Способ поверхностной обработки импульсной плазмой

 

Изобретение относится к способам поверхностной обработки импульсной плазмой и может быть использовано в авиационной и металлообрабатывающей промышленности. Целью изобретения является повышение энергетического КПД процесса обработки, увеличение глубины модифицированного слоя путем регулирования времени обработки. Обрабатываемые детали помещают в камере. В полости камеры размещают электроды коаксиально обрабатываемой поверхности. Перед возбуждением плазменного разряда камеру вакуумируют и подают в нее газ. Затем возбуждают плазменный разряд. При этом длительность разряда, амплитуду тока и период колебаний выбирают из приведенных математических зависимостей. Так как плазменный разряд в зазоре является основным источником диссипации энергии, а пристеночный слой плазмы тонкий, практически вся энергия, переданная в разряд, поступит на обрабатываемую поверхность, что обеспечит высокий КПД передачи энергии от источника к обрабатываемой поверхности. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4443249/27 (22) 05,05.88 (46) 15,05.91. Бюл. гв 18 (72) С.Г. Алиханов и Н.М. Умрихин (53) 621.791,75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1407384, кл. Н 05 Н 1/00, 1986. (54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ИМПУЛЬСНОЙ ПЛАЗМОЙ (57) Изобретение относится к способам поверхностной обработки импульсной плазмой и может быть использовано в авиационной и металлообрабатывающей промышленности. Целью изобретения является повышение энергетического КПД процесса обработки, увеличение глубины модифицированного слоя путем регулироИзобретение относится к способам поверхностной обработки изделий иэ металлов и сплавов импульсной газовой плазмой и, преимущественно, может быть использовано в авиационной, машиностроительной, судостроительной, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности.

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство состоит иэ вакуумной камеры 1, в которой размещены электроды 2 коаксиального плазменного ускорителя, разделенные изолятором 3. На электроды ускорителя устанавливают детали 4, 5 для обработки внутренней и внешней поверхностей. Ускоритель эапитывается от емкостного накопителя 6 через управляемые коммутаторы 7, 8. Контур тока замыкается через перемычки 9.

Способ реализуется следующим образом.

„„59„„1648669 А1 (лцзр В 23 К 10/00, Н 05 Н 1/00 вания времени обработки. Обрабатываемые детали помещают в камере. В полости камеры размещают электроды коаксиально обрабатываемой поверхности. Перед возбуждением плазменного разряда камеру вакуумируют и подают в нее гаэ. Затем возбуждают плазменный разряд. При этом длительность разряда, амплитуду тока и период колебаний выбирают из приведенных математических зависимостей. Так как плазменный разряд в зазоре является основным источником диссипации энергии, а пристекочный слой плазмы тонкий, практически вся энергия, переданная в разряд. поступит на обрабатываемую поверхность. что обеспечит высокий КПД передачи энергии от источника к обрабатываемой поверхности. 1 ил, В камере 1 к торцу электродов ускорителя 2 устанавливают обрабатываемые детали 4, 5, соединенные перемычкой 9.

Камеру герметизируют и вакуумируют. Затем заряжают конденсаторную батарею б и через коммутатор 7 подают напряжение на ускоритель. Срабатывание ускорителя приводит.к разгону плазмы, транспортировке ее вдоль установленных деталей и образованию пристеночной плазмы на обрабатываемой поверхности, Объем в зазоре между деталями при этом заполняется магнитным полем сил ьноточного разряда, протекающего по пристеночной плазме. Длительность . разряда может регулироваться посредством коммутатора 8. Энергия из плазмы на деталь поступает, в основном, в виде излучения,,а также за счет теплопроводности плазмы, Так как разряд в пристеночной плазме является основным источником диссипации энергии, а пристеночный слой плазмы тонкий. практически вся энергия, 1648669

1 переданная в разряд, поступит на обрабатываемую поверхность как в случае радиационного, так и теплопроводностного канала передачи энергии.

Таким образом КПД передачи энергии 5 от источника в модифицируемый слой оказывается достаточно высоким, Для того, чтобы магнитоприжатый разряд (МПР) в плазме мог существовать в коаксиальной камере с металлическими 10 поверхностями, необходимо, чтобы толщина МПР была меньше зазора между обрабатываемыми поверхностями и время диффузии тока иэ слоя в металле должно быть больше времени обработки изделий, 15

Последнее условие будет всегда выполнено, если время диффузии тока больше времени периода колебаний тока. При этом длительность r, амплитуда тока и период колебаний Т МПР должны определяться по 20 следующим соотношениям:

z =р Ср дг/К, (с) (QoK Ся/;д) 0.4з (AJ

Т (Кг(к/!)4 3(с), где R — радиус обрабатываемой поверхно- 30 сти;

Qp — плотность энергии разряда при обработке; д- глубина модифицированного слоя;

Ср — теплоемкость обрабатываемого ма- 35 териала;

Ъ к — теплопроводность обрабатываемого материала; р- плотность обрабатываемого материала; 40

К! — коэффициент пропорциональности

К, 1 З„-О,аз -О.14. О,43.

K2 — коэффициент пропорциональности

К2=500 с А4/3 см 4/3

Пример, Проводилась обработка двух 45 конических. деталей длиной 250 мм диаметром от 20 мм до 120 мм, Обрабатывались одновременно в большом конусе внутренняя поверхность, а в малом — наружная.

Материал — сталь 45, I=2 10 А, г=10 с, 50

Т=З 10 /f=300 кГц (т,е. в импульс обработки укладывалось 3 периода колебаний тока).

Давление газа (водорода) 10 " мм рт.ст;

Микротвердость начальная 2000 Mfla a после плазмоимпульсной обработки>

>10 МПа при глубине слоя 50 мкм.

Предложенный способ модификации металлических поверхностей позволяет однородно обрабатывать внутренние и внешние поверхности цилиндрических деталей с регулируемой глубиной модифицированного слоя.

Формула изобретения

Способ поверхностной обработки импульсной плазмой, при котором обрабатываемые детали помещают в камеру, затем камеру вакуумируют и заполняют рабочим газом, а обработку ведут двумя электродами, между которыми возбуждают плазменный разряд, отличающийся тем,что, с целью повышения энергетического КПД, увеличения глубины модифицированного слоя на обрабатываемой детали путем регулирования времени обработки, обработку ведут полыми электродами, детали устанавливают на электроды или между ними, а длительность r, амплитуду тока и период колебания Т плазменного разряда выбирают из следующих соотношений: г р.с- . г, К . R (Q C ) 0.43 (А)

Т (Кг(Я/!) (С), где Qp — плотность энергии разряда при обработке, эрг; д — глубина модифицированного слоя, см;

R — радиус обрабатываемой поверхности, см, Cp — теплоемкость обрабатываемого материала, кал/г; к- теплопроводность обрабатываемого материала, кал/(с см ); р- плотность обрабатываемого материала, г/см;

К! — коэффициент пропорциональности, Кг — коэффициент пропорциональности, K 500 А4/3 „„-4/3

1648669

Составитель Г.Тютченкова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Осауленко

Редактор М.Товтин

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1485 Тираж 526 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5