Исследование влияния основных технологических режимов процессов упрочения на производительность и качество нанесенных покрытий

Производительность оценивалась по количеству материала, нанесенного на 1 м² (s_уд.) и по удельной площади восстановления поверхности за единицу времени, и зависела от ширины электрода (рисунок 3.2).

s_уд.=s/F_усл., где       s - увеличение массы заготовки, кг;

F_усл. - условная площадь поверхности заготовки с покрытием, м².

Качество наносимого покрытия оценивалось через коэффициент относительной плотности покрытия К_п, определяемой по формуле:

где       m_н - масса нанесенного покрытия, кг;

F - площадь нанесенного покрытия, м²;

t - толщина покрытия, мм;

r - плотность материала покрытия, кг/м³.

Соотношение производительности процесса и относительной плотности и их зависимость от силы тока представлено на рисунке 3.3.

Исследование влияния силы технологического тока.

Экспериментально установлено, что наибольшее увеличение толщины покрытия достигается при силе технологического тока 90 А (рисунок 3.4). При дальнейшем увеличении силы технологического тока наблюдается снижение толщины покрытия. Это объясняется тем, что возрастает интенсивность расплавления материала порошка и часть расплава расплескивается и уносится, не достигнув поверхности заготовки.

С увеличением силы тока до 125 А производительность процесса возрастает прямо пропорционально. Однако при дальнейшем увеличении силы тока наблюдается незначительное снижение производительности (рисунок 3.4). Исследование характера кривой (рисунок 3.4) позволяет выбрать величину силы тока, равную 100 А при рабочем напряжении 20В и межэлектродном зазоре 1 мм.

Исследование влияния магнитной индукции в рабочем зазоре

При пересечении металлическими частицами порошка постоянного по величине и направлению магнитного поля, создаваемого электромагнитом, размещенном на роторе-электроде в межэлектродном пространстве (ротор-электро-брус), возникает электродвижущая сила, прямо пропорциональная окружной скорости вращения ротора-электрода и величине магнитной индукции.

e=B×l×V_р, где       e - электродвижущая сила, В;

B-индукция магнитного поля, Тл;

l-длина (ширина) ротора-электрода, м;

V_р -окружная скорость вращения ротора, м/с.

В частицах порошка, пересекающих пространство с наибольшим значением индукции продольного магнитного поля, возникает максимальная величина э.д.с., которая усиливает ток в межэлектродном зазоре. Однако величина этого тока очень мала и поэтому не может оказать существенного влияния на увеличение производительности процесса. С другой стороны магнитное поле соленоида механически взаимодействует с электрическим током, проходящим через металлические частицы порошка с силой, равной

P=I_u×l×B, где       I_u - индуктируемый ток в межэлектродном зазоре.

С увеличением магнитной индукции возрастает крутящий момент частиц порошка, создаваемый вышеуказанной силой, а следовательно, и центробежная сила, которая уносит часть массы порошка из межэлектродного пространства. Кроме того, при высоких окружных скоростях вращения ротора-электрода происходит унос части порошка механической центробежной силой.

Необходимо было установить уровень значений величины магнитной индукции. Величина магнитной индукции в зазоре между ротором-электродом и образцом определялась теслоамперметром Ф4354/1. А толщина покрытия определялась в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

В опытах применялись порошки ФБ-17, ФБХ, СЧ-18. Исследования проводились при силе тока 80-90А. Результаты исследований приведены на рисунке 3.5, из которого видно, что с увеличением магнитной индукции толщина покрытия возрастает до определенного максимума. Наибольшая толщина покрытия (t=0,35) получена для порошка марки ФБ-17, а наименьшая ¾ для чугуна (t=0,35мм).

Такое различие в толщине покрытия объясняется прежде всего различием магнитных, физико-механических свойств порошков. С увеличением магнитной индукции возрастает концентрация частиц порошка в зоне наибольшей напряженности магнитного поля и тем самым создаются условия для увеличения толщины и сплошности покрытия. Однако при определенном значении магнитной индукции толщина и сплошность слоя достигает максимального значения, так как центробежная сила возрастает настолько, что значительная часть порошка уносится  из зоны наплавки