2.Ростоцкий Ю. С. Работоспособность рабочих элементов протяжек, упрочненных электроискровым легированием: Дис. … канд. техн. Наук.- Киев, 1992.- 194 с.

3.Кузнецов А. И. Плоская деформация неоднородных пластических тел // Вестник ЛГУ.- 1958.- № 3.- С. 103-108.

4.Друянов Б. А. Вдавливание жесткого штампа в толстую неоднородную полосу // Известия АН СССР. Механика и машино-

строение.- 1959.- № 3, С. 161-166.

5.Ольшак В., Рыхлевский Я., Урбановский В. Теория пластичности неоднородных тел.- М.: Мир, 1964.- 82 с.

6.Цеханов Ю.А. Механика процесса деформирующего протягивания: Дис. … канд. техн. наук.- Воронеж, 1974.- 164 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.09

Е.В.Смоленцев, Б.И. Омигов

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ КРИОГЕННОЭРОЗИОННЫМ УПРОЧНЕНИЕМ И ЛЕГИРОВАНИЕМ

Приведены результаты исследований по упрочнению поверхности без нанесения слоя материала

Рассматриваемый метод позволяет достичь высокого уровня упрочнения без нанесения на поверхность слоя покрытия. Такой процесс особенно востребован при упрочнении медицинского инструмента, где недопустимы даже мелкие частицы упрочняющего металла, которые могут отделиться и попасть в раны. Одновременно с упрочнением достигается устранение микродефектов поверхностного слоя, где в медицинском инструменте могут находиться болезнетворные бактерии.

Работы по повышению качества поверхности без нагрева заготовки проводились по гранту Президента РФ для поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук МК-283.2010.8.

В патенте 2108808 [1] используется в качестве рабочей среды жидкий азот, который в зону упрочнения инструмента подают поли-

33

вом. После образования на поверхности жидкой пленки включают ток и по началу возникновения импульса тока регулируют подачу жидкого газа.

Процесс осуществляют следующим образом: на установке для электроэрозионного упрочнения деталей с блоком ЧПУ (например, серийной установке ЭЛФА-731) устанавливают мягкий рабочий режим, применяют электрод из технически чистого титана, вводят программу перемещения упрочняемого медицинского инструмента и устанавливают сам инструмент. Регулируют полив жидкого азота из сосуда таким образом, чтобы жидкость сначала попадала на электрод, расположенный над упрочняемым медицинским инструментом, затем стекала на инструмент. В начале полива жидкость будет испаряться, а температура электрода и инструмента – снижаться. При достижении стабильной температуры на поверхности появится жидкая пленка, что позволяет включить рабочий ток и перемещение инструмента. Если амперметр покажет прохождение тока (при этом слышен характерный треск и наблюдается искрение), увеличивают подачу жидкого азота до нижнего устойчивого значения величины тока по амперметру и поддерживают этот показатель до конца обработки по программе перемещений инструмента от блока ЧПУ. После такой обработки на поверхности инструмента не наблюдается каких-либо изменений, а исследования микрошлифов показывают образование в микроуглублениях нитрида титана, прочно связанного основным материалом.

При упрочнении инструмента электроэрозионным способом, существует вероятность повреждения разрядами режущей кромки [2]. Для того, чтобы этого не произошло, необходимо смещать ось электрода-инструмента (ЭИ) на величину L (рис. 1).

Упрочнение инструмента в среде жидких газов осуществляется только при условии использовании автоматизированного оборудования, т.к. в условиях кипения жидких газов визуальное наблюдение за процессом затруднено [3]. Всем основным требованиям для работы в жидком азоте отвечает установка для электроэрозионного упрочнения ЭЛФА-731. При этом доля машинного времени при упрочнении не превышает 7% от общего времени на обработку, а большая часть трудозатрат уходит на подготовительные операции и организационно-технические мероприятия.

Высокое рабочее напряжение при упрочнении (до 380 В) требует размещения оборудования в отдельном помещении, а работа

34

оператора в ручном режиме недопустима. Работа в автоматизированном режиме по заданной программе позволяет значительно увеличить производительность труда оператора, что возможно при достаточно большой партии изделий. Требования по шероховатости и твердости упрочненной поверхности обеспечиваются за два рабочих прохода ЭИ, т.к. один проход инструмента не позволяет получить требуемые параметры упрочняемой поверхности, а увеличение проходов более двух не дает существенного улучшения обработанной поверхности, но требует повышенного расхода жидкого газа.

Рис. 1. Схема смещения оси электрода относительно режущей кромки инструмента: 1 - электрод-инструмент; 2 – упрочняемая деталь; 3

-режущая кромка; АА - торец ЭИ; D – диаметр ЭИ

Впроцессе обработки применяется жидкий азот, что заставляет предъявлять серьезные требования к воздухообмену в зоне обработки и вызывает необходимость принудительной вентиляции в рабочей зоне установки.

Положительные результаты получены при упрочнении кромки режущих инструментов в медицинской технике. Для этого из партии медицинских скальпелей для упрочнения было произвольно выбрано 4 штуки, каждому из них был присвоен порядковый номер от 1 до 4. Два скальпеля упрочнили на установке ЭЛФА-731 в среде жидкого азота электродом из титанового сплава ОТ4-1. Режим обра-

35

ботки: ток около 0,2 А, подача до 30 мм/с, расход жидкого азота около 0,2 л/мин. Затем для одного инструмента из каждой партии провели металлографические исследования и установили, что после упрочнения все микротрещины заполнены высокопрочным нитридом титана. Это дает основание ожидать значительного повышения стойкости режущей части между переточками. По одному скальпелю было отдано в медсанчасть, где они использовались при операциях. Их подвергали многократным стерилизациям, между которыми изучали поверхность и состояние заточки, для чего делали разрезку пластмассовых образцов. Люминесцентный контроль показал, что после 10 стерилизаций количество и раскрытие микротрещин на неупрочненном инструменте начало резко возрастать, а на режущей части появились выкрашивания. На упрочненном инструменте микротрещин и следов затупления не наблюдалось, стерилизация не вызвала изменения внешнего вида и характеристик режущей части. Длительные испытания показали возрастание работоспособности после упрочнения более чем в 10 раз. Проведенные испытания подтвердили эффективность и экономическую обоснованность упрочнения медицинского инструмента в среде жидких газов.

Литература

3.Патент 2108808. Способ защиты медицинского инструмента от инфицирования / В.П. Смоленцев, Л.А. Малиновская, М.В. Фролов. Бюл. изобр. 1998. № 11. 5 с.

4.Комбинированные методы обработки / В.П. Смоленцев, А.И. Болдырев, А.В. Кузовкин, Г.П. Смоленцев, А.И. Часовских. Воронеж: ВГТУ, 1996. 168 с.

5.Электрохимические и электрофизические методы обработки /Под ред. В.П. Смоленцева: в 2т. – М.: Выс. шк., 1983. 346с.

6.Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки. М. Машиностроение. 2005. 511 с.

Воронежский государственный технический университет ФГУП Воронежский механический завод

36