Для создания новых видов изделий с улучшенными характеристиками применяют биметаллические материалы, полученные с применением аддитивных и гибридных технологий наплавки. Они представляют собой послойное соединение разнородных сплавов в единую композицию. Повышенные физико-механические свойства таких материалов накладывают ограничения на их обрабатываемость традиционными методами, поэтому возникают сложности создания из них сложнопрофильных изделий. Проблему может решить применение технологии проволочно-вырезной электроэрозионной обработки, позволяющей изготавливать изделия из биметаллов любой твердости. Но каждый новый такой материал отличается разнородностью технологических свойств, поэтому нет рекомендаций по их обработке с применением методов электрофизического воздействия. Ученые Передовой инженерной школы ПНИПУ экспериментально исследовали особенности этого процесса и их влияние на точность и качество поверхности.
Поверхность образца после ПВЭЭО: 1 - слой средне-углеродистой легированной стали 30ХГСА; 2 - слой коррозионно-стойкой стали 307 Lsi. / © Тимур Абляз, журнал «СТИН»
Статья опубликована в научно-техническом журнале «СТИН». Исследование выполнено при поддержке гранта Правительства Пермского края.
Функционально градиентный биметаллический материал состоит из двух или более прочно соединенных между собой различных металлов или сплавов. Заготовки получают методом послойного выращивания, что обеспечивает нужное сочетание свойств – высокую прочность, тепло- и электропроводность, низкую пластичность и плотность, коррозионную стойкость и другие.
Такой материал широко применяют для изготовления деталей в судо- и машиностроении, инструментов для кухни и сельского хозяйства, используют в термоэлектрических конструкциях и элементах приборостроения. Но его традиционная лезвийная обработка из-за ударных нагрузок в зоне резания снижает качество поверхности, особенно это критично для тонкостенных сложнопрофильных заготовок.
Применение проволочно-вырезной электроэрозионной обработки (ПВЭЭО) позволяет избежать таких недостатков. Под действием электрических разрядов проволока плавит материал и формирует нужный контур на металлической заготовке. Технология подходит для сплавов любой твердости. Однако в случае биметалла важно учитывать, что материал, из которого он создается, неоднороден, и каждый сплав по-разному реагирует на электроэрозию.
На сегодняшний день нет технологических рекомендаций по обработке биметаллических изделий, состоящих из компонентов разной электроэрозионной обрабатываемости. Неизвестно, как процесс ПВЭЭО влияет ширину реза и параметр шероховатости их поверхности. Ученые ПИШ Пермского Политеха экспериментально исследовали точность и качество этого процесса на образцах, состоящих из послойно наплавленных сталей, которые широко применяются в промышленности.
«Мы выбрали именно стали 307 Lsi и 30ХГСА, так как при создании биметалла стояла цель совместить разносторонние материалы. Первая отличается хорошей пластикой и коррозионной стойкостью, а вторая – хорошими прочностными свойствами», – объясняет Тимур Абляз, директор Высшей школы авиационного двигателестроения ПНИПУ, кандидат технических наук.
Политехники подвергали образцы проволочно-вырезной электроэрозионной обработке и после определяли структуру поверхностного слоя, ширину реза и коэффициент электроэрозионной обрабатываемости. Определение этих параметров позволяет контролировать процесс обработки и повышать ее точность, что приводит к получению качественного продукта.
«Коэффициенты электроэрозионной обрабатываемости для сталей 30ХГСА и 307 Lsi составляют 0,9 и 0,4. Значит, в процессе обработки сталь 30ХГСА быстрее достигает температуры плавления. Это же объясняет бо́льшую ширину реза ее слоев (в интервале от 300 до 330 мкм), в отличие от второй стали (от 280 до 300 мкм). Также присутствует разница в шероховатости поверхности. В итоге мы можем сделать вывод, что ПВЭЭО по-разному влияет на обработку исследуемых сталей, но регулируя параметры процесса можно обеспечить необходимые характеристики для изделий из биметалла», – рассказывает Тимур Абляз.
Исследование ученых ПИШ Пермского Политеха позволило определить, как проволочно-вырезная электроэрозия влияет на обработку слоистого биметаллического материала. Полученные результаты могут быть полезны для повышения уровня точности и качества биметаллических изделий на производстве.
