1

UNIVERSITATEA TEHNIC A MOLDOVEI

Cu titlul de manuscris

CZU:

PNZARU NATALIA

CERCETRI PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA I

ELABORAREA ELECTROZILOR-SCULE PENTRU FORMAREA

STRATURILOR DE SUPRAFA CU APLICAREA DESCRCRILOR

ELECTRICE N IMPULS

Specialitatea tiinific 242.05 TEHNOLOGII, PROCEDEE I UTILAJE DE

PRELUCRARE

Teza de doctor n tehnic

Conductori tiinifici: Topal Pavel,

prof.univ., dr.hab.tehn.

Specialitatea tiinific 242.05

Stoicev Petru,

prof.univ., dr.hab.tehn.

Specialitatea tiinific 242.05

Autorul:

Chiinu, 2018

2

Pnzaru Natalia, 2018

3

CUPRINS

I. STUDIUL BIBLIOGRAFIC PRIVIND PROIECTAREA ELECTROZILOR-SCULE

APLICAI LA PRELUCRAREA PRIN ELECTROEROZIUNE

1.1. Principiul prelucrrii prin eroziune electric

1.2. Efectele descrcrii electrice n impuls

1.3. Stabilirea electrodului-scul (ES) pentru prelucrarea dimensional

1.3.1. Stabilirea polaritii electrodului-scul

1.3.2. Stabilirea parametrilor regimului de lucru

1.3.3. Dimensionarea electrodului-scul

1.4. Materiale i tehnologii de obinere a electrozilor pentru prelucrarea prin electroeroziune

1.5. Metode de proiectare a electrozilor-scul pentru prelucrarea dimensional

1.6. Procedee de prelucrare superficial cu aplicarea DEI (descrcrilor electrice n impuls)

1.6.1. Durificarea prin descrcri electrice n impuls

1.6.2. Funcia procedeului de lucru

1.6.3. Stabilirea tipului de electrozi

1.6.4. Parametrii regimului de lucru la durificarea prin descrcri electrice n impuls

1.7. Electrozi-scul utilizai la alierea superficial prin electroeroziune. Tipurile de electrozi-

scul utilizate la alierea prin electroeroziune.

1.8. Electrozi-scule aplicai la formarea depunerilor

1.9. Electrodul scul aplicat la formarea depunerilor n regim de subexcitare

1.10. Concluzii la capitolul I

II. STRATEGIA CERCETRILOR EXPERIMENTALE

2.1. Standul experimental i componentele lui

2.2. Partea mecanic a standului experimental

2.3. Instalaii i echipamente aplicate la formarea depunerilor

2.4. Materialul, geometria probelor i schemele tehnologice de prelucrare

2.5. Modul de prelucrare a suprafeelor

2.6. Determinarea mrimii masice a eroziunii

2.7. Aplicarea microscopiei optice la cercetarea suprafeelor

2.8. Metode de planificare matematic a experimentului

2.9.Concluzii la capitolul II

III. CERCETRI EXPERIMENTALE PRIVIND COMPORTAREA ELECTROZILOR-SCULE

N DIFERITE PROCEDEE DE PRELUCRARE

3.1. Rezultatele preliminare a aplicrii DEI n prelucrarea suprafeelor cu diferite destinaii

4

3.2. Eroziunea ES la formarea depunerilor prin rupere de contact

3.3. Influena mrimii energiei acumulate pe batereea de condensatoare asupra eroziunii

electrodului-scul (regim de subexcitare)

IV. CRITERII DE PROIECTARE A ELECTROZILOR-SCULE APLICAI LA FORMAREA

STRATURILOR DE SUPRAFA CU DESCARCRI ELECTRICE N IMPULS

4.1. Criterii propuse de proiectare a electrozilor-scule

4.2. Alegerea formei i materialul electrodului

4.3. Elaborarea electrodului-scul la formarea depunerilor din pulberi

4.4. Tratamentul termochimic a suprafeelor. Aplicri tehnologice ale tratamentelor

termochimice prin descrcri electrice n impuls n diferite medii

4.5. Proiectarea electrodului-scul pentru tratarea termic

4.6. Construcia electrodului-scul pentru oxidarea suprafeelor complexe cu aplicarea DEI

4.7. Formarea peliculelor de grafit. Rezultatele cercetrilor experimentale

4.8. Elaborarea electrodului-scul pentru modificarea microgeometriei suprafeei piesei

5

ADNOTARE

Autor Pnzaru Natalia. Titlul Cercetri privind conceperea, proiectarea i elaborarea

electrozilor-scule pentru formarea straturilor de suprafa cu aplicarea descrcrilor electrice n

impuls

Lucrarea este compus din introducere, patru capitole, concluzii generale i

recomandri, bibliografie din 135 titluri, 2 anexe, 118 pagini (pn la bibliografie), 48 figuri, 9

tabele. Rezultatele obinute sunt publicate n 25 lucrri tiinifice.

Cuvinte cheie: descrcri electrice n impuls, electrod-scul, eroziune.

- Domeniul de studiu tehnic. Scopul tezei este proiectarea i elaborarea electrozilor-

scule pentru formarea straturilor de suprafa cu aplicarea descrcrilor electrice n impuls.

Obiectivele lucrrii: elaborarea modelului fizic de formare a peliculelor de oxizi pe suprafeele

metalice cu aplicarea DEI; cercetarea teoretic i experimental privind procesele erozive de

interaciune a canalului de plasm al DEI cu suprafeele electrozilor-scul; proiectarea i

elaborarea construciei, formei geometrice i alegerea materialului electrozilor-scul cu rezisten

sporit la electroeroziune; analiza rezultatelor cercetrilor experimentale privind eroziunea

electrozilor-scule n diferite procedee de prelucrare cu aplicarea DEI.

Noutatea i originalitatea tiinific a lucrrii const n: dezvoltarea bazelor teoretice,

privind procesele erozive de interaciune a canalului de plasm al DEI cu suprafeele

electrozilor-scul, analiza rezultatelor cercetrilor experimentale privind eroziunea electrozilor-

scule n diferite procedee de prelucrare cu aplicarea DEI i elaborarea propunerilor construciei,

formei geometrice i materialelor pentru confecionarea electrozilor-scule de durabilitate sporit

utilizate la prelucrarea dimensional prin electroeroziune.

Problema tiinific important soluionat: sporirea rezistenei electroerozive a

electrozilor-scul utilizate la prelucrarea dimensional cu aplicarea DEI.

Importana teoretic i valoarea aplicativ a lucrrii este asigurat de: elaborarea

bazelor teoretice privind procesele erozive de interaciune a canalului de plasm al DEI cu

suprafeele electrozilor-scul; recomandrile teoretico-experimentale privind proiectarea i

elaborarea construciei, formei geometrice i alegerea materialului electrozilor-scul cu

rezisten sporit la electroeroziune. Pe baza rezultatelor lucrrii au fost obinute 2 brevete de

invenii.

6

LISTA ABREVIERILOR I SEMNE CONVENIONALE UTILIZATE N LUCRARE

DEI descrcrile electrice n impuls;

ASE alierea prin scntei electrice;

LRU lichidul de rcire-ungere;

BC blocul de comand;

BA blocul de amorsare;

G generatorul;

O osciloscopul;

SEM Scanning electron microscopy microscopie electronic;

EDX Energy dispersive X-ray analysis analiza compoziiei chimice a suprafeelor;

XPS X-ray photoelectron spectroscopy determinarea spectrului fazic a peliculelor de oxizi cu

ajutorul spectroscopiei fotoelectronice;

CMMP metoda celor mai mici ptrate de analiza statistico-matematic a rezultatelor

cercetrilor experimentale;

ZC zona de conductibilitate;

ZV zona de valen;

ES electrod-scul;

EP electrod pies;

V volumul substanei, m3;

m masa, kg;

densitatea materialului, 3m

kg;

e sarcina electronului, C;

W energia, J;

WS energia descrcrii degajat n interstiiu, J;

Wa energia descrcrii transmis anodului, J;

Wk energia descrcrii transmis catodului, J;

Wc energia descrcrii transmis canalului de descrcare, J;

f frecvena, Hz;

U cdere de tensiune, V;

UC tensiunea de ncrcare a bateriei de condensatoare generatorului de impulsuri, V;

US cdere de tensiune n interstiiu, V;

Ua tensiunea arcului, V;

La lungimea arcului, cm;

7

I intensitatea curentului, A;

d diametrul, m;

dc diametrul canalului de plasm, m;

S distana dintre electrozi (mrimea interstiiului), m;

Q cldura, J;

Qtop densitate de cldur volumic de topire a materialului, 3m

J;

P puterea, W;

Pm puterea medie, W;

Pr puterea pierdut prin radiaie, W;

Pc puterea pierdut prin conductibilitate termic, W;

PS puterea impulsului de descrcare, W;

fluxul termic, sm

J

2;

conductibilitatea termic a materialului, Kkg

J

;

T temperatura, K;

j densitatea curentului, 2m

A;

ef lucrul efectiv de ieire, eV;

g acceleraia cderii libere, m/s2;

A aria suprafeei, m2;

p presiunea, Pa;

E modulul lui Young, Pa;

adaosul (pierdere) masei la prelucrarea prin electroeroziune, g;

qtop cldur specific de topire a materialului, kg

J;

randamentul, productivitatea procesului;

b limea fiei de oxidare, m,

grosimea stratului, m;

h nlimea, m;

timpul, durata, s;

C capacitatea, F;

R rezistena electric activ, ;

n frecvena de rotaie, rot/min;

8

vs viteza de avans, mm/min;

i numrul de treceri, numrul de impulsuri de descrcare.

9

Introducere

Dezvoltarea tehnicii contemporane este cauzat de criza energetic i cea a materialelor

care a cuprins ntreaga omenire. Rezolvarea problemelor principale a acestei crize poate fi

rezolvat pe mai multe ci, ns n calitate de surs principal a acestei crize poate fi menionat

tehnologia de elaborare i prelucrare a materialelor. Acesta din urm poate fi transformat n

acelai timp i n principala surs de economisire a materialelor prin reciclarea materialelor

uzate, prin elaborarea de noi matertiale i aliaje, prin nlocuirea construciilor pieselor executate

dintr-o bucat prin cele compuse multi-strat i prin formarea prin diferite metode a straturilor de

protecie pe suprafeele pieselor ce funcioneaz n medii agresive i la temperaturi nalte, ori n

condiii de uzur mecanic, chimic etc.

Descrcrile electrice n general reprezint o surs concentrat de energie care n

prezent s-au afirmat ntr-un domeniu larg aplicativ n tehnologiile de prelucrare a materialelor.

Astfel putem constata c, descrcrile electrice sub form de arc se aplic pe larg n tehnologiile

de sudare i debitare a materialelor [1, 2], de formare a depunerilor [3], de microoxidare a

suprafeelor pieselor aplicate n diferite construcii industriale [4] etc.

Odat cu inventarea de ctre soii B.R. Lazarenko i N.I. Lazarenko a metodei de

prelucrare a materialelor prin electroeroziune, acetea au introdus n uz un nou termen

desccare eletric prin scntee sau scntee electric. Acest tip de descrcri electrice a fost

aplicat la nceput pentru prelucrarea dimensional [5, 12,13, 14, 17, 20], iar apoi i la formarea

superficial a straturilor de depunere din materiale compacte [18] i pulberi [8]. Dezvoltarea de

mai departe a acestei metode de prelucrare a fcut posibil i rectificarea suprafeelor pn la

clase superioare de rugozitate [19]. ns n literatura de specialitate ce ine de acest domeniu de

aplicare a descrcrilor electrice se intlnesc diferii termeni cum ar fi: descrcare electric n

impuls, microspark etc. Utilizarea de ctre diferii autori a diferitor termenologii duc n eroare

cercettorii crend senzaia c se vorbete de diferite metode de prelucrare. Din acest motiv

pentru nceput vom determina ce au n vedere acetea i dac n fond este o deosebire esenial

ntre aceti termeni.

Astfel petru scnteea electric [12, 13, 14, 15], micro-electro discharge [7, 9, 10,

11] i descrcarea electric n impuls [8] este caracteristic: prezena a doi electrozi, ntre

electrozi se formeaz un joc, numit interstiiu, cuprins n limitele de la 210-6...10-3m, o durat a

impulsului de curent din interstiiu de 10-8...10-4s, cderea sumar de tensiune pe electrozi

constituie cca 20V, iar ntre electrozi se formeaz un nor de plasm i toate acestea decurg n

medii dielectrice. Din cele menionate mai sus rezult c, de fapt, aceste noiuni reflect aceeai

esen, adic pot fi precutate ca sinonime. n lucrarea [6] sunt aduse argumente elocvente n

conformitate cu care acestea sunt precutate ca faza incipient a descrcrii electrice prin arc.

10

n timpul prelucrrii dimensionale cu aplicarea DEI, ntre scul i piesa de

prelucrat nu exist contact direct, ele fiind permanent desprite de o pelicul de lichid dielectric,

sau gaz - la formarea straturilor de depunere. Prin tensiunea produs de generator mediul

dielectric (gaz sau lichid) este strpuns printr-o descrcare electric n impuls de durat scurt

(10-8...10-4 s) care, datorit temperaturii ce o dezvolt (peste 10000C) topete local piesa de

prelucrat i electrodul-scul. Dup o pauz necesar deionizrii mediului dielectric, electrodul-

scul i piesa de prelucrat sunt supuse din nou aciunii tensiunii i are loc o nou descrcare

electric ce produce topirea local i prelevarea de material dintr-un alt punct al piesei (la

prelucrarea dimensional) sau al electrodului scul (la formarea straturilor de depunere).

Frecvena descrcrilor poate atinge pn la 400kHz. Descrcarea electric n impuls ce se

produce ntre electrodul-scul i pies este de fapt o descrcare n plasm [6, 13, 14, 16] i are

toate caracteristicile acesteia, care o deosebesc fundamental de o descrcare prin arc electric.

Este vorba n primul rnd de densitile de curent de ordinul 106-108A/cm2 i apoi de valorile

cmpului electric de cca 104V/cm, ce nu se pot atinge la descrcarea prin arc electric. O alt

caracteristic important a descrcrii electrice n impuls este aceea c, pe parcursul ei, tensiunea

pe interstiiu scade totdeauna la o valoare cuprins n limitele 15-25V pentru generatoarele de

impulsuri comandate i 40-70V pentru generatoare de relaxare. Datorit acestor caracteristici

prelucrarea prin electroeroziune cu aplicarea DEI are un caracter intens de eroziune, bine

orientat i bine dozat spre deosebire de descrcarea n arc electric care are efect distructiv,

nedirijat, conducnd la productiviti mici, dar producnd uzuri mari ale electrodului-scul.

n acelai timp tehnologia de prelucarare a materialelor n scopul micorrii cheltuielilor

energiei poate deveni o surs de economisire a acesteea prin aplicarea a noi procedee de

prelucrare n baza tehnologiilor neconvenionale. Din aceast categorie fac parte tehnologiile ce

utilizeaz n calitate de energie de efect arcul electric, descrcrile electrice n impuls, plasma,

razele laser etc.

Stratul de suprafa poate fi ca element constructiv al pieselor i poate modifica

proprietile de emisie i absorbie a diferitor tipuri de radiaie i prin modificarea micro-

geometriei de suprafa.

Proprietile electrice i rezistena la coroziune pot fi modificate prin formarea n acesta

a fazelor i compoziiilor specifice (oxizi, hidro-oxizi, nitruri, etc.).

Scopul lucrrii const n proiectarea i elaborarea construciei, formei geometrice i

materialelor pentru confecionarea electrozilor-scule privind eroziunea electrozilor-scule n

diferite procedee de prelucrare cu aplicarea DEI.

n calitate de obiect al cercetrilor au servit probele executate din materialele larg

aplicabile n construcia de maini i aparate.

11

Pentru realizarea scopului tezei au fost focalizate urmtoarele obiective majore:

- elaborarea modelului fizic de formare a peliculelor de oxizi pe suprafeele metalice cu

aplicarea DEI;

- cercetarea teoretic i experimental privind procesele erozive de interaciune a

canalului de plasm al DEI cu suprafeele electrozilor-scul;

- proiectarea i elaborarea construciei, formei geometrice i alegerea materialului

electrozilor-scul cu rezisten sporit la electroeroziune;

- analiza rezultatelor cercetrilor experimentale privind eroziunea electrozilor-scule n

diferite procedee de prelucrare cu aplicarea DEI.

12

I. STUDIUL BIBLIOGRAFIC PRIVIND PROIECTAREA ELECTROZILOR-SCULE

APLICAI LA PRELUCRAREA PRIN ELECTROEROZIUNE

1.1. Principiul prelucrrii prin eroziune electric

Prelucrarea prin eroziune electric este un proces de prelevare a materialului prin

aciunea repetat a descrcrilor electrice n impuls, desfurate ntr-un lichid dielectric, ntre

dou obiecte metalice conectate la o surs de energie.

Cuplul scul semifabricat este format din electrodul-catod, numit electrod i

electrodul-anod, numit semifabricat.

Prelevarea de material reprezint, n sens tehnic, mijlocul de separare a unor particule

de dimensiuni submilimetrice din materialul de baz al semifabricatului prin fenomene

nemecanice 21].

Eroziunea electric este procesul de prelucrare, n care particulele de material de pe

suprafaa semifabricatului sunt ndeprtate prin efect preponderent termo-eroziv, asociat

descrcrilor electrice ntr-un mediu dielectric. Descrcrile electrice se amorseaz succesiv i se

localizeaz selectiv n diferite zone ale spaiului dintre elctrod i semifabricat, numit interstiiu,

n funcie de realizarea local a condiiilor de formare a descrcrii.

Acionnd discontinuu fiecare descrcare electric constituie un proces elementar de

eroziune, desfurat ntr-un spaiu restrns limitat de coloana descrcrii i de petele electrodice,

de contact cu stratul de material.

Transformarea energiei primare (electric) n energie de efect (termic) se realizeaz la

nivelul petelor electrodice i duce la formarea unui crater de eroziune (prelevare) pe suprafaa de

prelucrat a semifabricatului, respectiv a unui crater de eroziune (uzare) pe suprafaa activ a

electrodului 22, 23].

La nivelul industriei constructoare de maini, n domeniul fabricaiei de scule, se

utilizaez dou procedee de prelucrare dimensional prin eroziune electric, difereniate att prin

forma i dimensiunile electrodului, ct i prin cinematica generrii suprafeelor 22].

Prelucrrile prin electroeroziune sau bifurcat n dou direcii distincte: cu prelucrare de

material (prelucrare dimensional) i depunere de material (formare de depunere i mbogire cu

elementele metalului).

Deci ne referim la prelucrarea dimensional o funcie, ea la rndul ei se ramific n

prelucrarea cu electrod masiv i prelucrarea cu electrod filiform.

13

1.2. Efectele descrcrii electrice n impuls

Efectul eroziv al descrcrilor electrice ntr-un mediu lichid a fost descoperit de

fizicianul englez J. Priestley (1800).

Drumul spre aplicarea acestui proces la prelucrarea dimensional a materialelor

metalice a fost deschis prin cercetrile ntreprinse de omul de tiin rus A.V. Lazarenko (1942).

mpreun cu cercettorul rus I. Solotych au pus bazele teoriei eroziunii electrotermice, utilizat i

astzi pentru explicarea fenomenului de eroziune produs de descrcrile electrice n impuls 1,

24].

Descrcrile electrice n impuls sunt caracterizate prin transformarea concentrat, n

timp i spaiu, a energiei electrice n energie termic, mecanic, chimic, acustic, luminoas,

etc., densitatea volumic de energie atingnd valori maxime de 30 000 J/mm3, iar densitatea de

putere de aproximativ 300 kW/mm3.

Teoria eroziunii electrotermice are la baz urmtoarele ipoteze 12, 25]:

interstiiul de lucru este considerat ca un element al circuitului electric catod

dielectric (canal ionizat) anod, fiind asimilat cu o rezisten neliniar;

plasma din canalul descrcrii poate fi considerat izoterm;

densitatea electronilor este constant n interiorul canalului de descrcare, iar distribuia

lor este maxwellian;

pe suprafaa electrozilor se formeaz surse de cldur plane de scurt durat.

Bilanul puterilor medii din zona descrcrii poate fi scris prin relaia:

= + , (1.1)

n care: Pr este puterea pierdut prin radiaie;

Pc puterea pierdut prin conductibilitate termic.

Considernd densitatea electronilor constant n interiorul canalului de descrcare,

atunci puterea medie de descrcare are relaia general:

=C3ET

2

gre(

eVi2hTp

) , (1.2)

n care: gr masa gazului pe unitatea de lungime a canalului;

raza canalului de descrcare;

ET potenialul total de descrcare din canal;

e sarcina electric;

Vi potenialul de ionizare;

TP temperatura plasmei n canal.

Puterea de radiaie se poate determina cu relaia lui Boltzman:

14

Pr = Cgr1

e(

VexkTp

) , (1.3)

unde Vex este nivelul mediu al potenialului de excitaie.

Din cele dou relaii se obine expresia potenialului de descrcare n funcie de timpul

de descrcare, sub forma:

ET = Cgr(

1

4+

Vi4Vex

)

t(

34

) . (1.4)

Densitatea de curent din canalul de descrcare este dat de relaia lui Sach:

j =Cgr

3ET

e(

eVi2kTp

) . (1.5)

Din relaiile prezentate rezult urmtoarele:

variaiile mici ale razei canalului ionizat conduc la variaii mari ale densitii de

curent din canal;

potenialul de descrcare (ET) depinde de mrimea interstiiului.

Rezult c energia total a impulsului de descrcare din interstiiu se distribuie ntre

anod Wa, catod Wc i canalul de descrcare WCD, astfel:

Wd = WA + WC + WCD. (1.6)

Anodul primete energie, n timpul descrcrii, de la:

electronii emii de catod;

radiaia termic a canalului;

bombardarea termic de ctre gazele rezultate n canal;

jeturile de vapori metalici emii de catod;

prin efectul Joule Lentz.

La un impuls de o anumit durat, energia transmis de electroni anodului se poate

calcula cu relaia:

WA = (UA + ) I(t)dt , (1.7)

n care: UA cderea de tensiune pe anod;

lucrul mecanic pentru emisia unui electron.

n aceleai condiii pot fi calculate i celelalte forme de energie care se transmit

anodului, similar se poate calcula energia transmis de ionii catodului.

Prin interpretarea rezultatelor obinute cu aceste relaii se constat c valoarea

curentului ionic reprezint doar 0,2 0,5 din curentul total de descrcare i, din aceast cauz,

eroziunea la catod este mult mai redus dect la anod (rezultate confirmate experimental).

Efectele generale ale proceselor fizice care au loc n interstiiu sunt prezentate n figura

1.1.

15

Fig. 1.1. Efectele proceselor fizice din interstiiu

Dintre acestea, principalele efecte ale descarcrilor electrice sunt:

ndeprtarea (expulzarea) materialului de pe suprafaa electrozilor;

fenomene specifice n lichidul dielectric.

La sfritul unei perioade a impulsului de tensiune, n spaiul elementar de eroziune s-a

format:

crater de eroziune la electrodul-anod, numit crater de prelevare;

crater de eroziune la electrodul-catod, numit crater de uzare;

deeu tehnologic format din mulimea particulelor solide din interstiiu.

Rezistena la eroziune a electrozilor-scule se exprim prin capacitatea materialului de

a-i pstra integritatea la aciunea eroziv a descrcrilor elctrice, indiferent de factorii

geometrici ai zonei de lucru.

Aceast caracteristic poate fi utilizat pentru a caracteriza nivelul de prelucrabilitate a

materialului supus eroziunii i poate fi apreciat folosind criteriul stabilitii termice a lui

Palatnik:

P = MlC(Tt T0)2 (

2

sm3), (1.8)

n care: M densitatea materialului;

l conductivitatea termic;

C cldura specific;

Tt temperetura de topire;

T0 temperatura mediului ambiant.

Valorile mari ale factorului P indic un material rezistent la eroziune electrotermic, iar

valorile mici, caracterizeaz un material cu o bun prelucrabilitate prin eroziune.

16

n urma analizei principalelor efecte ale descrcrilor electrice n impuls rezult c

desfurarea n condiii optime a procesului de eroziune electric depinde de urmtorii factori i

parametri: materialul electrodului-catod, materialul electrodului-anod, mediul de lucru, puterea

electric a descrcrii electrice, perioada impulsului de tensiune, grosimea interstiiul de

scnteiere.

Procesele microscopice de eroziune determin formarea, pe suprafaa semifabricatului,

a unei mulimi de cratere de eroziune elementare, care, prin dimensiunile i numrul lor

influeneaz viteza de eroziune a materialului i textura suprafeei prelucrate.

Volumul craterelor elementare de eroziune este direct influenat de energia descrcrilor

electrice.

Adncimea craterelor de eroziune este direct influenat de energia descrcrilor

electrice i determin, la rndul ei, microgeometria asperitilor de pe suprafaa prelucrat

(rugozitatea).

1.3. Stabilirea electrodului-scul (ES) pentru prelucrarea dimensional

Numrul electrozilor-scule sau al treptelor de lucru, n cazul unui electrod unic, se

stabilete n funcie de fazele de prelucrare necesare. n ceea ce privete materialul prii active a

electrodului-scul, acesta se va alege prin luarea n considerare a materialului semifabricatului, a

formei, dimensiunilor i rugozitii suprafeei de prelucrat, a schemei de prelucrare stabilite

anterior, a procedeelor de obinere a electrozilor, a costurilor acestora etc. Vom ine seama, ns

i de unele recomandri, ca de exemplu: pentru obinerea de rugoziti mici se recomand

folosirea aliajelor Cu CuW, Cu CuW (Cu grafit), c aliajul Cu W asigur durabiliti

mai mari ale electrodului-scul, c la prelucrarea carburii de wolfram se va prefera folosirea

aliajelor Cu W sau Cu grafit, pentru degroare i respectiv Cu W, la finisare.

1.3.1. Stabilirea polaritii electrodului-scul

Electrozii din grafit pot fi conectai att la polul pozitiv, ct i la cel negativ al

generatorului de impulsuri; o polaritate pozitiv asigur o uzur mai redus, o rugozitate mai

bun a suprafeei i o productivitate acceptabil. Conectarea la polul negativ permite o cretere a

productivitii i conduce la o uzur relativ cu valori de 15 30 %.

n cazul cuprului sau aliajelor Cu W, firma Charmilles recomand [25] conectarea

electrodului la polul pozitiv al generatorului de impulsuri.

17

1.3.2. Stabilirea parametrilor regimului de lucru

n unele cazuri, o dat cu stabilirea parametrilor regimului de lucru, pot fi abordate i

elemente de proiectare a prii active aferente electrodului-scul. Constatm c recomandrile

existente n instruciunile de utilizare a diferitelor tipuri de echipamente destinate prelucrrii prin

electroeroziune prevd luarea n considerare (la stabilirea parametrilor regimului de lucru) a

caracteristicilor prelucrrii, a naturii i rugozitii suprafeelor de obinut, a densitii maxime de

curent admise de materialul electrodului-scul, a unuia sau a mai multor criterii considerate

importante (productivitate ridicat a prelucrrii, uzur sczut a electrodului-scul, rugozitate

prestabilit a suprafeei prelucrate, condiii bune de circulaie a lichidului dielectric i de filtrare

a acestuia etc.).

La prelucrarea de degroare a semifabricatelor din oel cu electrozi-scule din cupru,

densitatea de curent nu va depi 15 A/cm2 (polaritate pozitiv), n timp ce n cazul electrozilor

din grafit, densitatea de curent va fi de maxim 10 A/cm2, polaritate pozitiv, i de 6 A/cm2,

polaritate negativ. Dac se cunoate aria Asf a suprafeei semifabricatului expuse aciunii

descrcrilor electrice, intensitatea curentului va fi:

= , [], (1.9)

unde J este densitatea de curent, n A/cm2.

Cunoscndu-se valoarea intensitii curentului electric i plecnd de la criteriile

considerate importante, devine posibil stabilirea duratei impulsurilor, a pauzelor dintre

impulsuri i eventual a altor caracteristici de regim, utilizndu-se, n acest sens, recomandri ale

firmei ce a construit maina de prelucrat prin electroeroziune.

Mainile de prelucrat prin electroeroziune cu sistem de comand numeric au prevzut

o carte din documentaia tehnic n care sunt reprezentate curbele de dependen pentru diferite

cupluri (electrod-scul semifabricat) din care se poate stabili regimul de lucru necesar a fi

introdus n programul de comand pentru prelucrarea respectiv.

1.3.3. Dimensionarea electrodului-scul

Procedeele de prelucrare prin eroziune, ajungnd la un anumit stadiu de dezvoltare, s-au

integrat firesc n procesele tehnologice de fabricare a pieselor.

Un exemplu reprezentativ de electrod-scul pentru aceast dimensionare este cel din

figura 1.2.

n timpul prelucrrii prin procedeele considerate electrozii-scul se uzeaz diferit: cel

mai mult la prelucrarea abraziv-ultrasonor i cel mai puin (practic nu se uzeaz) la cea

electrochimic. n cazurile n care electrozii-scul se uzeaz repede (eroziune abraziv-

ultrasonor, electric etc.) durabilitatea lor poate constitui o problem chiar i la obinerea unei

18

singure suprafee prelucrate. n consecin, figura 1.2 a fost astfel conceput, nct pe baza ei s

se determine dimensiunile optime ale ES, att din punct de vedere al preciziei prelucrrii, ct i a

durabilitii electrodului-scul.

Fig. 1.2. Dependena dimensiunilor electrodului-scul de cele ale suprafeei prelucrate

Pentru dimensionarea n discuie se cunosc dimensiunile suprafeei prelucrate i se

determin dimensiunile corespunztoare ale prii active a electrodului-scul. Prin suprafa

prelucrat se nelege cea obinut la operaia / faza pentru care se proiecteaz electrodul-scul

respectiv; aceast suprafa poate fi suprafaa piesei sau o suprafa intermediar.

Determinarea acestor dimensiuni const n:

calcularea dimensiunilor prii active n seciune transversal;

stabilirea lungimii acestei pri.

Calcularea dimensiunilor prii active n seciune transversal presupune:

calcularea valorilor nominale ale acestor dimensiuni;

stabilirea toleranelor dimensiunilor respective.

Calcularea valorilor nominale ale dimensiunilor prii active a electrodului-scul, n

seciune transversal, prin analogie cu reglarea sistemului tehnologic la dimensiune, se face

diferit n cazul n care uzura electrodului-scul nu are / are influen asupra preciziei suprafeei

prelucrate.

Dac electrodul-scul nu se uzeaz n timpul prelucrrii, ca n cazul eroziunii

electrochimice, dimensiunile sale se calculeaz astfel:

la exterior:

d

d

D

D

Em

EM

Em

EM

c2

c2

d

D

D

dP

2T

Pm

dTDP2Pm

PM

PM

19

[ ]

2

DPEM PM c

Td D D mm

, (1.10)

la interior:

[ ]

2

dPEm Pm c

TD d D mm

. (1.11)

Dac electrodul-scul se uzeaz n timpul prelucrrii, ca n cazul eroziunii electrice, a

celei abraziv - ultrasonore etc., dimensiunile optime ale lui se calculeaz cu relaiile:

la exterior:

[ ]EM PM cd D mm , (1.12)

la interior:

[ ]Em Pm cD d mm , (1.13)

unde c este reducerea / majorarea calculat a dimensiunii electrodului-scul fa de

dimensiunea corespunztoare a suprafeei prelucrate.

Toleranele dimensiunilor nominale calculate se stabilesc n funcie de toleranele

corespunztoare ale dimensiunilor suprafeelor prelucrate cu electrozii respectivi; de exemplu,

considernd c suprafaa prelucrat din figura 1.2 se obine prin finisare, tolerana dimensiunii dEf

a electrodului-scul se determin cu relaia:

2

DPf

dEf

TT

. (1.14)

Considernd c o suprafa component a unei piese (un alezaj, de exemplu) se obine

prin mai multe operaii / faze (de exemplu, prin degroare finisare i netezire), rezult c:

dEd dEf dEnT T T . (1.15)

Relaia (1.14) este valabil pentru suprafaa respectiv a electrodului-scul dac aceast

suprafa respect condiiile, urmtoare: abaterile de la form i de la poziiile ei s se ncadreze

n tolerana dimensional a suprafeei respective; rugozitatea suprafeei n discuie i tolerana ei

dimensional s respecte legtura standardizat dintre ele.

Dac suprafaa frontal a prii active a electrodului-scul este profilat / complex,

stabilirea formei i dimensiunilor acestei suprafee se va face, n funcie de forma i dimensiunile

suprafeei prelucrate, pe baza celor prezentate anterior.

Stabilirea lungimii prii active a electrodului-scul depinde de mai muli factori, dintre

care:

forma i dimensiunile suprafeei prelucrate;

forma constructiv a prii n discuie a electrodului-scul;

materialul electrodului-scul.

20

Privind factorii artai exist cazurile reprezentative urmtoare:

suprafaa prelucrat nu strpunge obiectul prelucrrii, cnd lungimea prii active a

electrodului-scul se adopt n funcie de adncimea artat, indiferent de forma constructiv i

de materialul electrodului-scul;

suprafaa prelucrat strpunge obiectul prelucrrii, cnd lungimea artat se adopt

dup normative, n funcie de forma constructiv a electrodului-scul i de materialul acestuia.

La determinarea dimensiunii / dimensiunilor transversale ale prii active a electrozilor

scul cu relaiile (1.10) (1.13), principalul aspect specific const n stabilirea mrimii

reducerii / majorrii de dimensiune c .

Mrimea reducerii / majorrii de dimensiune c depinde de mai muli factori, n primul

rnd de procedeul de prelucrare.

La prelucrarea prin eroziune electric mrimea reducerii / majorrii de dimensiune c

depinde de condiiile prelucrrii, n primul rnd de felul acesteia (degroare, finisare sau

netezire).

Considernd c precizia sistemului tehnologic adoptat pentru obinerea unei suprafee

prelucrate corespunde preciziei suprafeei respective i c suprafaa se obine prin degroare,

finisare i netezire, mrimea reducerii / majorrii de dimensiune se calculeaz cu relaiile:

la netezire:

2 [ ]c lI mm ,

(1.16)

la degroare i finisare:

[ ]c m tA mm ,

(1.17)

unde: Il mrimea interstiiului lateral, mm;

m - mrimea minim a reducerii / majorrii de dimensiune, mm;

At mrimea adaosului pentru dilatarea termic a electrodului-scul / obiectul prelucrrii, mm.

Mrimea minim a reducerii / majorrii de dimensiune se calculeaz cu relaia:

= 2 ( + ), (1.18)

unde Rz este rugozitatea maxim a suprafeei prelucrate.

La prelucrarea prin eroziune abraziv-ultrasonor cu suspensie abraziv, mrimea

reducerii / majorrii de dimensiune n discuie se calculeaz cu relaia:

[ ]c Mk d mm , (1.19)

unde: k este un coeficient;

dM dimensiunea maxim a particulelor abrazive ale suspensiei folosite la prelucrare.

21

Mrimea coeficientului k depinde de felul circulaiei suspensiei abrazive n spaiul de

lucru (liber sau forat) i se ia din literatura de specialitate (k 2) [23].

Mrimea particulelor abrazive depinde de felul prelucrrii (degroare, finisare sau

netezire) i dimensiunea lor maxim se ia din STAS; orientativ, pulberile abrazive cu granulaia

minim (3) au 40Md m , iar cele cu granulaie maxim (12) au 120Md m .

1.4. Materiale i tehnologii de obinere a electrozilor pentru prelucrarea prin

electroeroziune

Un factor esenial care influeneaz procesul de prelucrare dimensional prin

electroeroziune este tipul de material folosit pentru obiectul de transfer precum i procedeul de

confecionare a acestui electrod 23].

La prelucrarea prin eroziune electric pot fi utilizai n mod practic ES din orice material

bun conductor de electricitate sau semiconductor i cu o conductivitate termic bun.

Fig. 1.3. Metoda de obinere a electrodului-scul

Pe considerentul condiiilor specifice de munc, n procesele de eroziune apar probleme

complexe rezultate din proprietile fizice i mecanice ale materialului, din care este executat

obiectul de transfer. Cele mai frecvente proprieti luate n considerare sunt: proprietile fizice

i mecanice.

Pn n prezent, materialul cel mai frecvent folosit n lume pentru a se confeciona obiecte

de transfer este cuprul electrolitic, pe considerentul accesibilitii lui, uurinei de prelucrare

precum i costului acceptabil 26].

Electrozii din cupru se caracterizeaz totui printr-o mare uzur volumic, ceea ce

atrage dup sine o precizie mic de prelucrare. n prezent un mare accent n producia de

electrozi s-a pus pe elaborarea unor materiale compozite policomponente care asigur un mare

randament de prelucrare precum i o uzur mic a electrodului. Aceste materiale sunt produse

dup metoda metalurgiei pulberilor.

22

Materialele compozite de baz sunt: metalice (cuprul i aliajele sale, aluminiul i

aliajele sale, oelul, fonta, aliaje pe baz de zinc, aliaje pe baz de staniu, wolfram, molibden,

pulberi metalice sinterizate, carburi metalice), nemetalice (grafitul) i combinaii metaluce i

nemetalice (pulberi din grafit i pulberi din cupru).

ES confecionai din diferite materiale se recomand a fi utilizate cum urmeaz: cei din

cupru prelucrrii dimensionale de degroare, alam prelucrrii de finisare, din Al la prelucrarea

pieselor din oel, Wolfram la prelucrarea gurilor i fontelor i cei confecionai din grafit la

prelucrri de degroare i finisare.

n ultimul timp s-a constatat faptul c electrozii din grafit sunt tot mai des utilizai.

Utilizarea ES executai din grafit i cupru prezint un ir de avantaje: insensibilitatea la

ocuri termice, pstreaz proprietile mecanice la temperaturi ridicate, deformaiile n timpul

prelucrrii sunt foarte mici, greutatea electrozilor-scul este mic, posibilitatea fixrii n

dispozitive interschimbabile pentru prelucrare i exploatare, posibilitatea obinerii unor electrozi

cu profile complexe i grosimi foarte mici, uor de prelucrat, cost sczut.

Electrozii din grafit i cupru prezint avantaje destul de evidente fa de restul

materialelor n ceea ce privete exploatarea lor. Datorit acestui fapt cele mai utilizate materiale

pentru confecionarea electrozilor n vederea prelucrrii prin eroziune electric sunt cuprul i

grafitul.

1.8. Metode de proiectare a electrozilor-scul pentru prelucrarea dimensional

Calculul poate fi ndeplinit prin metoda analitic i grafoanalitic [24, 25].

Calculul analitic al electrodului scul. Profilul, geometria i dimensiunarea unei pri

de lucru a electrodului scul reprezint cele trei grupe de factori importani care trebuie

asigurai n procesul proiectrii. Dimensiunile sculei vor fi o copie a piesei numai de dimensiuni

mai mici. n caz general dimensiunile nominale ale electrodului scul, ntr-o seciunie

transversal se determin cu relaia:

min2 ZAB , (1.20)

n care A este dimensiunea prescris a elementelor piesei pe desen;

mrimea interstiiului (I);

minZ adaosul de prelucrare minim obinut la prelucrarea anterioar.

Semnul plus se ea la prelucrarea suprafeelor exterioare, iar semnul minus pentru

obinerea profilelor interiore.

Suma minZ reprezint creterea dimensiunilor coreciei electrodului scul, n

care:

23

HRZ maxmin ,

(1.21)

unde: maxR este rugozitatea nalt a prelucrrii suprafeei;

H zona de influen termic.

Lungimea l (mm) a prelucrrii unei pri a electrodului scul se determin cu relaia:

hhl

100

, (1.22)

n care h este grosimea piesei brute;

viteza uzurii liniare a electrodului scul, %.

Pentru determinarea mrimii B trebuie de tiut valorile pentru i minZ .

n tabelele 19 i 21 [21] sunt prezentate reducerile la valorile dimensiunilor i formei

prilor de lucru a electrodului scul.

Calculul analitic al volumului electrodului scul i alctuirea valorii coreciei acestuia

poate fi ndeplinit dup trei modele de interpolare.

Calculul grafoanalitic a electrodului scul. Acest calcul se execut n felul urmtor:

desenm cele necesare n proiecie i profilul n scara de lucru n adncitur (orificiu);

dup tabelul 25 [22] experimental sau calculat i determinm i ;

dup normala la suprafaa prelucrat adncirii (orificiu) se depune dimensiunile

jocului i ;

se construiete linia variaiei formei capetelor electrodului scul, pn la suprafaa

lateral a sectorului de suprafa; orice punct de variaie a jocului i poate fi calculat cu relaia:

Fig. 1.4. Tipurile I de SEE orificii:

A A nceputul direciei verticale de evacuare a lichidului; - nceputul jocului lateral;

h=1mm de la A A; - seciunea capetelor interstiiului; l lungimea vertical a

distanei de evacuare a lichidului; - jocul lateral.

24

k

ii

l

l)( , (1.23)

unde: il este distana de la suprafaa frontal pn la punctul de calculat al profilului adnciturii;

kl lungimea conturului adnciturii semifabricatului.

Alegerea electrodului scul la REE. Diametrul discului se alege din calculul necesar

aprovizionrii vitezei de lefuire a discului, care se afl la limita s

mv 5040 . Diametrul

discului ESd se calculeaz dup formula 0

0

n

vdES

,

unde 0n este frecvena de rotaia a axului principal a mainii unelte.

Alegerea electrodului scul la prelucrarea electroeroziv de debitare. Diametrul

discului electrodului scul se determin ca i diametrul REE. Grosimea discului se afl n

limitele de la 1,5 pn la 50mm.

Alegerea conductorului pentru electrodul scul. De la DEE pe lng alegerea

electrodului scul i regimul electric de lucru a generatorului necesit determinarea

materialului i diametrul, i chiar efortul tensiunii i viteza de bobinare a firelor electrodului

scul. n tabelul 26 [22] informaii recomandate pentru alegerea acestor parametri ce asigur

rugozitatea suprafeei prelucrate mRa 5,3 .

Alegerea electrodului scul pentru durificarea electroeroziunii materialului.

Materialul electrodului scul se alege, reeind din proprietile durificrii suprafeei, forma i

dimensiunile ce se observ comoditatea de alimentare a electrodului scul la prelucrarea

semifabricatului i construcia diferit a lui.

Calculul de uzur a electrodului scul. Transformarea n procesul prelucrrii

electroeroziunii dimensiunile geometrice a electrodului-scul cu scderea preciziei de prelucrare

a electroeroziunii. Uzura a electrodului scul depinde de materialul electrodului-scul, de

form i UW , ca i viteza de pompare i gradul de poluare i a presiunii de lucru.

Gradul uzurii se evaluiaz ca raportul volumic de uzur i se determin cu relaia, ca

uzur volumic relativ:

%100

ms

ES

V

V . (1.24)

La strpungerea prin EE a orificiilor este mai comod a folosi valoarea absolut a uzurii

liniare:

%100..

.

opa

ES

l

l , (1.25)

25

unde: ESV este volumul electrodului scul;

smV .. volumul metalului nlturat din semifabricat;

ESl transformarea dimensiunilor liniare a electrodului scul n procesul de lucru;

opal .. adncitura de perforare a orificiului.

Uzura electrodului scul din cupru crete la mrirea vitezei de pompare a lichidului de

lucru, iar cea a electrodului scul din grafit scade.

1.9.Procedee de prelucrare superficial cu aplicarea DEI

(descrcrilor electrice n impuls)

1.9.1. Durificarea prin descrcri electrice n impuls

Realizarea acoperirii muchiilor active a matrielor sau sculelor cu depuneri de materiale

dure conduce la majorri semnificative ale duratei de folosire a lor, ct i la mbuntirea

calitii prelucrrii n sine. Experiena mondial, materializat n acest scop de productorii

consacrai de instalaii pentru durificare cu metale dure (KARBIDUR - Elveia, TUKADUR -

Germania, ELFA - Bulgaria, ELITRON - Moldova) stau mrturie rezultatele lor spectaculoase

pe care le ofer metoda.

1.9.2. Funcia procedeului de lucru

Principiul metodei de durificare prin descrcri electrice n impuls (DEI) este deosebit

de accesibil, n esen bazndu-se pe efectul de eroziune de natur electric, n urma cruia apare

un transfer controlat de material dinspre electrodul-scul (ES) nspre electrodul pies (EP) (fig.

1.5).

Astfel, sub influena unui cmp electric datorat unui generator de impulsuri comandate

se creeaz posibilitatea apariiei descrcrilor sub form de microcanale de plasm. n interstiiul

de lucru a ES-EP se va produce transferul materialului dur de aport spre suprafaa piesei de

durificat.

Deplasarea electrodului-scul pe suprafaa piesei va urma traiectoria conturului

durificat, asigurndu-se respectarea unui interstiiu de lucru necesar desfurrii optime a

procesului de formare a canalelor de plasm, cauzate de energia impulsurilor produse de

descrcrile electrice dintre electrodul scul i electrodul pies. Calitatea depunerii depinde

esenial de meninerea unei distane constante i permanent controlate ntre electrodul scul i

electrodul pies.

26

Fig.1.5. Schema de lucru la durificarea cu descrcri electrice n impuls [29]

Caracteristica acestei metode este faptul c la formarea acoperirilor nu apar schimbri

liniare sau de volum ale materialului supus durificrii. Pentru a se putea realiza durificarea prin

descrcri electrice n impuls, trebuie ndeplinite urmtoarele condiii:

conductibilitatea nalt a piesei ce se prelucreaz, cu ct conductibilitatea este mai

mare cu att sunt mai mici pierderile de energie electric;

nainte de durificare scula trebuie supus prelucrrii termice standard;

scula (placa sau poansonul) s nu prezinte neuniformiti sau defecte;

suprafeele supuse durificrii trebuie s fie degresate cu benzin sau alcool tehnic

pur.

Dac suprafeele au acoperiri de protecie sau sunt acoperite cu rugin, trebuie s se

curee mai nti cu foaie abraziv.

Prelucrarea se poate realiza att cu partea frontal a electrodului ct i cu partea

cilindric. n primul caz electrodul se poziioneaz perpendicular pe suprafaa prelucrat, iar n al

doilea caz se poziioneaz paralel cu suprafaa de durificat (fig.1.6).

Durificarea prin descrcri electrice n impuls se poate realiza:

n regim de contact electric;

n regim de subexcitare (fr contact).

De asemenea durificarea se poate realiza:

manual cu ajutorul unui pistol vibrator;

automat cu ajutorul mainilor de durificat.

La durificarea manual pistolul vibrator se plimb pe suprafaa ce urmeaz s se

durifice, cu o uoar apsare, realizndu-se depunerea pe suprafaa respectiv. Datorit depunerii

manuale apar o serie de inconveniente cum ar fi:

duritatea insuficient a acoperirii;

27

grosimea neegal a acoperirii;

dependena acoperirii de calificarea i starea operatorului.

Fig.1.6. Poziionarea electrodului [29]

Aceste neajunsuri sunt nlturate de mainile de durificat. Caracteristic depunerile cu

aceste maini este faptul c electrodul se rotete (400-4000) rot/min nbuntindu-se astfel

simitor calitatea acoperirii datorit eroziunii uniforme pe suprafaa electrodului. Interstiiu de

lucru este meninut de un sistem electronic, asigurndu-se evitarea apariiei scurtcircuitului ntre

electrozi, precum i mrirea productivitii procesului. Maina este dotat cu lanuri cinematice

pentru deplasarea electrodului pe cele trei direcii, asigurndu-se astfel o vitez de lucru

constant. La durificarea sculelor i a elementelor active ale tanelor i matrielor cu maina,

trebuie s se respecte urmtoarea succesiune tehnologic:

se determin suprafaa care trebuie durificat;

se determin tipul electrodului de prelucrat;

suprafaa supus durificrii se cur i se degreseaz;

se alege dispozitivul adecvat;

se determin regimul de durificare i se regleaz maina pentru acest regim;

se execut durificarea i se face un control vizual al calitii stratului depus (cu lupa

sau la microscop).

La durificare exist posibilitatea ca stratul depus s nu corespund din punct de vedere

al calitii, datorit urmtoarelor cauze:

duritate necorespunztoare a piesei supus durificrii;

existena poriunilor cu defecte pe suprafaa supus durificrii;

alegerea incorect a regimului de prelucrare;

suprafaa de durificat murdar (substane organice, oxizi, acoperiri de protecie);

alegerea incorect a materialului electrodului;

28

trasarea imprecis a muchiei achietoare cu electrodul, rezultnd o densitate mic a

acoperirii sau teirea muchiei achietoare.

1.6.3. Stabilirea tipului de electrozi

Proprietile i parametrii calitativi ai depunerii depind n mare msur de compoziia,

structura i geometria electrodului folosit. La aplicarea acoperirilor rezistente la uzur ca

materiale pentru electrozi se folosesc aliaje dure mono i bicarbide (VK6M, VK20 respectiv

T5K10, T15K6 etc.). Este posibil, de asemenea, aplicarea unor aliaje dure nestandardizate 8].

Electrozii se execut sub forma unor baghete cilindrice, cel mai des folosindu-se

electrozi cu diametrul de 0,8-1 mm, dar putndu-se utiliza i electrozi de 0,5...2 mm. Diametrul

electrodului se alege n funcie de diametrul craterelor care apar la descrcarea electric ntre

electrod i pies. La aplicarea unor electrozi cu diametre mai mari de 1,5 mm se nrutete

densitatea acoperirii. Cel mai utilizat material pentru electrozi este VK20 indiferent de sculele

supuse durificrii. Pentru sculele achietoare se mai pot folosi i electrozi din VK6M sau T15K6.

Pe lng aceste tipuri de electrozi se mai pot utiliza aa electrozi ca cupru, argint, wolfram,

nichel, grafit etc. Nectnd la faptul, c sunt menionate un ir de materiale i respectiv diametre

i forme ale E-S, nu se stabilete modul de proiectare a acestuia.

1.6.4. Parametrii regimului de lucru la durificarea prin descrcri electrice n impuls

Realizarea unei depuneri corespunztoare din punct de vedere calitativ trebuie s in

cont de parametrii de regim care intervin n mod direct n procesul de durificare [8]:

a) parametrii electrici:

capacitatea bateriei de condensatoare C (F);

intensitatea curentului de lucru I (A);

b) parametrii temporali:

durata impulsului (s);

c) parametrii tehnologici;

turaia electrodului n (rot/min);

viteza de deplasare v (mm/rot);

dimensionarea electrodului-scul.

Dup caz, se pot adopta regimuri mai moderate pentru scule de finisare, n vederea

obinerii unei rugoziti mici i regimuri mai intense pentru sculele de degroare la care

rugozitatea nu este foarte important.

La alegerea regimului de lucru se ine cont i de urmtoarele momente:

29

cu mrirea turaiei electrodului crete cantitatea de material depus;

creterea curentului i a tensiunii duc la mrirea grosimii;

mrirea frecvenei impulsurilor determin creterea cantitii de material transferat la

catod.

1.7.Electrozi-scul utilizai la alierea superficial prin electroeroziune

Tipurile de electrozi-scul utilizate la alierea prin electroeroziune. Pentru

conducerea stabil a procesului de aliere cu scnteie electric este necesar contactarea periodic

a electrodului cu piesa, aceasta se realizeaz utiliznd mecanisme speciale. La ele se refer

oscitatorul de vibraii i corpurile rotative cu muli electrozi [21].

La alierea cu oscilator de vibraii lovirea electrodului de pies produce depunerea

materialului detaat de descrcarea prin scnteie electric de la anod la catod, ceea ce contribuie

la mbuntirea parametrilor tehnologici ai nveliului. Alierea cu capete rotative creaz

ntinderea materialului transportat pe suprafaa piesei, ceea ce contribuie la mbuntiria

purificrii stratului aplicat.

n procesul dezvoltrii tehnicii de vibraie a fost creat o mare diversitate de excitatori

de vibraie, care pot fi clasificai dup urmtoarele criterii:

dup numrul maselor ce oscileaz;

dup numrul coordonatelor ce oscileaz (de la una pn la ase coordonate);

dup caracterul structurii interne (ce se exprim prin ecuaie diferenial, liniar i

neliniar);

dup libertatea deplasrii de-a lungul coordonatelor ce variaz fr lovituri i cu

lovituri de vibraii;

dup principiul de excitri cinematice, dinamice, parametrice, autooscilatoare;

dup caracterul forei de excitaie, dup semnul forei de excitaie cu semne ce

alterneaz i cu semn constant;

dup forma forei de excitaie sinusoidale, cu impulsuri, alte periodici;

dup metoda crerii rezistenei elastice (remanente) cu elemente mecanice elastice

(arcuri, resorturi, arcuri de torsiune), cu sisteme remanente pneumatice, electrodinamice,

magnetostatice i cu sisteme neremanente (alterneaz numai semnul);

dup metoda crerii forei de excitaie mecanice, electromagnetice, pneumatice,

hidraulice, ineriale, electrodinamice, magnetodinamice, magnetostrictive, piezoelectrice .a.

Ultimele dou criterii de clasificare determin diversitatea excitant a construciilor

excitatorilor de vibraie.

30

Pentru alegerea celor mai acceptabile construcii ale excitatorilor de vibraii pentru

alierea cu scnteie, s cercetm particularitile de lucru ale lor la aliere i prescripiile impuse

pentru procesul dat.

Cei mai importani indici tehnologici ai instalaiilor alierii cu scnteie sunt: puritatea

depunerii aplicate la aliere i productivitatea procesului.

Astfel la o frecven constant a impulsurilor de eroziune, unei productiviti mai nalte

a instalaiei i corespunde o suprafa mai brut. Putem mpedica acest lucru dac odat cu

micorarea energiei impulsurilor vom spori frecvena lor. Cercetrile au artat c n mare msur

productivitatea instalaiei crete proporional cu frecvena impulsurilor de eroziune, iar puritatea

prelucrrii suprafeeie rmnnd neschimbat. Pentru realizarea acestor condiii este necesar un

excitator de vibraie de frecven nalt. ns funcionarea instalaiei la o frecven sporit, mai

ales la o energie mare a impulsurilor, poate duce la supranclzirea electrodului i nrutirea

calitii stratului aliat, deaceea pentru fiecare regim electric trebuie s-i corespund o frecven a

vibraiilor bine determinat. Astfel diapazonul de frecvene al instalaiilor trebuie s fie ntre 20

i 1000Hz i mai mult, dar deoarece reacordarea excitatorului de vibraie la schimbarea

regimurilor electrice i deci la schimbarea frecvenei de vibraie, poate condiiona incomoditi

operatorului i s complice construcia excitatorului de vibraie.

De asemenea excitatoarele de vibraii trebuie s fie universale, nu prea scumpe i

rezistente, adic s aib aceeai capacitate de abatere la alierea manual i automatizat.

Excitatorul de vibraii care corespunde cel mai mult cerinelor n diapazonul de

frecvene de pn la 1000Hz este excitatorul de vibraii electromagnetic, de aceea el se utilizeaz

pe larg n instalaiile pentru alierea cu scntei.

n diapazonul 1000-5000Hz un excitator de vibraii cu perspectiv poate fi cel

electrodinamic, n diapazonul ultrasunetelor i cel magneto.

De asemenea se cunoate i folosirea la aliere a altor tipuri de excitatoare cu vibraii, n

particular mecanice dar din cauza unor neajunsuri ale lor ele n-au primit utilizare larg.

1.8. Electrozi-scule aplicai la formarea depunerilor

Printre variantele existente de formare a straturilor de depunere din pulberi cu aplicarea

descrcrilor electrice n impuls pot fi evideniate dou grupe: cu rupere de contact, la care

pulberea este liber turnat pe suprafaa de prelucrat [27] sau cu rupere de contact la care pulberea

este alipit prealabil de supafaa prelucrat i apoi prin contactrile periodice a electrodului-

scul i dezvoltarea descrcrilor elctrice n impuls este topit i depus pe suprafaa piesei cu

formarea stratului depunerii [15]. Cea de-a doua variant presupune utilizarea pulberilor fine i

31

prezena unui liant care influieneaz compoziia chimic i proprietile stratului format. La

realizarea primei variante materialul pulberii este consumat neeconom.

Autorii lucrrii [28] au propus un procedeu de formare a depunrilor din pulberi cu

aplicarea descrcrilor electrice n impuls cu rupere de contact esena cruia const [28] n aceea,

c materialul pulverulent se introduce ntre electrozi n zona de aciune a descrcrilor n

momentul deplasrii electrodului-scul (anod) n jos spre suprafaa piesei-catod (fig. 1.7). Acesta

se realizeaz uor cu instalaiile industriale de tipul EFI i Elitron, port sculele crora sunt dotate

cu dispozitive speciale de alimentare a interstiiului cu pulberi.

Deoarece procesul de formare a depunerilor i calitatea acestora sunt funcie de precizia

de dozare a pulberii i introducerea continu sau sacadat a acesteea n interstiiu vom analiza

cteva scheme tehnologice de realizare a acestui procedeu. n unul din cazuri, materialul pulberii

se introduce n zona de prelucrare prin electrozi tubulari (schema axial de introducere) (fig. 1.8)

aceasta permite o prelucrare mai complet a pulberii, deoarece ieirea pulberii din electrodul-

scul totdeauna are loc n zona de aciune a canalului de plasm al descrcrii electrice n impuls.

Fig. 1.7. Dispozitiv pentru formarea depunerilor cu rupere de contact din pulberi cu introducerea

dozat a acesteea n interstiiu n perioadele de apropiere a electrozilor: vibrator (1); alimentator

cu pulbere (2); tub de racordare (3); clapet (4); prghie (5); pies de prelucrat (6)

Cercetrile experimentale au demonstrat, c aceast schem de introducere a pulberii n

interstiiu este mai efecient la formarea depunerilor pe suprafee plane. Nectnd la simplitatea

realizrii acestui procedeu el necesit fabricarea electrozilor-scule tubulari executai din acelai

material cum i cel de fabricare al pulberii pentru a evita influiena materialului acestuia asupra

compoziiei i proprietilor depunerilor formate.

32

Fig. 1.8. Dispozitiv pentru formarea depunerilor din pulberi cu ntroducerea dozat a materialului

dispers prin electrodul tubular: vibrator (1); alimentator cu pulberi (2); element de dozare (3);

electrod (4); pies de prelucrat (5).

Fig. 1.9. Schema introducerii frontale a materialului dispers: 1) vibrator; 2) alimentator de

pulberi; 3) element de dozare; 4) niplu; 5) electrod; 6) piesa de prelucrat

Un caz aparte l prezint, schema de introducere a pulberii n interstiiu prin partea

lateral sau prin partea frontal a electrodului-scul (fig. 1.9) crend astfel posibilitatea ca la

contactarea electrozilor i amorasarea descrcrii electrice n impuls, canalul de plasm al

acesteea s atace suprafaa de prelucrat a piesei, deja acoperit cu pulberi.

Aceste scheme de introducere a pulberii n interstiiu sunt mai tehnologice i permit

aplicarea depunerilor i pe suprafeele pieselor cilindrice (fig. 1.10). Ultima schem de realizare

a procedeului permite mecanizarea procesului de formare a depunerii i i asigur stratului

format continuitate deplin i uniformitate dup grosime. n scopul realizrii celor menionate

mai sus dozatorul cu pulbere este instalat n aa mod, ca getul de pulberi s ptrund n interstiiu

tangenial la suprafaa piesei de prelucrat. Particulele de pulberi, nimerind n interstiiu, sub

aciunea schimbului de cldur cu plasma descrcrilor electrice n impuls i cldurii Joule-Lentz

33

degajate pe rezistena activ a acestora la parcurgerea lor de ctre curentul descrcrilor electrice

n impuls se topesc. Sub aciunea forelor electodinamice sunt transferate pe suprafaa de

prelucrat a piesei i interacionnd cu faza licid a materialului acesteea formeaz stratul de

depunere.

Fig. 1.10. Schema formrii depunerii pe suprafeele de rotaie a pieselor cilindrice:

1) pies (catod); 2) alimentator cu pulbere; 3) anod; 4) vibrator; 5) strat aliat

Schemele tehnologice prezentate mai sus permit realizarea dozrii relativ fine i

introducerii pulberii n interstiiu ns, pentru fiecare caz aparte (regim de formare a depunerii i

material al piesei de prelucrat) debitul pulberii din dozator se determin n mod experimental

reeind din condiia de prelucrare i cea de utilizare maxim a pulberii 35, 36].

Comparnd rezultatele obinute la formarea depunerilor din materiale compacte cu cel al

formrii straturilor cu aplicarea pulberilor pot fi puse n eviden un ir de avantaje ale ultimului.

De exemplu, acesta asigur formarea depunerilor pe suprafeele pieselor executate din

materiale uor fuzibile cum ar fi aluminiul i magneziul, din motivul redistribuirii energiei

degajate n interstiiu ntre canalul de plasm, suprafeele electozilor i particulele de pulberi.

Acest efect condiioneaz micorarea energiei de activare a suprafeei prelucrate ce

condiioneaz eroziunea mai mic a acesteea.

Pe de alt parte, considerabil se uureaz formarea depunerilor (cu grosimea de

0,20,3 mm) din pulberi executai din materiale uor fuzibile (cositor, plumb, cadmiu, stibiu

.a.) pe suprafeele pieselor executate din aliajele de construcie. Prelucrarea cu electrozi

compaci din materialele enumerate este neefectiv, iar n unele cazuri practic imposibil. n

timpul impactului cu suprafaa piesei de prelucrat electrozii-scule se deformeaz. n afar de

aceasta, din cauza temperaturii de topire joase a anodului, prelucrarea chiar i la regimuri cu

valori minime ale energiei descrcrii (1,00,1 J) provoac transferul unei cantiti

considerabile a fazei lichide de material de depunere la o descrcare solitar i, ca urmare,

formarea unor depuneri cu denivelri.

34

Este necesar a pune n eviden posibilitatea formrii depunerilor cu mai multe faze din

amestecuri de pulberi executate din diferite materiale. De exemplu, la alierea superficial cu

aplicarea descrcrilor electrice n impuls la introducerea n interstiiu a pulberilor din metale

uor fuzibile (cositor, stibiu) i metale greu fuzibile sau cu compuii lor (Ti, Zr, TiC, ZrC) au fost

realizate depuneri compozite cu structuri eterogene.

1.9. Electrodul scul aplicat la formarea depunerilor n regim de subexcitare

Cercetrile anterioare au demonstrat c n procesul formrii straturilor de depunere n

cmp electric constant are loc o lipire a particulelor pe suprafaa de lucru a electrodului-scul sau

alipirea particulelor cu formarea depunerii [29], ceea ce conduce la nerespectarea regimului de

prelucrare. A fost evideniat influena asupra acestor efecte, a materialului sculei i a

dimensiunilor acesteia. Procesul formrii depunerilor pe anod este explicat pe baza nclzirii lui

datorit energiei descrcrii fr a ine seama de efectul Joule- Lentz, determin valoarea medie

a intensitii curentului ce curge n scul i pies 7].

Pentru aceast variant a formrii depunerilor, mai durabil s-a dovedit a fi electrodul

cilindric din cupru ajustat sub unghi de 15...20 fa de axa piesei.

Mai trziu a aprut necesitatea de a se transmite acestuia o micare de rotaie [30, 38],

astfel nct pentru primele instalaii experimentale a fost recomandat elecrodului-scul de form

conic (figura 1.11, a) avnd o micare de rotaie 43]. ncercrile ndelungate ale acestor

instalaii au evideniat neajunsurile eseniale ale acestor electrozi-scul. n primul rnd sub

aciunea descrcrilor electrice are loc o eroziune a vrfului conului, n urma creia se modific

valoarea interstiiului i configuraia cmpului electric la anod 44]. Studiul aprofundat al

fenomenelor electroeroziunii a demonstrat c acestea reprezint o parte component a procesului

formrii depunerilor pentru S=0,1...0,5 mm. n al doilea rnd, se constat c lucrnd cu frecvene

i energii relativ mari ( f= 15...20 Hz, W>1...2 J), are loc o nclzire a electrodului-scul conform

legii lui Joule-Lentz care determin topirea, oxidarea i distrugera acestuia. Aceti factori nu

permit prelucrarea ndelungat n scopul obinerii stratului. Omiterea total sau parial a acestor

factori, evident poate fi realizat prin conceperea unei scule la care suprafaa de lucru se

nnoiete continuu. Obinerea n practic a acestei idei [8, 38, 68, 45-47] s-a materializat prin

realizarea anodului-scul sub form de disc rotitor (figura 1.11, b).

Avantajele acestui electrod fa de cel conic sunt evidente, deoarece el permite

desfurarea procesului n aa fel nct fiecare descrcare s nceap de pe o suprafa nou ce a

avansat n zona de lucru a interstiiului. Pentru satisfacerea acestei cerine este necesar s se

calculeze viteza linear, cu relaia:

35

v=60dzf m/min, (1.26)

unde: dz este diametrul zonei de interaciune a plasmei cu anodul la o descrcare singular;

f frecvena descrcrilor.

Alegerea unui anumit regim de lucru al electrodului asigur participarea ciclic a

poriunilor de suprafa n procesul tehnologic.

Datele privind influiena materialului din care este realizat electrodul-scul asupra

eroziunii i depunerii particulelor pe suprafaa de lucru, coincid cu cele din cazul aplicrii

cmpului electrostatic [31] (fig. 1.39). Din figur se constat c din punct de vedere al eroziunii

i al depunerii particulelor, materialele studiate se comport la fel.

Fig. 1.11. Electrodul-scul penrtu formarea straturilor de depuneri din pulberi:

a) elecrod-scul (anod) conic; b) elecrod-scul (anod) disc

36

Att curba 1, care descrie reducerea masei elecrodului-scul (anod) din cauza eroziunii,

ct i curba 2 care indic creterea acesteia pe seama depunerii particulelor 48], pot fi

aproximate cu relaia:

n

E Bm , (1.27)

unde B este coificientul de acumulare a cldurii care poate fi calculat cu expresia [32]:

B= lc, (1.28)

n care l , ,c sunt respectiv capacitatea termic specific, densitatea i conductivitatea termic

a materialului de execuie a electrodului-scul.

Din analiza rezultatelor cercetrilor experimentale se observ uor c, cu ct este mai

mare coeficientul de acumulare a cldurii a materialului de execuie a electrodului-scul, cu att

mai mare este rezistena lui la eroziune i respectiv pe suprafaa lui se alipete o mai mic

cantitate de particule de pulberi la formarea depunerilor. Ultima constatare experimental

conduce la necesitatea elaborrii de noi aliaje care ar satisface aceast prescripie 50].

n ultimul timp prelucrrile superficiale cu aplicarea DEI i-au gsit un nou domeniu de

utilizare, i anume la formarea straturilor de oxizi. La acest tip de prelucrri electrodul-scul are

forma suprafeei capului de lucru ca una conjugat a suprafeei piesei de prelucrat. ntre aceste

componente ale sistemului tehnologic nu exist micri relative deoarece prelucrarea este

realizat prin migrarea canalului de plasm pe suprafaa prelucrat a piesei cu formarea peliculei

Fig. 1.12. Dependena cantitii de pulbere depus pe elecrodul-scul (anod) 2 i a eroziunii

masice a acestuia 1, n funcie de coeficientul de acumulare a cldurii 31]

37

de oxizi. Formarea peliculei de oxizi are loc la interaciunea ionilor de oxigen din canalul de

plasm al descrcrilor electrice n impuls cu suprafaa prelucrat a piesei.

Cimentarea suprafeelor se execut cu utilizarea electrozilor-scule confecionai din

grafit-tehnic. Acesta servete pentru introducerea n interstiiu a energiei de efect i saturarea

suprafeei prelucrate cu carbon, din care motiv este necesar meninerea mrimii constante a

interstiiului. n scopul asigurrii acestui deziderat electrodul-scul se realizeaz sub form de

bar sau disc rotitor.

38

Concluzii capitolul I:

Analiznd literatura de specialitate putem face urmtoarele concluzii:

prelucrrile tehnologice cu aplicarea efectului electroeroziunii s-a bifurcat n dou

direcii principale: prelucrarea dimensional i modificarea proprietilor suprafeei;

prima direcie (prelucrarea dimensional) este dezvoltat pe larg i aplicat n

practic pe cnd cea de-a doua are un caracter mai puin desvrit att din punct de vedere a

utilajului aplicat ct i dotrilor tehnice;

att pentru prima direcie ct i pentru cea de-a doua electrozii-scul aplicai

(constructiv, mod de execuie, material de execuie, dimensionare, etc.) joac un rol important n

obinerea rezultatului scontat;

pentru prima direcie exist metodologia de proiectare i elaborare a electrozilor-

scule, atunci pentru cea de-a doua se ntlnesc doar constatri secveniale;

se impune stabilirea clar a principiilor de proiectare i elaborare a electrozilor-scule

pentru cazul prelucrrilor superficiale (formare a depunerilor din materiale compacte i pulberi,

modificarea microgeometriei suprafeelor i aplicarea tratamentelor termice i chimico-termice).

39

II. STRATEGIA CERCETRILOR EXPERIMENTALE

2.1. Standul experimental i componentele lui

Pentru efectuarea cercetrilor privind modificarea microgeometriei suprafeelor pieselor

metalice sub aciunea descrcrilor electrice n impuls, a fost proiectat i elaborat o instalaie

experimental, vederea general a crei este prezentat n figura 2.1. Instalaia este alctuit din

urmtoarele pri principale: generatorul de impulsuri de tipul-RC (1); blocul de amorsare (2);

blocul de comand (3) i autotransformator (4). Blocul de comand permite reglarea fin a

frecvenei de descrcare n limitele 1...300 Hz. Schema electric a instalaiei este prezentat n

figura 2.2. Dac ne referim la aceast schem, se observ c blocul de comand este destinat nu

numai pentru variaia frecvenei de descrcare, dar permite i efectuarea sincronizrii

impulsurilor de amorsare cu impulsurile de putere 33].

Generatorul de impulsuri este alctuit din urmtoarele elemente: autotransformatorul

(T1), transformatorul de putere (T2), redresorul (D1-4), rezistena de balast (R1), bateriile de

condensatoare (C1-C6), ntreruptoarele (k1-k6), blocul de diozi (D5), dioda (D6), tiristor (D7).

Blocul de amorsare conine urmtoarele elemente: transformatorul (T4), redresor (D9-

12), capacitatea (C7), tiristor (D8), transformatorul de tensiune nalt (T3).

Principiul de funcionare a generatorului se bazeaz pe acumularea unei cantiti mari

de energie electric pe bateria de condensatoare i descrcarea ei ntr-un impuls de durat scurt

( = 220s). De la o surs de curent continuu, care este format din autotransformator (T1),

transformatorul de putere (T2) i redresor (D1-4), sunt alimentate, prin impedana de ncrcare

(R1), capacitile (C1, C2, C3, C4, C5, C6), n dependen de poziia ntreruptoarelor (k1-6).

Autotransformatorul (T1) permite reglarea fin a tensiunii de lucru i alimenteaz

generatorul de impulsuri. Blocul de diode (D5) este destinat pentru protejarea generatorului de

ptrunderea tensiunii nalte n acesta. Rezistena (R1) are funcia de limitare a curentului de

ncrcare, ceea ce mpiedic transformarea descrcrii electrice n impuls n descrcarea prin arc

electric.

40

Fig. 2.1. Vederea general a instalaiei: (1-generatorul de impulsuri de tipul RC;

2-blocul de amorsare; 3-blocul de comand; 4-osciloscop).

n procesul funcionrii instalaiei are loc ncrcarea simultan a bateriei de

condensatoare (C1-C6) i (C7). Blocul de comand emite un semnal care provoac deschiderea

tiristorului (D8).

Fig. 2.2. Schema electric principal a instalaiei

1- generator de impulsuri de putere; 2- blocul de amorsare

Datorit acestui fapt, capacitatea (C7) se descarc prin bobina primar a

transformatorului de tensiune nalt (T3) i prin ea ncepe s circule curentul electric 8, 38].

Acest curent electric provoac apariia tensiunii nalte (de strpungere) la bornele bobinei

secundare, care se unesc respectiv cu anodul i catodul instalaiei de cercetare. Datorit tensiunii

nalte, are loc strpungerea interstiiului i formarea canalului de conductibilitate. n acelai

41

moment, blocul de comand emite un alt semnal, care provoac deschiderea tiristorului (D7) i

descrcarea bateriei de condensatoare (C1-C6), cu formarea impulsului de baz. Dup aceasta,

procesul se repet din nou. Defazajul dintre momentele de deschidere a tiristorului (D7) i

tiristorului (D8) este foarte mic i poate fi reglat n limitele largi, datorit blocului de comand.

Schema electric a blocului de comand este prezentat n figura 2.3. Blocul de comand const

din urmtoarele pri componente: generatorul de impulsuri de putere mic (1); blocul de reinere

a impulsurilor (2); blocul de formare a impulsurilor de putere (3).

Generatorul genereaz impulsuri de durat scurt, frecvena crora se stabilete cu

ajutorul rezistorului R1. Acest generator este elaborat n baza elementului logic K1567.

Fig.2.3. Schema electric a blocului de comand.

Blocul de reinere a impulsurilor (2) permite de a efectua defazajul ntre dou impulsuri

identice. Deplasarea impulsurilor unul fa de altul se efectueaz cu ajutorul rezistorului R2.

Blocul de formare a impulsurilor de putere (3) reprezint un amplificator de putere. Trecnd prin

acest bloc, impulsurile generate de generator i defazate unul fa de altul se amplific.

42

2.2. Partea mecanic a standului experimental

Pentru variaia mrimii interstiiului, n procesul cercetrilor sa utilizat dispozitivul care

este reprezentat n figura 2.4. Dispozitivul dat a fost confecionat n baza unui microscop cu

scopul stabilirii precise a distanei dintre electrozi. Acest dispozitiv permite fixarea electrozilor

sub form de bare, bile i n form de srm ntins orizontal n dispozitive de ntindere (1).

Masa de lucru (4) n procesul cercetrilor se deplasa att longitudinal ct i transversal, cu scopul

obinerii meniscurilor unitare pe suprafaa anodului. Cu ajutorul mnerului (2) se efectua reglarea

brut a interstiiului.

Fig.2.4. Dispozitiv pentru variaia interstiiului n baza microscopului: 1- dispozitive de ntindere

a electrozilor sub form de srm; 2 - mner de reglare brut a interstiiului; 3- mner de reglare

fin a interstiiului; 4- masa de lucru

Pentru reglarea fin (precis) a interstiiului se folosete mnerul (3). Msurarea

interstiiului se efectua cu ajutorul unui comparator cu cadran cu precizia de 0,01mm. Dup

stabilirea interstiiului, mrimea lui se controla permanent cu ajutorul microscopului de msurat

MPB-2.

Pentru siguran, n procesul msurrilor electrozii au fost legai la un indicator de

curent i adui n contact n stare de scurtcircuit. Msurarea ncepe din momentul ntreruperii

circuitului, adic din poziia zero a indicatorului de curent [37].

2.3. Instalaii i echipamente aplicate la formarea depunerilor

n ultimele decenii a secolului al XX-lea au fost inventate i elaborate o serie de

instalaii ce permit formarea straturilor de depunere, att a suprafeelor plane ct i a celor cu o

43

configuraie complex ale pieselor [34-36]. n scopul lrgirii domeniilor de utilizare au fost

elaborate mai multe instalaii experimentale att cu dirijare manual ct i automat.

Caracteristicile principale a acestor instalaii sunt prezentate n tabelele 2.1 i 2.2.

Ambele tipuri de instalaii au frecvena impulsurilor de curent de la 1 la 100 Hz;

productivitatea 2-10 cm2/min; capacitatea bateriei de condensatoare 600 F; timpul de

funcionare nentrerupt 8 ore; diametrul granulelor de pulberi 3 d 200 m.

Tabelul 2.1. Caracteristicile tehnologice a instalaiilor manuale

de formare a straturilor de depunere

Den

um

irea

inst

ala

iei

Pro

duct

ivit

atea

(cm

/min

).

Pro

duct

ivit

atea

(g/c

m).

Gro

sim

ea s

trat

ulu

i

dep

us,

(m

m).

nl

im

ea

ner

egula

rit

ilo

r,

(m

)

Ten

siun

ea d

e lu

cru,

(V).

Pute

-rea

, (k

W).

Dim

ensi

unil

e

inst

ala

iei

Mas

a

EFI-

10M 0,25-2 0,6/14,7 0,05-0,1 10 220 0,5

546x360x3

18 60

EFI-45 0,5-2 0,5-14,7 0,05-0,1 10 220 0,5 546x360x3

18 40

EFI-

46,46A 05-2 0,5-18 0,05-0,12 10 220 0,5

411x286x3

03 27,5

EFI-

23M 1,5-5 18-80 0,14 20-160 220 1

555x350x3

65 50

EFI-

25M 3,3 10-65 0,3 40-80 220 1,6

420x490x7

50 200

EFI-25A 6 52-168 0,05-0,3 15-50 380/220 2,5 590x530x1

190 80

EFI-7M 3-6 9,1-106 0,04-0,14 12-60 380/220 3,2 590x530x1

200 180

EFI-22 4-12 0,29-19,2 0,05-015 2-40 380/220 3,5 590x530x1

200 185

ELITRO

N-12 pn la 3 0,01-0,1 40 220 0,22 12 12

ELITRO

N-14 pn la 3 0,01-0,03 25 220 0,33 25 25

ELITR

ON-22 pn la 5 0,01-0,12 16-80 220 0,4 22 22

44

Evacurile electrice au fost aplicate pentru a obine straturi de depunere pe suprafeele

piesei de lucru atunci cnd sunt necesare proprieti speciale. n general, astfel de straturi au

proprietile materialului sculei de electrod. Dac se folosesc pulberile de depunere, exist

posibilitatea de a obine straturi cu proprieti mbuntite. n acest ultim caz, trebuie ndeplinite

anumite condiii:

- pe suprafaa piesei de prelucrat trebuie s se creeze faza lichid;

- particulele de pulbere trebuie topite nainte de impactul lor cu suprafaa piesei de

prelucrat;

- mbinarea particulelor topite cu faza lichid a materialului piesei de prelucrat trebuie

s aib loc n timpul descrcrii electrice impulsive.

Faza lichid apare pe suprafaa piesei de prelucrat atunci cnd este ndeplinit

urmtoarea relaie:

mQ

Sd

WQ

2

4

, (2.1)

unde W este energia pulsului, d - diametrul craterului de faz lichid pe suprafaa catod,

S - dimensiunea medie a spaiului i Qm - cldura de topire a materialului piesei de prelucrat,

care poate fi determinat cu relaia:

mm qQ , (2.2)

unde fiind densitatea materialului de prelucrat i qm - cldura specific de topire a densitii

materialului de prelucrat.

Dac tensiunea U aplicat la decalajul i capacitatea circuitului de descrcare C sunt

cunoscute, energia W poate fi scris ca:

2

2CUW , (2.3)

unde este eficiena echipamentului.

45

Fig. 2.5. Reprezentarea schematic a echipamentului utilizat pentru depunerea

straturilor prin utilizarea pulberilor metalice

Pentru a studia aspectele fizice i tehnologice ale procesului de depunere prin utilizarea

descrcrilor electrice pulsate, a fost utilizat echipamentul prezentat schematic n figura 2.5.

Echipamentul experimental include cteva componente aparinnd instalaiei Razriad - M [38].

Echipamentul permite depunerea straturilor metalice pe piese care au lungimi de pn la 250 mm

i diametre de pn la 50 mm. Un bloc de control asigur schimbarea vitezei de rotaie a piesei de

prelucrat fixate ntr-o mandrin. Impulsurile de putere sunt obinute cu ajutorul bateriei de

condensatoare C1, inclusiv 2 condensatoare (U = 1000 V, C = 100 F). Transformatorul Tr1

permite obinerea unei tensiuni de lucru adecvate. Curentul direct este transmis de ctre

redresorul D la bateria de condensatoare C1. Rezistena R1 limiteaz mrimea curentului electric

pentru ncrcarea condensatoarelor. Diodele D2 protejeaz blocul de putere al generatorului de

impulsuri.

Impulsurile de iniiere sunt generate atunci cnd condensatorul C2 se descarc pe bobina

primar Tr2. Pulsul primar obinut de la bobina secundar a transformatorului Tr2 este transmis

la electrozi prin diodele D3 (I = 0,2 mA, U = 10-24 kV). Tiristoarele T1 i T2 i blocul de

control concretizeaz un multivibrator. Ambele circuite de evacuare sunt deschise simultan; fapt

care asigur sincronizarea impulsurilor i stabilitatea procesului.

Controlul treptat al tensiunii aplicate condensatorilor C1 este posibil datorit existenei

blocului de control. Pulberea metalic plasat n plnie se alimenteaz la spaiul de lucru, ca

urmare a gravitaiei. Un dispozitiv de dozare adecvat permite controlul alimentrii cu pulbere n

spaiul de lucru.

46

Tabelul 2.2. Caracteristicile tehnice a instalaiilor experimentale

pentru obinerea straturilor din pulberi metalice

Instalaia Alimentarea Puterea, (kW).

Tensiunea de

lucru, (V)

Dimensiunile

de gabarit,

(mm)

RAZREAD

Reea trifazat,

380/2005%;

f=50Hz

47

Pe de alt parte, exist situaii practice n care suprafeele de revoluie extern sau intern

trebuie s garanteze o rezisten ridicat la uzur sau alte proprieti operaionale importante, iar

una dintre metode ar putea fi aliat prin descrcare electric.

Pentru a realiza procesul de aliere sau depunere prin descrcarea electric pe suprafeele

cilindrice externe ale pieselor de prelucrat, se utilizeaz de obicei o configuraie de lucru bazat

pe rotirea electrodului-scul (figura 2.6). Electrodul-scul este conectat la un pol pozitiv, n timp

ce piesa de prelucrat este conectat la un pol negativ al alimentrii cu curent continuu cu ajutorul

unui subsistem perie colector de inele. n plus, pentru a acoperi o anumit suprafa, este

necesar o micare de avans f de-a lungul axei cilindrice a piesei de prelucrat.

Fig. 2.6. Pulverizarea canalului de plasm cu descrcri electrice

Dup cum sa menionat mai sus, exist moduri diferite de a alimenta materialul pentru

aliere sau depunere n canalul de plasm al descrcrii electrice. Aplicaiile practice au artat c

rezultate bune pot fi obinute atunci cnd materialul care urmeaz s fie adugat pe stratul de

suprafa al piesei de prelucrat este alimentat n form de pulbere n canalul de plasm cu

descrcrii electrice (figura 2.6).

Principalii factori care pot afecta dimensiunile i calitatea stratului depus sunt mrimea

spaiului de lucru dintre electrodul-scul i piesa de prelucrat, debitul pulberii P, energia Wd

livrat n spaiul gol, energia specific Ws disipat de-a lungul distanei de lucru, raza

particulelor care trebuie depozitate, frecvena pulsului i timpul specific de acoperire.

Dimensiunea spaiului de lucru poate fi msurat direct prin intermediul unor instrumente de

msurare liniar. Fluxul de pulbere P poate fi evaluat folosind raportul dintre cantitatea m a

pulberii introduse n spaiul de lucru i timpul t al acestei operaii. Debitul pulberii P poate fi

considerat un factor care caracterizeaz fluxul de pulbere ctre suprafaa piesei de prelucrat:

P = mp / t (2.5)

Energia Wd livrat n spaiul de lucru poate fi estimat utiliznd urmtoarea formul:

48

Wd = CU2 / 2 (2.6)

unde C este capacitatea circuitelor de descrcare, n pF, iar U este tensiunea dintre electrozii, n

V.

Nu toat energia este livrat n golul de lucru; aceasta nseamn de obicei c

condensatorul inclus n circuitul de descrcare nu este complet descrcat dup scnteia electric

4