ElmerGrid - простой генератор сети и утилит манипуляции сети, соответствующий инструмент для того, чтобы генерировать структурированные сети для простых двухмерных и трехмерных конфигураций. Он может также читать сети, сгенерированные другими генераторами сети и управлять ими. Возможные операций включают: изменение масштаба и типа элемента, определение границы, деление сети для параллельного решения.

Основная цель состояла в том, чтобы написать простой генератор сети для мультифизических проблем, где различные сети, основанные на той или иной геометрии необходимы для решения различных физических проблем.

Эта программа позволяет создавать простые 2D структурированных сетей, состоящих из линейных, квадратных( квадратичных) или кубических прямоугольников или треугольников. Сети могут также быть вытеснены и вращаться, чтобы создать трехмерные формы. Кроме того много форматов сети могут быть импортированы в программное обеспечение Elmer.

Программа имеет два режима операции

Режим командного файла, который имеет командный файл как единственный параметр 'ElmerGrid commandfile .eg.

Действующий режим, который имеет по крайней мере три входных параметра 'ElmerGrid 1 3 test'.

Первый параметр определяет формат входного файла

1) .grd : формат файла Elmergrid;

2) .mesh.: входной формат Elmer;

3) . ep: выходной формат Elmer;

4) . ansys: входной формат Ansys;

5) . inp: Ideas входной формат Abaqus;

6) . fil: выходной формат Abaqus;

7) . FDNEUT: нейтральный файл Gambit (Fidap);

8) . unv: универсальный формат файла сети;

9) . mphtxt: формат сети Comsol Multiphysics;

10) . dat: формат Fieldview;

11) .node,.ele: формат сети Triangle 2D;

12) .mesh: формат сети Medit ;

13) . msh: формат сети GID;

14) . msh: формат сети Gmsh;

15) . ep.i: формат Partitioned ElmerPost.

Второй параметр определяет формат выходного файла:

1) .grd : формат файла ElmerGrid;

2) .mesh.: формат ElmerSolver;

3) .ep : формат ElmerPost.

Третий параметр - название входного файла.

Если файл не существует, то создается с этим же названием.

Название выходного файла задано по умолчанию - такое же, но с другим суффиксом [48, 49].

2.2.2 Предварительный анализ параметров сетчатого электрода

На основании выше сказанного, перед моделированием особое внимание следует обратить на параметры сетки, выполняющей роль сетчатого электрода, поскольку размер ячеек данной сетки имеет немалое значение. Следует отметить, что сетка в любом случае будет оказывать влияние на процесс нанесения покрытия, поэтому необходимо подобрать оптимальные параметры сетки, позволяющие снизить негативное влияние. Сетка с малым размером ячеек( 2х2) будет оказывать значительное экранирование, что приведет к снижению потока частиц покрытия, попадающих в область между сеткой и изделием. Сетки с большими ячейками будут оказывать меньшее экранирование, поэтому интенсивность потока будет больше. Для моделирования будем использовать сетку с размером ячеек 4х4, как сетку со средним размером ячеек.

2.2.3 Моделирование распространения электрических полей при помощи пакета программ Elmer

1) Моделируемый случай - полая трубка диаметром 4 мм и длиной 31мм, помещенная вакуум под потенциалом -100В. Потенциал на стенках камеры 0В.

Создание сети начинается с написания программы с помощью редактора текста. Данная программа сохраняется под расширением .grd[49]. Общий вид программы:

Version = 210903

Coordinate System = Cartesian 2D

Subcell Divisions in 2D = 4 19

Subcell Limits 1 = 0 45 55 76 100

Subcell Limits 2 = 0 36.4 36.7 40.7 41 45 45.3 49.3 49.6 53.6 53.9 57.9 58.2 62.2 62.5 66.5 66.8 70.8 71.1 100

Material Structure in 2D

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 2 2 1

1 1 1 1

1 2 2 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

End

Materials Interval = 1 1

Boundary Definitions

! type out int double of the boundaries

1 2 1 1

2 0 1 1

End

Numbering = Horizontal

Element Degree = 1

Element Innernodes = False

Triangles = True

Surface Elements = 10000

Element Ratios 1 = 0.5 1 1 5

Element Ratios 2 = 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5

Element Densities 1 = 1 3 3 1

Element Densities 2 = 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 5 5 5 1 1 1 1 1 1

Дальнейшее моделирование ведется с помощью программы ElmerGUI [50].

Для моделирования данного случая необходимо использовать библиотеку electrostatics.xml. Данная библиотека не установлена в ElmerGUI по умолчанию, поэтому перед работой ее необходимо установить:

File>Definitions

Append >electrostatics.xml

Ранее написанная сеть открывается с помощью программы ElmerGUI, в которой ведется задание основных параметров моделирования и визуальное наблюдение за ходом процесса(рисунок 15):

File>Open >file.grd

После открытия сети проходим меню Model от начала до конца.

В меню Setup выбираем параметры связанные с целью моделирования, такие как имена файлов, константы и т.д.:

Model>Setup

Simulation Type = Steady state

Vacuum Permittivity = 1.0

Проходя все разделы меню Model, задаются уравнение, материал и граничные условия для данного случая:

Model>Equation

Name = Electrostatics

Apply to Bodies = 1

Electrostatics

Active = on

Edit Solver Settings

Solver specific options

Calculate Electric Field = True

Add

OK

Model>Material

Name = Ideal

Electrostatics

Relative Permittivity = 1.0

Apply to Bodies = 1

Add

OK

Model>BoundaryCondition

Name = Ground

Electrostatics

Potential = 0.0

Add

New

Name = Detail

Electrostatics

Potential = -100

Add

Содержание меню Model передает на решающее устройство в форме файла ввода решающего устройства.

Ввод решающего устройства генерируется, выбирая:

Sif > Generate

Содержание файла доступно для редактирования:

Sif > Edit

Новый sif-файл необходимо сохранить перед следующими действиями:

File > Save project

Таким образом, текущая сеть и проект-файл сохранены в одном каталоге, что защищает от потери данных.

Как только файл ввода решающего устройства был сгенерирован, и проект был сохранен, возможен переход к решению актуальной проблемы:

Run > Start solver

Появится новое окно, обеспечивая возможность для того, чтобы задать поверхности, контуры, векторы переменных, и при необходимости их упростить.

В данном случае моделируется пространственное распределение потенциала и электрических полей.

2) Моделирование случая с сетчатым электродом ведется по той же методики, что и без сетчатого электрода. Grd-файл для данном случае имеет вид:

Version = 210903

Coordinate System = Cartesian 2D

Subcell Divisions in 2D = 6 13

Subcell Limits 1 = 0 34.7 35 45 55 76 100

Subcell Limits 2 = 0 41 40.7 45 45.3 49.3 49.6 53.6 53.9 57.9 58.2 62.2 62.5 100

Material Structure in 2D

1 1 1 1 1 1

1 3 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 3 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 3 1 2 2 1

1 1 1 1 1 1

1 3 1 2 2 1

1 1 1 1 1 1

1 3 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 3 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

End

Materials Interval = 1 1

Boundary Definitions

! type out int double of the boundaries

1 2 1 1

2 0 1 1

3 3 1 1

End

Numbering = Horizontal

Element Degree = 1

Element Innernodes = False

Triangles = True

Surface Elements = 10000

Element Ratios 1 = 0.5 1 1 1 1 2

Element Ratios 2 = 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2

Element Densities 1 = 1 3 3 5 5 1

Element Densities 2 = 1 3 3 3 5 5 5 5 5 3 3 3 1

При задании параметров на сетку подается потенциал -100В.

В данном случае моделируется пространственное распределение потенциала и электрических полей для случая с сетчатым электродом на расстоянии 10мм от торца отверстия.

3) Моделирование случая с электродом, расположенным внутри отверстия ведется по той же методики, что и без сетчатого электрода. Grd-файл для данном случае имеет вид:

Version = 210903

Coordinate System = Cartesian 2D

Subcell Divisions in 2D = 6 15

Subcell Limits 1 = 0 34.7 35 45 55 76 100

Subcell Limits 2 = 0 40.7 41 45 45.3 49.3 49.6 51.1 52.1 53.6 53.9 57.9 58.2 62.2 62.5 100

Material Structure in 2D

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 2 2 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 3 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 2 2 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

End

Materials Interval = 1 1

Boundary Definitions

! type out int double of the boundaries

1 2 1 1

2 0 1 1

3 3 1 1

End

Numbering = Horizontal

Element Degree = 1

Element Innernodes = False

Triangles = True

Surface Elements = 10000

Element Ratios 1 = 0.5 1 1 1 1 5

Element Ratios 2 = 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5

Element Densities 1 = 1 3 3 5 5 1

Element Densities 2 = 1 3 3 3 5 5 5 5 5 5 5 3 3 3 1

При задании параметров на электрод подается потенциал -100В.

Получены пространственные распределения потенциала и электрических полей.

2.3 Методика нанесения покрытия на внутреннюю поверхность отверстия

Для получения покрытий Ti была использована серийная установка вакуумного напыления УВНИПА-1-001 (УРМ3.279.070) (рисунок 14)[47].

Образцы для нанесения покрытий представляли собой:

Образец 1 - полая трубка( длина 31мм, диаметр 4 мм) из ПЭТФ(на внутренней поверхности проводящее покрытие из оксида индия легированного оловом);

Образец 2 - металлическая подложка, в отверстие которой помещалась трубка из ПЭТФ с внутренним проводящим слоем.

Для каждого образца проводились эксперименты при определенных условиях( таблица 3).

Таблица 3 - Режимы

Режим	Вид образца
	без вращения	с вращением
	Образец 1	Образец 2
Без сетки	+	+	+
С сеткой при hc=5мм	+	-	-
С сеткой при hc=10мм	+	+	-
С сеткой при hc=20мм	+	-	+
С сеткой при hc=30мм	+	-	-
С электродом	-	+	+
Примечания 1hc - расстояние между сетчатым электродом( сеткой) и торцом отверстия. Цилиндрический электрод располагался на расстоянии 10 мм от торца входного отверстия.

Образец устанавливался в зажиме на предметный стол и располагался горизонтально(рисунок 10).

1 - титановый катод; 2 - вакуумная камера; 3 - поток титана; 4 - образец; 5- приспособление; 6- предметный стол

Рисунок 10 -Схема размещения образца в вакуумной камере

Технологический процесс нанесения Ti.

1 - подготовительная очистка:

- произвести очистку вакуумной камеры от металлической пыли пылесосом, допускается очистку производить щеткой:

- протереть бязью, смоченной в спирте, узлы вакуумной камеры и приспособление, в котором находится образец;

- протирку внутренней поверхности рабочей камеры, съемных защитных устройств, испарителей, стола, затвора производить не реже одного раза в неделю;

- протирку уплотнительных резиновых прокладок, защитных стекол и приспособлений производить перед каждой загрузкой.

2- подготовка образца к напылению:

- для очистки поверхности от органических загрязнений образцы протирались хлопчатобумажной бязью, смоченной в спирте.

3 - загрузка:

- установить образец в зажиме горизонтально, обеспечивая соприкосание внутреннего проводящего слоя с зажимом для подачи внутрь отрицательного потенциала.

4- вакуумирование:

- открыть вентиль подачи холодной воды, убедиться в наличии воды в системе охлаждения установки, открыть вентили подачи горячей воды и сжатого воздуха:

- подать на установку напряжение питания, включить форвакуумный агрегат, открыть форвакуумный клапан, включить нагрев диффузионного насоса:

- в процессе работы давление в диффузионном насосе и в вакуумной камере контролировать по вакууметрам;

- после достижения в диффузионном насосе вакуума 510-5 мм.рт.ст., закрыть форвакуумный клапан, открыть байпасный клапан, откачать вакуумную камеру до давления менее10-1мм.рт.ст.;

- закрыть байпасный клапан, открыть форвакуумный клапан, открыть высоковакуумный затвор, откачать вакуумную камеру до давления 4.510-5 мм.рт.ст;

5 - нанесение покрытия Ti:

- включить испаритель, установить ток дуги 90А, ток стабилизирующей катушки 1.2А и ток фокусирующей катушки 1А, установить значение потенциала на держателе равным 100В.

- произвести формирование покрытия в течении 330с.

6 - выгрузка:

- напустить в камеру воздух, открыть камеру;

- достать напыленные образцы.

Последующие эксперименты проводились по той же технологии, за исключением, согласно ранее описанным режимам, дополнительной установки сетчатого или цилиндрического электрода и подаче на электрод отрицательного потенциала равного потенциалу на образце. При напылении образца с вращением технологический процесс в разделе нанесения покрытия Ti включал операцию включения привода стола.

2.4 Методика исследования образцов с покрытием Ti

После нанесения покрытия полимерная пленка подвергалась исследованию на микроденситометре 100(рисунок 11).

Микроденситометр 100 - однолучевой прибор для измерения почернения на малых участках фотографических изображений -- спектрограмм, рентгенограмм, астрономических фотографий, т. п.

Микроденситометр нормально работает в помещении с температурой от +10 до +350С и относительной влажностью не более 75%.

Основные данные:

- форматы объектов:

пластинки до 240х90мм;

пленки до 230х120мм;

- перемещение столика по оси х: 210мм;

- перемещение столика по оси y: 65мм;

- поворот столика 300;

- поворот измерительного зазора 30;

- измерение почернения:

- шкала пропускания 0…1000 делений шкалы;

- шкала почернения ?…0;

- шкала преобразования почернения ?…-?;

- спектральный диапазон измерительного света 590…720нм;

- диапазоны измерений(в зависимости от размера измерительного зазора):

диапазон I s=0…1,7;

диапазон II s=0.5…2.2;

диапазон III s=1…2.7;

диапазон IV s=1.5…3.2;

- габаритные размеры микроденситометра 100:

ширина - 660мм;

высота - 510мм;

глубина - 700мм;

масса - 40кг;

- габаритные размеры стабилизатора напряжения КН10/12-5L-T:

ширина 540мм;

высота 155мм;

глубина 350мм;

масса 20кг.



1 - кнопка управления для регулировки резкости изображения; 2 - покровная пластина; 3- винт с накатанной головкой для регулировки нулевой точки гальванометра; 4 - эксцентрик с кольцом и накаткой; 5 - кнопка управления для перемещения предметного столика по оси y; 6 - кнопка управления для фокусировки передней щели; 7 - кнопка управления для шпинделя и муфты двигателя; 8 - масштаб с нониусом для перемещения по оси y; 9 - кнопка управления «100%» для серого клина; 10 - зажимной винт; 11 - кнопка управления для регулировки нулевой точки усилителя; 12 - винт с накатанной головкой для стопорения y микрометрического винта; 13 - микрометрический винт; 14 - индекс с вырезом для чернения измерительных меток; 15 - масштаб для перемещения по оси x; 16 - поворотный столик.

Рисунок 11- Общий вид микроденситометра 100

Микроденситометр работает по однолучевому методу отклонения(рисунок 12).

Объект расположен в ходе лучей между лампой 1 и фотоэлементом 17. Отсчитываемое у матового стекла 13 отклонение зеркального гальванометра 22 пропорционально фототоку элемента.

Объект 6облучается снизу и изображается изображающим объективом 7 через корректирующую линзу 8 и отклоняющую призму 9 на проекционном экране. Здесь имеется измерительный зазор 11, с помощью которого диафрагмируется желаемая площадь измерения. С целью обеспечения минимальной погрешности измерения, вследствие рассеянного света, облучается белым светом только измеряемая площадь объекта. До окружающей среды измеряемой площади проникает только зеленый свет из передней щели 3ее краев, источником которого служит цветное стекло. По отношению к зеленому свету фотоэлемент за счет расположенного перед элементом красного светофильтра 16 является нечувствительным. Зеленая щель 3 изображается осветительным объективом 5 через отклоняющую призму 4 на плоскость объекта.

При помощи нейтрального клина 14 величина шкалы юстируется на 100% пропускания. Обтюратор 19 служит для контроля нулевой точки. Расположенный на обтюраторе 10%-й нейтральный светофильтр 18 может быть перевернут при больших измерительных зазорах или высоком световом потоке в ход лучей.

износостойкий покрытие сплав сверло

Рисунок 12 - Схема оптической системы микроденситометра 100

Конденсатор 25 освещает пластинку шкалы 24, на которой расположены 3 шкалы гальванометра длиной 50мм. Зависимый от зеркального гальванометра 22 сектор шкалы изображается на матовом стекле 13 с 20-кратным увеличением.

В ходе исследования пленок были получены графики зависимости пропускания по глубине и сечению отверстия. Используя логарифмическую зависимость оптической плотности от пропускания, были получены графики распределения оптической плотности по глубине и сечению отверстия, а, используя тарировочный график( рисунок 13), получили представление о характере распределения толщины покрытия по глубине и сечению отверстия.

Рисунок 13 - Зависимость коэффициента пропускания от толщины покрытия

3. Результаты исследования

3.1 Оптимизация технологии формирования покрытий на сверла из твердого сплава

В ходе испытаний на износостойкость мелкоразмерных твердосплавных сверл с покрытием и без покрытия был получен график зависимости изнашивания сверл от количества сверлений(рисунок 14).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Из графика следует, что сверла со всеми типами покрытия имеют большую износостойкость, чем сверла без покрытия, а наибольшей износостойкостью обладают сверла с многослойным покрытием из чередующихся слоев АПП и Ti( изнашивание меньше в 1.6 раз в сравнении со сверлом без покрытия). Нанесение покрытий способствует снижению изнашивания, увеличивает срок службы инструмента, следовательно, совершенствование методик нанесения покрытий на мелкоразмерный инструмент( в частности на твердосплавные сверла) имеет практический интерес для увеличения срока эксплуатации и качества обработки, что в свою очередь дает значительный положительный экономический эффект.

Также исследовалось качество отверстий в материале ВТ( рисунок 15). Темные пятна на поверхности отверстий - следы обугливания, которые образуются в связи с налипание продуктов сверления. Видно, что обугливание носит локальный характер и преобладает в отверстиях, которые сверлились сверлами с покрытиями. Наименьшее обугливание среди сверл с покрытиями наблюдается у сверл с покрытием АПП+Ti.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

3.2 Моделирование электрических полей с помощью программы Elmer

В ходе моделирования, с помощью пакета программ Elmer, были получены пространственные распределения потенциала и электрических полей( рисунок 16, рисунок 17) для полой трубки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полученные модели позволяют визуально наблюдать за характером распределения потенциала и электрических полей. В данном случае, у торца входного отверстия, наблюдается переход по цветоспектру от зеленого( 4) к синему( 6.6•10-6). Можно сказать, что силовые линии электрических полей проникают на глубину порядка радиуса отверстия и глубина нанесения покрытия будет порядка диаметра отверстия, что не противоречит общепринятому мнению.

В случае моделирования полой трубки с сетчатым электродом, расположенным перед отверстием на расстоянии hс=10мм, получены пространственные распределения потенциала и электрических полей( рисунок 18, рисунок 19).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализируя поверхностное распределение потенциала и электрических полей, можно подтвердить отсутствие электрического поля в области между сетчатым электродом и деталью, что является необходимым условием для свободного перемещения частиц покрытия( движения по инерции, а не по силовым линиям) в пространстве между сетчатым электродом и образцом.

В случае моделирования полой трубки с цилиндрическим электродом, помещенным внутрь отверстия на расстояние 10мм от торца входного отверстия, пространственное распределение потенциала и электрических полей имеет следующий вид( рисунок 20, рисунок 21).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Из цветоспектра следует, что электрические поля проникают на большую глубину, чем в случае полой трубки без цилиндрического электрода, поэтому глубина нанесения покрытия должна быть больше. Анализируя поверхностное распределение полей, в данном случае наблюдается снижение относительного значения электрического поля в отверстии, размещение цилиндрического электрода способствует выравниванию потенциала.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

3.3 Результаты исследования образцов с покрытием Ti

В ходе проведённых экспериментов были получены зависимости распределения пропускания по глубине отверстия(рисунок 22, рисунок 23) для образца 1 и для образца 2(рисунок 24), которые показывают на какую глубину было нанесено покрытие в зависимости от наличия сетки или ее отсутствия и расстояния между сеткой и отверстием.

1 - без сетки; 2 - с сеткой при hc =5мм; 3 - с сеткой при hc =10мм;

4 - с сеткой при hc =20мм; 5 - с сеткой при hc =30мм.

Рисунок 22- Распределение пропускания по глубине отверстия( образец 1)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализируя полученные зависимости, можно сказать, что установка дополнительного электрода оказывает влияние на глубину нанесения покрытия Ti.

В случае исследования образца 1, напыленного без вращения, из полученных зависимостей следует, что по мере увеличения расстояния между сетчатым электродом и изделием глубина нанесения покрытия увеличивается, но не превышает глубину покрытия, напыленного без сетчатого электрода( это связано с частичным экранированием потока). Увеличение глубины нанесения покрытия связано с увеличением пути пролета частиц до момента взаимодействия с изделием.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализируя зависимости, полученные при напылении с вращением образца, можно отметить, что установка дополнительного сетчатого электрода приводит к увеличению глубины проникновения покрытия как в случае образца 1( увеличение глубины проникновения в 2.2 раза), так и для образца 2( увеличение глубины в 1.4 раза). Полученные зависимости свидетельствуют об эффективности использования дополнительного сетчатого электрода для увеличения глубины нанесения покрытия.

Эффективность использования цилиндрического электрода наблюдается только для образца 2. Глубина проникновения покрытия соизмерима с глубиной, полученной при использовании сетчатого электрода, расположенного на расстоянии 20мм от торца отверстия и составляет 1,2 глубины, полученной без дополнительных электродов.

Также были получены зависимости распределения толщины покрытия Ti по глубине отверстия для образца 1(рисунок 25-26) и образца 2(рисунок 27) согласно заданным режимам.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зная характер распределения толщины покрытия, можно судить о скорости нанесения покрытий.

Из зависимостей видно, что скорость нанесения покрытия для образца без сетки( позиция 1 на рисунке 25) большая и имеет практически линейную зависимость.

Такой же механизм напыления наблюдается в случае напыления с сетчатым электродом расположенным на расстоянии 20мм от изделия(позиция 4 на рисунке 25).

При анализе случая с сетчатым электродом, расположенным на расстоянии 30мм, наблюдается интенсивное нанесение покрытия( глубина близка к диаметру отверстия), а затем скорость нанесения резко снижается.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

При напыленнии с вращением( рисунок 26), при использовании дополнительных электродов наблюдается повышение скорости осаждения, цилиндрический электрод в большей степени повышает скорость нанесения покрытия. При анализе образца 2 можно отметить, что при использовании цилиндрического электрода скорость осаждения высокая и имеет ступенчатый характер. При использовании сетчатого электрода наблюдается самая низкая скорость осаждения.

Используя логарифмическую зависимость оптической плотности от пропускания, были получены зависимости распределения оптической плотности по сечению отверстия для образца 1, напыленного без вращения при отсутствии дополнительного сетчатого электрода и с использованием сетчатого электрода расположенного перед отверстием на заданных расстояниях( Приложение А).

Используя логарифмическую зависимость оптической плотности от пропускания, также были получены зависимости распределения оптической плотности по сечению отверстия для образца 1, напыленного с вращением при отсутствии дополнительного сетчатого электрода и с использованием сетчатого электрода расположенного на расстоянии 10мм, а также цилиндрического электрода, помещенного внутрь отверстия на расстоянии 10мм от торца отверстия(Приложение Б).

Также были получены зависимости распределения оптической плотности по сечению отверстия для образца 2( Приложение В).

Данные зависимости позволяют судить о характере нанесения покрытия и оценить влияние дополнительных электродов на процесс осаждения покрытия. В данном случае также наблюдается снижение эффективности нанесения покрытия при установке дополнительного сетчатого электрода( образец 1 напыленный без вращения), но по мере удаления сетчатого электрода от образца количество пиков снижается и наблюдается более равномерное нанесение покрытия.

В случае напыления с вращением образца 1, наблюдается более равномерный характер нанесения при установке дополнительного сетчатого электрода.

При напылении образца 2 с вращением более равномерный характер нанесения покрытия наблюдается при установке дополнительного цилиндрического электрода внутрь отверстия.

Помимо представленных зависимостей, были получены зависимости распределения толщины покрытия Ti по сечению отверстия.

Полученные зависимости характеризуют толщину покрытия на сравнительно одинаковом расстоянии от торца отверстия:

- распределение толщины покрытия для образца 1,напыленного без вращения представлены на рисунках 28- 32 в соответствии с заданными режимами.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализируя полученные зависимости можно отметить, что, по мере увеличения расстояния между сетчатым электродом и изделием, наблюдается увеличение толщины покрытия. Максимальные значения толщины приходятся на образец с сетчатым электродом, расположенным на расстоянии 20мм от торца отверстия, при дальнейшем увеличении расстояния толщина покрытия снижается.

- распределение толщины покрытия для образца 1,напыленного с вращения представлены на рисунках 33-35 в соответствии с заданными режимами.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

При анализе образца напыленного с вращением, использование сетчатого электрода способствует выравниванию распределения покрытия по толщине.

- распределение толщины покрытия для образца 2,напыленного с вращения представлены на рисунках 36-38 в соответствии с заданными режимами.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализируя представленные зависимости, можно отметить, что большая толщина и равномерность покрытия наблюдается в случае использования дополнительного цилиндрического электрода. Использование сетчатого электрода в данном случае не оказывает существенного влияния на толщину нанесенного слоя.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

4 Технологический процесс нанесения износостойких покрытий на прецизионный твердосплавный инструмент

Технические требования к обрабатываемым сверлам:

1 Напыляемые сверла должны соответствовать техническим требованиям на их изготовление и должны быть приняты ОТК.

2 На поверхности сверл не допускается наличие какого-либо защитного покрытия, окисных пленок, сколов, заусенцев и других дефектов, детали должны быть расконсервированы.

3 Транспортировку и перемещение сверл необходимо производить в деревянной или пластмассовой таре.

4 Вся оснастка, помещаемая в вакуумную камеру установки, должна быть изготовлена из стали марок 08Х18Н10, 12Х18Н9, 17Х18Н9.

Порядок работы комплекса оборудования для модификации сверл:

1 Подготовительная очистка.

1.1 Произвести очистку вакуумной камеры от металлической пыли пылесосом. Допускается очистку производить щеткой.

1.2. Протереть бязью, смоченной в спирте, узлы вакуумной камеры и приспособление, в котором обрабатываются сверла. Протирку внутренней поверхности рабочей камеры, съемных защитных устройств, испарителей, стола, затвора производить не реже одного раза в неделю. Протирку уплотнительных резиновых прокладок, защитных стекол и приспособлений, в которых обрабатываются детали, производить перед каждой загрузкой.

2 Подготовка сверл к напылению.

2.1 Промывка в органических растворителях( бензин Б-70; P-648; P-646). Промывка производится в вытяжном шкафу или при наличии вытяжной вентиляционной системы. Детали помещаются в ванночку с растворителем и протираются хлопчатобумажной бязью.

2.2 Очистка в ультразвуковой ванне. Приготовить моющий раствор 20 г/л ТМС в дистилляте, температурой 50-70 0С. Моющий раствор может использоваться многократно. Опустить детали в ультразвуковую ванну и включить генератор. Время обработки составляет 10 мин.

2.3 После обработки в УЗВ промыть детали в мойке под проточной водой и затем сполоснуть в дистиллированной воде.

2.4 Поставить детали на подставку и поместить в сушильный шкаф. При установке деталей пользоваться пинцетом. Сушку производить при температуре 70-90 0С. Время сушки 0,5 часа.

3 Загрузка.

3.1. Перед установкой сверл в вакуумную камеру протереть их бязевой салфеткой, смоченной в этиловом спирте.

3.2. Установить сверла на технологическую оснастку в вакуумной камере. За одну загрузку можно устанавливать до 1122 штук. При установке пользоваться чистыми хлопчатобумажными перчатками или пинцетом.

Примечание 1. Во избежание загрязнения сверл время между операциями по п. 2.4. и 3.2. должно быть минимальным.

3.3. Проверить расположение деталей в вакуумной камере. Соприкосновение сверл между собой и со стенками камеры не допускается. Закрыть дверку вакуумной камеры.

4. Вакуумирование

4.1. Открыть вентиль подачи холодной воды, убедиться в наличии воды в системе охлаждения установки. Открыть вентили подачи горячей воды и сжатого воздуха.

4.2. Подать на установку напряжение питания. Включить форвакуумный агрегат. Открыть форвакуумный клапан. Включить нагрев диффузионного насоса.

4.3. В процессе работы давление в диффузионном насосе и в вакуумной камере контролировать по приборам 13ВТ3-003 и ВИТ-2.

4.4. После достижения в диффузионном насосе вакуума 5 ·10-4 мм. рт. ст.

- ( время нагрева 25-40 мин.):

- закрыть форвакуумный клапан;

- открыть байпасный клапан;

- включить подогрев камеры;

- отвакуумировать вакуумную камеру до давления 5 ·10 -2 мм. рт. ст..

4.5. Закрыть байпасный клапан;

- открыть форвакуумный клапан;

- открыть высоковакуумный затвор;

- включить охлаждение камеры;

- откачать вакуумную камеру до давления 5 ·10-5 мм. рт. ст.

5. Очистка ионным источником «Радикал».

5.1. Включить привод вращения стола

5.2.Напустить в камеру аргон (ОСЧ) до давления 4,510-4 мм. рт. ст. Включить ионный источник, согласно инструкции. Установить ускоряющее напряжение 2..3 кВ. Зажигание разряда контролировать визуально. Очистку производить 10 мин.

5.3. Снять напряжение. Прекратить подачу аргона. Произвести откачку до давления 5 ·10-5 мм. рт. ст.

6. Нанесение покрытия Ti

6.1. Включить электродуговой испаритель

6.2. Установить ток горения дуги 50 А

6.3. Произвести нанесение покрытия титана, время нанесения 1 мин.

6.4. По окончании конденсации выключить испаритель.

7. Нанесение АПП

7.1. Включить блок питания источника углеродной плазмы

7.2. Установить напряжение накопителя 300 В

7.3. Установить частоту импульсов 20 Гц

7.4. Произвести нанесение АПП, время нанесения 30 с.

7.5. По окончании конденсации выключить испаритель.

Операции по пп.6 и 7 повторить 6 раз.

8. Выгрузка

9 Напустить в камеру воздух. Открыть камеру

10 Выгрузить из вакуумной камеры модифицированные сверла и установить их на подставке. Пользоваться пинцетом.

11 Контроль качества обработанных сверл.

12 Произвести визуальный осмотр 100% сверл. На рабочих поверхностях не допускается отслаивание покрытия. Проверку производить с помощью 4-х кратной лупы.

5 Расчет экономической эффективности упрочнения

По исходным данным, указанным в таблице 4, можно рассчитать годовой экономический эффект и его составляющие.

Таблица 4 - Исходные данные

№	Показатель	Обозначение	Величина
			общая	для упрочнения одной партии
1	Расход графита	Qгр	-
2	Расход титана	QTi	-
3	Потребляемая мощность	N	50кВт
4	Тариф на 1кВт•час	Zэл	238.5руб
5	Расход воды	Qв	1.2м3/час
6	Тариф на воду	Zв	890 руб/м3
7	Время упрочнения	t	59 мин	9 мин
8	Затраты на графит	Згр	-	-
9	Затраты на титан	ЗTi	-	-
10	Затраты на воду	Зв	1070 руб./час	1050 руб
11	Затраты на электроэнергию	Зэл	11930 кВт./час	11730 руб
12	Стоимость сверла	Сс	15000 руб
13	Количество изделий в партии	nп	200 шт
14	Объем выпуска сверл	n	54000 шт/год

Полная себестоимость упрочнения одной партии рассчитывается по формуле

С = С1 + Зам, (1)

где C1 - материальные затраты на упрочнение напыляемой партии, руб;

Зам - затраты на амортизационные отчисления на установку УРМ3.279.070 , руб.

Материальные затраты для упрочнения одной партии вычисляются по формуле

C1 = Згр+ЗTi + Зв + Зэл, (2)

где Згр - затраты на графит, используемый как основной компонент для получения износостойкого покрытия при упрочнении, руб./час;

ЗTi - затраты на титан, применяемый для нанесения подслоя, руб./час;

Зв - затраты на воду, применяемую для охлаждения установки, руб./час;

Зэл - затраты на электроэнергию, затрачиваемую при работе установки, руб./час.

Таким образом, материальные затраты составляют

C1 =1050 + 11730= 12780 руб.

Затраты на амортизационные отчисления на установку УРМ3.279.070 составляют 20% от себестоимости упрочнения партии изделий

Зам = С1• 0,2 = 12780 • 0,2 = 2560 руб. (3)

Таким образом, по формуле (1) полная себестоимость упрочнения составит

С = 12780 + 2560 = 15340 руб.

Затраты на заработную плату рабочего персонала составляют 25% от себестоимости партии изделий

Зз.п. = С • 0,25 = 15340 • 0,25 = 3840 руб. (4)

Стоимость упрочнения одной партии рассчитывается по формуле

Ц = С + Зз.п = 15340 + 3840 = 19180 руб. (5)

Стоимость упрочненного одного сверла

Цу.п = Сc + Ц/nп, (6)

где Сc - базовая стоимость сверла, руб;

nп - количество сверл в партии, шт.

Цу.п = 15000 + 19180/200 = 15100 руб.

После упрочнения работоспособность возрастает в 1.6 раза.

Экономический эффект при использовании сверл, упрочненных нанесением АПП методом КИБ, составит

Э = Сc · n - Цу.п•(n/1.6), (7)

где n - объем выпуска сверл, шт/год.

Э = 15000 · 54000 - 15100 · (54000/1.6)= 300375000руб./год.

6. Энергосбережение

Применение технологий энергосбережения в промышленности всегда актуально.

Это связано с тем, что в промышленности расходуется до 80% энергии. Технологическое оборудование для упрочнения нанесением износостойких покрытий является одним из наиболее значительных потребителей энергоносителей ( электричество) и ресурсов ( нагреватели, электроды, газы, масла, вода и т.д.) на металлургических и машиностроительных предприятиях.

Упрочнение нанесением износостойких покрытий достигается значительное повышение технологических характеристик режущего инструмента и улучшение качества обработки материалов. На данный момент существует огромное количество типов покрытия способных обеспечить требуемые свойства.

Для анализа эффективности( с точки зрения энергосбережения) нанесения АПП в сравнении с другими типами покрытий, проводим оценку энергопотребления при нанесении АПП и TiN, толщины которых обеспечивают достижение сравнительно равных свойств наносимого покрытия.

Главным критерием оценки является время работы оборудования, которое определяется исходя из типового техпроцесса нанесения покрытий.

Сравнительный анализ представлен в таблице 5.

Таблица 5 Сравнительный анализ нанесения АПП и TiN

Параметры	АПП	TiN
Потребляемая мощность, кВт	50
Тариф за 1кВт•ч, руб.	238.5
Толщина покрытия, мкм	0.2	4
Скорость нанесения, мкм/ч	30	3.2
Время работы установки, ч	0.86	2.1
Затраты электроэнергии, руб.	10260	25040

Таким образом, исходя из полученных значений затрат электроэнергии, можно сказать, что энергозатраты на упрочнение нанесением АПП составляют 144% от энергозатрат при упрочнении нанесением TiN.

7. Технологическая инструкция

Данный проект комплекта документов разработан для использования на инструментальных производствах, имеющих специализированные участки и оборудование для вакуумного нанесения покрытий методом конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ). Настоящий технологический процесс предназначен для поверхностной обработки твердосплавных волок.

7.1 Общие сведения

1 Электродуговое реактивное нанесение покрытий, как метод модификации поверхности заключается в электродуговом распылении материала катода в вакууме в присутствии реакционного газа и последующей конденсации продуктов плазмохимических реакций на изделия, сопровождающейся ионной бомбардировкой ионами распыляемого материала и реакционного газа.

2 Для повышения износостойкости мелкоразмерного инструмента используются установки нанесения упрочняющих покрытий марки УВНИПА (установки других марок могут быть использованы после предварительного технологической апробирования), генератор ультразвуковой УЗГ 3-0.4 с ванной очистки, либо его аналоги.

3 Установка вакуумная состоит из следующих основных частей:

- стойка питания и управления;

- стойка питания дугового испарителя;

- стойка питания источника углеродной плазмы;

- блок вакуумный[47].

7.2 Указания мер безопасности

7.2.1Общие указания

Модификация волок производится на установке УВНИПА. К работе на установке допускаются лица, прошедшие медицинский осмотр, местный инструктаж по безопасности труда, изучившие техническое описание вакуумной установки и ультразвукового генератора, инструкцию по эксплуатации, инструкцию по технике безопасности при работе на данном оборудовании, изучившие данный комплект документов, прошедшие обучение технологии модификации волок и имеющие удостоверение на право работы на электроустановках с напряжением до 1000 В с квалификацией по электробезопасности не ниже 3 группы.

Для выполнения работ по модификации волок необходимо соблюдение требований по технике безопасности и охране труда в соответствии с : “Правила по технике безопасности и производственной санитарии в электронной промышленности” отд. изд. М. Энергия. 1973 г., “Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей” и “Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок.” Минэнерго СССР 2-е изд. переработанное и дополненное - М. Энергоатомиздат, 1989-144с.

На участке может работать смена не менее чем из двух человек, имеющих квалификационную группу по технике безопасности не ниже третьей.

Ремонтные и наладочные работы разрешается проводить бригаде, состоящей не менее чем из двух человек с разрешения начальника участка, обеспечивающего все организационные и технические мероприятия для безопасной работы.

В помещении технологического участка уборка должна производиться влажным способом при полном снятии напряжения и в присутствии кого-либо из персонала участка.

7.2.2 Правила электробезопасности

Блок вакуумный и стойка питания и управления, стойка питания дуговых испарителей, генератор ультразвуковой должны быть заземлены голым медным проводом площадью поперечного сечения не менее 6 мм2.

Запрещается работать при снятых обшивках, кожухах, открытых дверях вакуумной установки. Запрещается оставлять без наблюдения вакуумную установку, генератор ультразвуковой, находящиеся под напряжением.

7.2.3 Правила термобезопасности

Соблюдать осторожность при работе с нагретыми частями установки во избежание ожогов (нагреватель паромасляного насоса, рабочий стол, обрабатываемые изделия).

7.2.4 Правила пожаробезопасности

Легко воспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) должны храниться в небьющейся, герметически закрытой посуде и таре. Запас ЛВЖ на рабочем месте не должен превышать потребности на одну смену. Обтирочный материал должен храниться в специальных металлических ящиках с закрывающимися крышками.

Работающим на участке запрещается:

- работать при отсутствии проверенных средств защиты пожаротушения;

- производить работы по частичному или полному демонтажу вакуумной системы при выключенной вентиляции.

7.3 Технические требования к обрабатываемым волокам

1 Напыляемые волоки должны соответствовать техническим требованиям на их изготовление и должны быть приняты ОТК.

2 На поверхности волок не допускается наличие какого-либо защитного покрытия, окисных пленок, сколов, заусенцев и других дефектов, детали должны быть расконсервированы.

3 Транспортировку и перемещение волок необходимо производить в деревянной или пластмассовой таре.

4 Вся оснастка, помещаемая в вакуумную камеру установки, должна быть изготовлена из стали марок 08Х18Н10, 12Х18Н9, 17Х18Н9.

7.4 Порядок работы комплекса оборудования для модификации волок

1 Подготовительная очистка.

1.1 Произвести очистку вакуумной камеры от металлической пыли пылесосом. Допускается очистку производить щеткой.

1.2. Протереть бязью, смоченной в спирте, узлы вакуумной камеры и приспособление, в котором обрабатываются волоки. Протирку внутренней поверхности рабочей камеры, съемных защитных устройств, испарителей, стола, затвора производить не реже одного раза в неделю. Протирку уплотнительных резиновых прокладок, защитных стекол и приспособлений, в которых обрабатываются детали, производить перед каждой загрузкой.

2 Подготовка волок к напылению.

2.1 Промывка в органических растворителях ( бензин Б-70; P-648; P-646). Промывка производится в вытяжном шкафу или при наличии вытяжной вентиляционной системы. Детали помещаются в ванночку с растворителем и протираются хлопчатобумажной бязью.

2.2 Очистка в ультразвуковой ванне. Приготовить моющий раствор 20 г/л ТМС в дистилляте, температурой 50-70 0С. Моющий раствор может использоваться многократно. Опустить детали в ультразвуковую ванну и включить генератор. Время обработки составляет 10 мин.

2.3 После обработки в УЗВ промыть детали в мойке под проточной водой и затем сполоснуть в дистиллированной воде.

2.4 Поставить детали на подставку и поместить в сушильный шкаф. При установке деталей пользоваться пинцетом. Сушку производить при температуре 70-90 0С. Время сушки 0,5 часа( таблица 6).

3 Загрузка.

3.1. Перед установкой волоков в вакуумную камеру протереть их бязевой салфеткой, смоченной в этиловом спирте.

3.2. Установить волок на технологическую оснастку в вакуумной камере. За одну загрузку можно устанавливать до 100 штук. При установке пользоваться чистыми хлопчатобумажными перчатками или пинцетом.

Примечание 1. Во избежание загрязнения волоков время между операциями по п. 2.4. и 3.2. должно быть минимальным.

3.3. Проверить расположение деталей в вакуумной камере. Соприкосновение волоков между собой и со стенками камеры не допускается. Закрыть дверку вакуумной камеры.

4. Вакуумирование

4.1. Открыть вентиль подачи холодной воды, убедиться в наличии воды в системе охлаждения установки. Открыть вентили подачи горячей воды и сжатого воздуха.

4.2. Подать на установку напряжение питания. Включить форвакуумный агрегат. Открыть форвакуумный клапан. Включить нагрев диффузионного насоса.

4.3. В процессе работы давление в диффузионном насосе и в вакуумной камере контролировать по приборам 13ВТ3-003 и ВИТ-2.

4.4. После достижения в диффузионном насосе вакуума 5 ·10-4 мм. рт. ст.

- ( время нагрева 25-40 мин. ) :

- закрыть форвакуумный клапан;

- открыть байпасный клапан;

- включить подогрев камеры;

- отвакуумировать вакуумную камеру до давления 5 ·10 -2 мм. рт. ст..

4.5. Закрыть байпасный клапан;

- открыть форвакуумный клапан;

- открыть высоковакуумный затвор;

- включить охлаждение камеры;

- откачать вакуумную камеру до давления 5 ·10-5 мм. рт. ст.

5. Очистка ионным источником «Радикал».

5.1. Включить привод вращения стола

5.2.Напустить в камеру аргон (ОСЧ) до давления 4,510-4 мм. рт. ст. Включить ионный источник, согласно инструкции. Установить ускоряющее напряжение 2..3 кВ. Зажигание разряда контролировать визуально. Очистку производить 10 мин.

5.3. Снять напряжение. Прекратить подачу аргона. Произвести откачку до давления 5 ·10-5 мм. рт. ст.

6. Нанесение покрытия Ti

6.1. Включить электродуговой испаритель

6.2. Установить ток горения дуги 50 А

6.3. Произвести нанесение покрытия титана, время нанесения 0,5 мин.

6.4. По окончании конденсации выключить испаритель.

7. Нанесение АПП

7.1. Включить блок питания источника углеродной плазмы

7.2. Установить напряжение накопителя 300 В

7.3. Установить частоту импульсов 1 Гц

7.4. Произвести нанесение АПП - 200 импульсов.

7.5. По окончании конденсации выключить испаритель.

Операции по пп.6 и 7 повторить 6 раз( таблица 7).

8. Выгрузка

9 Напустить в камеру воздух. Открыть камеру

10 Выгрузить из вакуумной камеры модифицированные волоки и установить их на подставке. Пользоваться пинцетом.

11 Контроль качества обработанных волок.

12 Произвести визуальный осмотр 100% волок. На рабочих поверхностях не допускается отслаивание покрытия. Проверку производить с помощью 4-х кратной лупы.

Перечень основных и вспомогательных материалов, сырья необходимых для обработки волок приведен в таблице 8.

Таблица 6 - Реактивы для предварительной обработки

Состав раствора, г/л	Температура раствора, оС	Время обработки, мин
Лабомид-101 (30)	40-50	9
Тринатрийфосфат 30 ОП-75	40 -50	10

Таблица 7 - Режимы нанесения покрытий

Процесс	Ускоряющее напряжение, кВ	Давление,мм. рт. ст.,	Ток дуги, А	Ток фокус. катушки, А	Время обработки, мин	Примеч.
Очистка ионным источником	2 - 4	4, 5 ·10-4	-	1	10	В среде аргона
Нанесение АПП	300	5·10-5	-	-	0,5	Частота импульсов 20 Гц
Нанесение Тi	0	5·10-5	50	-	1

Таблица 8 - Перечень необходимых основных и вспомогательных материалов необходимых для работы

Наименование	Нормативно-техническая документация (ГОСТ, ОСТ или ТУ)	Показатели, обязательные при проверке перед использованием	Показатели пожароопасности и токсичности
Титан	ВТ 1-00, вакуумная плавка, ОСТ190173-75	Внешний вид, 60	Непожароопасен негорюч
Спирт этиловый	ГОСТ 18300-72	1.Содержание этилового спирта в объемных % 2. Внешний вид	Пожароопасен ПДК в воздухе рабочей зоны 1000 мг/м3
Бензин БР-1 “ Галоша”	ГОСТ 443-73	Внешний вид	Пожароопасен ПДК 300 мг/м3
Аргон газообразный, высший сорт	ГОСТ 9293-74	Давление на входе в установку 1-2 кг/см2	Непожароопасен, негорюч
Сжатый осушенный воздух	ГОСТ 11882-73	Давление 3-5 кг/см2	Непожароопасен, негорюч
Ткань хлопчатобумажная бязевой группы	ГОСТ 11680-76	Внешний вид	Нетоксична, горюча
Вода холодная	ГОСТ 2874-73	Давление 3-5 кг/см2 температура 15 С	Нетоксична, негорюча
Масло вакуумное марки ВМ-1, ВМ-5, ПФМС, ВМ-4	ГОСТ 23013-78	Внешний вид	Нетоксично, горюче
Вода дистиллированная		Внешний вид	Нетоксично, негорюче
Лабомид -101 (102)		Наличие сертификата	Нетоксично, негорюче

Заключение

В ходе выполнения данного проекта рассмотрены пространственные распределения электрических полей при различных конфигурациях.

Показано, что при установке дополнительного сетчатого электрода перед отверстием и подаче на него потенциала, равного потенциалу на подложке, в пространстве между сеткой и подложкой электрические поля отсутствуют.

При установке дополнительного цилиндрического электрода внутрь отверстия на расстояние 10мм от торца входного отверстия и подаче на него потенциала, равного потенциалу на подложке, электрические поля проникают в отверстие на большую глубину, чем в случае отсутствия электрода.

Экспериментальная проверка показала, что при использовании дополнительного сетчатого электрода увеличивается глубина нанесения покрытия от 1.4 до 2.2 раз, а в случае использования дополнительного цилиндрического электрода глубина нанесения увеличивается в 1.4 раза, наблюдается также увеличение толщины нанесенного покрытия. Это объясняется характером распределения электрических полей при использовании дополнительных электродов.

Произведена оценка эффективности нанесения износостойких покрытий ( АПП и его модификации) на поверхность мелкоразмерного твердосплавного инструмента ( сверла диаметром 0.2мм). Получены зависимости изнашивания от числа сверлений, согласно которым инструмент с покрытием имеет больший ресурс работы, чем без покрытия ( в случае слоистого покрытия АПП и Ti изнашивание меньше в 1.6 раза).

На основании полученных данных предложены рекомендации по совершенствованию технологического процесса упрочнения твердосплавных волок нанесением АПП с использованием дополнительных электродов ( Приложение Г).

Список литературы

1 Попилов, Д.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов/ Д.Я. Попилов - М.: Машиностроение, 1982.

2 Мрочек, Ж.А. Прогрессивные технологии восстановления и упрочнения деталей машин/Ж.А. Мрочек, Л.М. Кожуро, И.П. Филонов.- Мн.: Технопринт, 2000.- 268с.

3 Кудря, Н.А Современные направления совершенствования твердых сплавов для режущего инструмента/Н.А. Кудря, Э.Ф. Эйхманс .// Станки и инструмент - 1986 - №6.

4 Яресько, С.И. Физические и техногогические основы упрочнения твердых сплавов: [монография]/ С.И. Яресько - Самара: изд-во Самарского научного центра РАН - 2006 - 244с.

5 Гладких, Л.И. Остаточные напряжения в поверхностном слое твердосплавных пластинок после алмазного шлифования/Л.И. Гладких, Б.М. Свердлова, М.Я. Фукс // ФХММ - 1968 - Т.4, №6 - c.697-702.

6 Семко, М.Ф. Рентгенографическое исследование эпюры остаточных напряжений в твердосплавных пластинках после шлифования алмазными кругами/ М.Ф. Семко, Б.М.Свердлова, Л.И Гладких. и др.// Станки и режущие инструменты - 1968 - вып.7 - с.40-46.

7 Смагленко, Ф.П. Остаточные напряжения в твердых сплавах группы ВК после алмазного шлифования/ Ф.П. Смагленко// Сверхтвердые материалы - 1981 - №2 - с.61-64.

8 Фукс, М.Я Состояние поверхностного слоя материалов после алмазной и эльборовой обработки/ М.Я. Фукс, Н.К. Беззубенко, Б.М. Свердлова - Киев: Вища шк.,1979 - 160с.

9 Suzuki, H. Effect of surface grinding on mehanical properties of WC-Co allow/ Н. Suzuki, K. Hayashi// J.Jap.Inst.Met. - 1974 - №38 - p.604-608.

10 Лошак, М.Г. Упрочнение твердых сплавов//М.Г. Лошак, Л.И. Александрова - Киев: Наукова думка - 1977 - 148с.

11 Лошак ,М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов/ М.Г. Лошак - Киев: Наукова думка - 1984 - 328с.

12 Лошак, М.Г. Повышение прочностных характеристик сплавов дробеструйной обработкой/М.Г. Лошак, Л.И. Александрова, Ф.П. Смагленко и др.// Проблемы прочности - 1976 - №8 - с.97-99.