Введение к работе
Актуальность темы. Твердосплавный инструмент широко используется в машиностроении. Его идентификация по шифрам и принадлежности к сборочным единицам требует надежной маркировки твердосплавных элементов. Стандартные приемы нанесения информации ударным методом здесь неприменимы, так как ударные клейма имеют твердость ниже, чем обрабатываемый материал. Применение красок, наклеек, радиоактивных меток не нашло достаточно широкого использования из-за низкой сохраняемости информации или сложности проведения операции. Наиболее широко в процессе изготовления твердосплавного инструмента используют электрографы, которые дают стойкую к износу информацию, но форма знаков и ширина штриха не соответствуют стандартам. Последнее приводит к нарушению сроков поставок инструмента в цеха, браку сборных твердосплавных штампов и, в конечном счете, к большим материальным потерям.
Применяемый для стального инструмента электрохимический метод нанесения информации отвечает всем требованиям отечественных и зарубежных стандартов и не создает препятствий для поставки изделий машиностроения на международный рынок, что соответствует современным тенденциям развития промышленности.
Однако попытки применить уже созданные для стальных изделий методы маркирования не дали положительных результатов, так как разработчики не смогли получить требуемой четкости, контрастности, ширины штриха, глубины знака. Поэтому этот вид информации применяется в исключительных случаях для нанесения небольших массивов знаков шифрами с номерами более 5, в то время как твердосплавные элементы стремятся выполнить с минимальными размерами и тем самым снизить стоимость инструмента. Здесь электрохимическая маркировка практически не используется, хотя проблема выпуска твердосплавного инструмента (вырубные штампы, высадочные матрицы, режущий и мерительный инструмент), соответствующего международным стандартам и конкурентоспособного на мировом рынке, остается актуальной. С учетом сказанного, решение проблемы нанесения информации на твердосплавные детали, в частности на инструмент, представляет большой интерес для промышленности, особенно в случае поставок за рубеж оборудования (например, кузнечно-прессового), где прибыль сильно зависит от уровня оснащения его инструментом.
Наряду с мелким информационным маркированием требуется решить проблемы получения глубоких знаков для обозначения схем сборки, присоединения твердосплавных элементов при изготовлении и эксплуатации, в случае окраски изделия, когда цветовая информация становится неразличимой. Такая проблема применительно к твердосплавным деталям не нашла решения, хотя и актуальна для машиностроения.
Работа выполнялась в соответствии с тематическими карточками РАКА, научным направлением кафедры технологии машиностроения ВГТУ "Проблемы современной технологии машиностроения" (№ гос. per. 01960005763) и программой "Черноземье" на 1995-2000 гг.
Целью работы является разработка режимов и технологии электрохимического нанесения стандартной информации на твердосплавный инструмент. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
-
Анализ факторов, препятствующих получению качественной информации на твердые сплавы, и обоснование путей решения проблемы мелкого и глубокого электрохимического маркирования твердосплавных элементов инструмента.
-
Моделирование процесса формообразования штрихов и образования контрастных границ при электрохимическом маркировании твердых сплавов.
-
Создание оптимальной технологии изготовления инструмента для нанесения контрастной информации, соответствующей стандартам.
-
Разработка методов расчета гидродинамических режимов при нанесении глубоких знаков на токопроводящие материалы.
-
Расширение области применения электрохимического маркирования на твердосплавные детали малых размеров.
Методы исследования. Применены теоретические исследования в области электрохимической размерной обработки, моделирование течения ньютоновских жидкостей через узкие щели, теоретические вопросы технологии машиностроения, анализ и оптимизация нестационарных процессов.
Научная новизна. Структурированы требования к свойствам рабочих сред, обеспечивающих получение контрастных осадков на знаках и хорошую читаемость информации.
Разработаны модели получения узких штрихов с поперечными сечениями менее ширины рабочей части инструмента за счет управления электрическим полем, что позволило наносить стандартную информацию на твердосплавный инструмент малых размеров.
Изучены закономерности и приведены численные методы расчетов гидродинамических режимов для глубокого электрохимического маркирования.
Практическая значимость работы. Осуществлена разработка режима и технологии нанесения мелкой и глубокой стандартной информации на твердосплавный инструмент, предназначенный для собственного потребления и поставки на другие предприятия, в том числе по экспорту.
Созданы новые рабочие среды, обеспечивающие контрастность изображения и позволяющие расширить область применения маркирования на твердосплавные изделия ограниченных размеров.
Решена технологическая проблема нанесения глубокой информации на твердосплавный инструмент с сохранением читаемости после покрытий или чистовой обработки.
Разработаны критерии выбора способа и реализации оптимальной технологии изготовления качественного инструмента для нанесения информации.
Реализация результатов работы. Разработанные режимы, технологические процессы и инструмент внедрены на оборудовании и установках для электрохимического маркирования при изготовлении твердосплавных деталей в инструментальных цехах Воронежского механического завода, завода "Агрегат" (г. Острогожск Воронежской обл.), Воронежского станкостроительного завода, в учебный процесс Воронежского государственного технического университета на кафедре "Технология машиностроения".
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на ежегодных конференциях ВГТУ, семинарах и отраслевых совещаниях в Российском авиационно-космическом агентстве, на научных конференциях в Туле, Санкт-Петербурге, на международной конференции в Польше (ЕМ-2000, Bydgoszcz-WENECJA).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе монография.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 138 наименований, приложений. Она изложена на 179 страницах, содержит 63 рисунка, 6 таблиц.