。高度参数的水平不到三分之一的初始值,例如,从21 Ra滴μ米- 6μ从0.04到0.02 m和峰会曲率Ssc (1 /μ米),加工时间(分钟)需要一个完整的平滑的表面(转速/分钟);(分钟)(转速/分钟)。
表层的调查旨在评估roto-peen加工表层性质的影响后连续EDM roto-peen加工和特别关注可能出现不连续,微裂隙可以坚持后表层电火花;显微硬度分布和表面获得均匀性进行评估。
图6显示为显微镜拍摄的图像视图由电火花加工,抛光部分的标本roto-peen。表层获得相当大的不均匀性和微裂隙的电火花加工特性。
(一)
(b)
考试的分析揭示表层微结构及其厚度后,EDM roto-peen加工表明,表层是制服,剥夺任何可见的裂纹或不连续在所有情况下。表层厚度后连续两个加工运行single-EDM加工后更均匀。
进行了显微硬度检查EDM-ed以及EDM-ed然后roto-peened标本,应用了加工参数如下:(我) obr /分钟,分钟,分钟,(2) obr /分钟,分钟,分钟。
典型的微观硬度分布后的表层EDM(图7(一))和roto-peen应用电火花后呈现在图7 (b)。
(一)
(b)
深入表层的显微硬度分布的分析表明,应用程序遵循的roto-peen加工电火花导致相当大的微观硬度SL ca。800年增加μ高压1100μ高压和表层改进microgeometry,金相组织和显微裂纹发生。
电火花加工后的残余应力的调查并结合电火花+ roto-peen加工后表明,电火花,的拉应力值MPa的出现和应用roto-peen电火花引起转变后的应力为压应力值MPa。
试验研究的范围涉及两个基本性能属性,也就是说,耐磨料磨损和疲劳强度。实验的耐磨性Skoda-Savin机器上执行。耐磨性的评估由测量的体积缩进上创建检查标本的表面是受到摩擦接触特殊antispecimen环状形状的硬质合金制成的。
冷作肤浅的治疗可以作为一个因素增加和减少磨损的检测标本应用取决于摩擦(13]。
在lubrication-free摩擦的情况下(样品沉浸在重铬酸钾溶液),耐磨性可以降低因为粘着磨损占主导地位,表面可能会受到粘合剂封锁与内在的能量增加。
在润滑的情况下接触陪同磨料磨损过程,产生的硬度增加冷加工表面处理可能会导致更高的耐磨蚀。
每个样品的测试被重复三次,平均测量值计算。实验调查研究的影响结合电火花+ roto-peen加工耐磨料磨损进行了硬化标本的工具钢NC10以下表面:地面表面,表面经过电火花使用各种参数(表面有各种层属性进行了调查),表面进行电火花加工,然后roto-peen治疗在不同工艺参数(时间、转速)。
实验调查的两种不同的方式下进行了实验程序:没有润滑,在重铬酸钾溶液和转速(转速/分钟),然后在混合润滑解决方案的一部分机油的煤油和三个部分。耐磨料磨损的增加相比,地上标本明显不管电火花加工参数。耐磨料磨损时显示了EDM-ed标本减少电火花加工参数升高。roto-peen治疗后应用电火花导致耐磨性增加摩擦的重铬酸钾溶液。
图表呈现耐磨料磨损的摩擦与润滑图所示8工具钢的标本,对各种加工变体。
结果调查耐磨料磨损的润滑摩擦Skoda-Savin标本的方法具有耐磨性的增加受到后续电火花和roto-peen加工相比,地面或EDM-ed标本(图8)。
抗疲劳强度已经调查了平坦的标本由热处理工具钢NC10(洛氏硬度规模30)。已经使用的Schenk PWQ-flato疲劳试验机,双面弯曲,弯曲应力MPa。
耐疲劳实验仅限于一般的识别和他们进行有限数量的变异对标本的电火花加工和电火花+拿锤头为各种加工参数。电火花放电加工后的标本进行了具体参数被采纳作为参考条件。
电火花加工的标本,然后由roto-peen在参数(转速/分钟),(分钟)和压力MPa可以站1 000 000周期和更高的压力MPa可以站周期。标本roto-peen加工的参数(转速/分钟),(最小值),和压力MPa或MPa可以站1 000 000周期而对于更高的压力MPa可以站107 000周期。
可以得出结论,如果标本的阻力电火花加工的压力350 MPA总计超过100 000周期和加工的电火花然后roto-peen显示阻力周期,EDM + roto-peen加工后的抗疲劳强度高出五到十倍的压力水平相同。疲劳强度分析的标本进行电火花加工和电火花+ roto-peen压力150 MPa表明,电火花加工的标本显示类似的抵抗压力MPa的标本由电火花加工然后roto-peen的压力MPa。
获得的结果表明,roto-peen后加工应用电火花产生类似效果的更强化喷丸加工应用电火花后,可用的参考书目中描述(12,14]。
3所示。EDA的调查和Roto-Peen影响表层属性和选择性能属性
EDA参数对表层调查的性质和选择性能属性的标本进行了硬化结构钢C45。实验已经使用单片形状电极由执行下列材料:合金钢1 h18n9,钨和碳化钨。评估包括电火花表面合金化层性能的影响。范围内的安培数我16-48和脉冲持续时间在25 3200μ年代是设置为独立变量恒定电压U = 160 V时被用作固定参数。加工发生在一个典型的工业fluid-cosmetic煤油的存在。后的金相结构表层EDA呈现在图9。
roto-peen参数的选择保险各种应变硬化深度(至少等于再次熔化层的深度)和各种压力在表层,深度应该高于压力积累在表层的深度EDA和电火花。
选择表面冷加工治疗roto-peen尤其应该密切关注(14,16]。过于密集的加工,同时作为转速及其持续时间导致再次熔化层的破坏,微裂缝和层剥落而参数不保证适当的表层深度不足(4]。初步调查后,确保良好的加工效果的参数范围已经确定。旋转速度被设置在一个水平的工具(转速/分钟)(最大允许速度确保裂缝和剥落的合金层不会发生)。加工的时间(s)和(s)(区域毫米2)。
假设合金的表面受到了放电加工在同一台机器上的工具。
因此,调查包括八个实验:两个EDM变体,两个EDA变体,两个roto-peen变体。
获得的调查结果使初步评估的EDA和EDA + roto-peen和决心的明智而知道机器零件的性能要求。
获得的平均值的冶炼EDA过程中表层来自30个μ米为我= 32 (A), Ti = 25 (μs)到100μ米为我= 48 (A), Ti = 1600 (μ。分析结果表明集约型发展再次熔化层的脉冲安培数增加(图10)。
分析化学成分包括合金层也是热影响区。它在真空的方向垂直于试样表面,表层深度。分析表明,该合金过程采用电极1 h18n9钢给再次熔化层的深度约100μ米高含量的合金元素的权重股合金层:铬Cr: 6.7%,镍镍:2.8%以下合金化参数:脉冲安培数:48,脉冲持续时间:1600μ年代(表2;图11)。与不同电极材料如钨和碳化钨,饱和的表层元素来形成了工具电极(表也是可见的3)。与钨电极合金化过程进行以下参数:脉冲安培数64,脉冲时间400μ年代,重量在表层是平均6%,钨更高的分别占33%钨实验在高脉冲安培数48和脉冲持续时间:1600μ年代。最大体积的阳极材料表面层的合金部分占20%到30%。
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点的化学成分已经确定,如图所示11在后台与表层可见。
在典型的显微硬度模式被边缘的距离的函数,可以看到从600年增加μ高压核心800 - 1100μ高压附近的标本表面(图12)。表面显微硬度通常是最高的,它与深度逐渐降低。的热影响区微观硬度低于再次熔化层的微观硬度,但较高的微观硬度材料的核心。
(一)
(b)
几何微结构的调查显示,应用roto-peen EDA导致双重的减少后的粗糙度,例如Ra下降从8 - 4μm。获得的微观结构是非常有利的模式(类似于一个又一个获得EDM + roto-peen)后的剩余平面峰会和缩进EDM(数字13和14)。
(一)
(b)
(一)
(b)
(c)
从EDA性能属性的调查结果,结合电火花+ roto-peen包括耐磨料磨损和疲劳强度。数据15和16显示依赖观察穿检查的Skoda-savin方法应用上的润滑加工样品制造变异。分析表明,EDA应用程序执行的结果在相当大的耐磨性与地面相比表面和额外的应用程序后的roto-peen EDA磨损导致额外增加阻力。
初步调查的抗疲劳强度由EDA + roto-peen标本加工,在相同的环境样品进行电火花后显示的应用EDA roto-peen加工后,给出了相似的结果增加疲劳强度和耐久性的一个应用后roto-peen EDM时获得的。
4所示。结论
表面冷作治疗的应用由roto-peen EDM和后加工应用EDA有助于降低粗糙度高,(50 - 70%),减少表层微裂纹和不连续数量以及海拔表层显微硬度由300μ高压电火花和700年的情况μEDA的高压。
roto-peen应用程序导致相当大的增加耐磨料磨损,为电火花三倍,EDA和40%。
roto-peen应用程序几乎是相对便宜和简单的操作,可以实现与普遍可用的设备;EDA和roto-peen加工尤其致力于治疗小的表面区域或所选部分的大部分地区。
EDA和roto-peen加工可以改善应用性能属性的机器和工具部分最为暴露的穿着。
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