ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. В работе представлены результаты исследования применения электрода-инструмента (ЭИ), изготовленного методом селективного лазерного сплавления из порошка мартенситностареющей стали MS1 для копировально-прошивной электроэрозионной обработки (КПЭЭО). Цель работы: экспериментальное исследование особенностей применения аддитивно изготовленных ЭИ при КПЭЭО ответственных изделий. Методы исследования. Изготовление образцов выполнялось на установке ReaLizer SLM 50. В качестве исходного материала использовался порошок MS1 сферической формы со средним размером частиц 30 мкм. Для отработки режимов и выбора образца ЭИ с наименьшим количеством поверхностных дефектов было отработано четыре режима изготовления, выбран наилучший образец для дальнейшего исследования. КПЭЭО проводилась на оборудовании EMT Smart CNC в среде трансформаторного масла. Образцы были установлены в зажим при прямой полярности и применялись в качестве ЭИ, в качестве электрода-детали служила пластина 12Х18Н10Т. Исследование проводилось с помощью факторного эксперимента (типа 23) с центром плана. Входные данные факторного эксперимента – сила тока I, А, напряжение U, Вт, время включения импульса Ton, мкс. Выходными параметрами являлись параметр шероховатости по Ra и γ – износ ЭИ. Измерение параметра шероховатости по Ra проводилось на установке Mahr Perthometer S2. Результаты и обсуждение. Методом СЛС изготовлены образцы ЭИ из порошка MS1, выбран наиболее качественный образец № 4 для КПЭЭО. Получены эмпирические уравнения, описывающие взаимосвязь параметра качества поверхности – шероховатости по Ra и γ – износа ЭИ, изготовленного из мартенситностареющей стали MS1, в зависимости от режимов КПЭЭО. На минимальном режиме при силе тока I = 4 А и напряжении U = 50 В износ ЭИ γ = 0,0063875 г. Максимальный износ ЭИ составляет γ = 0,13938 г при силе тока I = 8 А и напряжении U = 50 В. Установлено, что при постоянном времени включения импульса Ton = 75 мкс наименьшая шероховатость Ra = 2,83 мкм получена при силе тока I = 4 А и напряжении U = 100 В, а максимальная шероховатость составила Ra = 4,1568 мкм при I = 8 А и U = 100 В.
Абляз Тимур Ризович
Блохин Владимир Борисович
Шлыков Евгений Сергеевич
Муратов Карим Равилевич
Осинников Илья Владимирович
1. Rajurkar K.P., Sundaram M.M., Malshe A.P. Review of electrochemical and electrodischarge machining // Procedia CIRP. – 2013. – Vol. 6 (2). – P. 13–26. – DOI: 10.1016/j.procir.2013.03.002.
2. Dimla D.E., Hopkinson N., Rothe H. Investigation of complex rapid EDM electrodes for rapid tooling applications // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2004. – Vol. 23 (3). – P. 249–255. – DOI: 10.1007/s00170-003-1709-8.
3. Ho K.H., Newman S.T. State of the art electrical discharge machining (EDM) // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2003. Vol. 43. – Iss. 13. – P. 1287–1300. – DOI: 10.1016/S0890-6955(03)00162-7
4. Experimental study on debris evacuation during slot EDMing / I. Ayesta, O. Flaño, B. Izquierdo, J.A. Sanchez, S. Plaza // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 42. – P. 6–11. – DOI: 10.1016/j.procir.2016.02.174.
5. Application of additive manufactured tungsten carbide-cobalt electrodes with interior flushing channels in S-EDM / E. Uhlmann, J. Polte, R. Bolz, S. Yabroudi, J. Streckenbach, A. Bergmann // Procedia CIRP. – 2020. – Vol. 95. – P. 460–465. – DOI: 10.1016/j.procir.2020.03.136.
6. Application of additive manufactured tungsten carbide tool electrodes in EDM / E. Uhlmann, A. Bergmann, R. Bolz, W. Gridin // Procedia CIRP. – 2018. – Vol. 68. – P. 86–90. – DOI: 10.1016/j.procir.2017.12.027.
7. Rathi M.G., Mane D.V. An overview of additive mixed EDM // International Journal of Scientific and Research Publications. – 2014. – Vol. 4 (11). – P. 1–6.
8. Design and additive manufacturing of optimized electrodes for energy storage applications / M.D. Batista, S. Chandrasekaran, B.D. Moran, M.S. Troya // Carbon. – 2023. – Vol. 205. – P. 262–269. – DOI: 10.1016/j.carbon.2023.01.044.
9. Gu D., Shen Y., Xiao J. Influence of processing parameters on particulate dispersion in direct laser sintered WC–Co p/Cu MMCs // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2008. – Vol. 26 (5). – P. 411–422. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2007.09.005.
10. Investigation of the machinability of composite materials electrode-tools while EDM / A.O. Grisharin, N.D. Ogleznev, K.R. Muratov, T.R. Ablyaz // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 510 (1). – P. 1–5. – DOI: 10.1088/1757-899X/510/1/012006.
11. Singh P., Sidhu S.S., Payal H.S. Fabrication and machining of metal matrix composites: a review // Materials and Manufacturing Processes. – 2015. – Vol. 31 (5). – P. 1–21.
12. Thakur A., Pabla B.S. Surface modification using composite electrodes in EDM: a review // International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. – 2023. – Vol. 11 (10). – P. 1008–1013. – DOI: 10.22214/ijraset.2023.56134.
13. Development and application of new composite materials as EDM electrodes manufactured via selective laser sintering / F.L. Amorim, T. Czelusniak, C.F. Higa, A. Lohrengel // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2014. – Vol. 72. – P. 9–12. – DOI: 10.1007/s00170-014-5765-z.
14. Performance of sinking EDM electrodes made by selective laser sintering technique / F.L. Amorim, A. Lohrengel, N. Muller, G. Schafer, T. Czelusniak // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2012. – Vol. 65. – P. 9–12. – DOI: 10.1007/s00170-012-4267-0.
15. Prospects for laser based powder bed fusion in the manufacturing of metal electrodes: a review / P. Nyamekye, P. Nieminen, M.R. Bilesan, E. Repo, H. Piili, A. Salminen // Applied Materials Today. – 2021. – Vol. 23. – P. 1–20. – DOI: 10.1016/j.apmt.2021.101040.
16. Residual porosity of 3D-LAM-printed stainless steel electrodes allows galvanic exchange platinisation / J. Weber, A.J. Wain, H. Piili, A. Vuorema // ChemElectroChem. – 2016. – Vol. 3 (6). – P. 1–24. – DOI: 10.1002/celc.201600098.
17. Sahu A.K., Mahapatra S.S. Performance analysis of tool electrode prepared through laser sintering process during electrical discharge machining of titanium // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 106 (6). – P. 1017–1041. – DOI: 10.1007/s00170-019-04675-1.
18. Experimental research on preparation and machining performance of porous electrode in electrical discharge machining / Y. Jiang, L. Kong, J. Yu, C. Hua // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2022. – Vol. 36 (1–3). – P. 1–15. – DOI: 10.1007/s12206-022-1134-2.
19. Zhang B., Li Y., Bai Q. Defect formation mechanisms in selective laser melting: a review // Chinese Journal of Mechanical Engineering. – 2017. – Vol. 30 (3). – P. 515–527. – DOI: 10.1007/s10033-017-0121-5.
20. Defect, microstructure, and mechanical property of Ti-6Al-4V alloy fabricated by high-power selective laser melting / S. Cao, Z. Chen, K. Yang, S.C.V. Lim // JOM: The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. – 2017. – Vol. 69 (12). – P. 2684–2692. – DOI: 10.1007/s11837-017-2581-6.
21. Balling behavior of stainless steel and nickel powder during selective laser melting process / R. Li, J. Liu, Y. Shi, L. Wang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2012. – Vol. 59 (9). – P. 1025–1035. – DOI: 10.1007/s00170-011-3566-1.
22. Promoppatum P., Yao S.C. Analytical evaluation of defect generation for selective laser melting of metals // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 103. – P. 1–4. – DOI: 10.1007/s00170-019-03500-z.
23. Study of the EDM process of bimetallic materials using a composite electrode tool / T.R. Ablyaz, E.S. Shlykov, K.R. Muratov, A.V. Zhurin // Materials. – 2022. – Vol. 15 (3). – P. 1–13. – DOI: 10.3390/ma15030750.
Ablyaz T.R., Shlykov E.S., Muratov K.R. Improving the efficiency of electrical discharge machining of special-purpose products with composite electrode tools // Materials. – 2021. – Vol. 14 (20). – P. 1–19. – DOI: 10.3390/ma14206105.
Финансирование
Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда по гранту № 23-29-00104. https://rscf.ru/project/23-29-00104/
Благодарности
Авторы выражают благодарность доценту каф. ИТМ ФГАОУ ВО «ПНИПУ» Е.А. Морозову за помощь в изготовлении образцов электродов-инструментов методом СЛС из мартенситностареющей стали MS1.
Особенности применения электродов-инструментов, изготовленных аддитивными технологиями, при электроэрозионной обработке изделий / Т.Р. Абляз, В.Б. Блохин, Е.С. Шлыков, К.Р. Муратов, И.В. Осинников // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 135–148. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-135-148.
Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Features of the use of tool electrodes manufactured by additive technologies in electrical discharge machining of products. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2024, vol. 26, no. 3, pp. 135–148. DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-135-148. (In Russian).
