techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2022-12-1-83-98techusgu-66Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEСпособ стабилизации работы электрода-инструмента при электроискровом легировании металлических поверхностейMethod for Stabilizing the Operation of the Electrode-Tool During Electric Spark Alloying of Metal Surfaceshttps://orcid.org/0000-0001-7423-4641КоваленкоС. В.KovalenkoS. V.

Коваленко Сергей Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматика и системотехника

ул. Тихоокеанская 136, г. Хабаровск 680042

Sergey V. Kovalenko, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor of the Department  of Automation and System Engineering

136 Tihookeanskaya str., Khabarovsk 680042

004936@pnu.eduhttps://orcid.org/0000-0001-6685-9801КаминскийА. В.KaminskiyA. V.

Каминский Александр Викторович,  кандидат физико-математических наук,  доцент

ул. Тихоокеанская 136, г. Хабаровск 680042

Alexandr V. Kaminskiy, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Associate Professor  of the Department of Automation and System Engineering

136 Tihookeanskaya str., Khabarovsk 680042

ak13636@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4616-7805КозырьА. В.Kozyr'A. V.

Козырь Аркадий Валентинович, кандидат технических наук, доцент кафедры стартовых и технических ракетных комплексов

Игнатьевское шоссе 21, г. Благовещенск 675027

Arkadij V. Kozyr', Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor of the Department of Launch and Technical Missile Systems

21 Ignat'evskoe shosse, Blagoveshchensk 675027

a-v-kozyr@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8820-6358КоневцовЛ. А.KonevtsovL. A.

Коневцов Леонид Алексеевич, кандидат  технических наук, старший научный  сотрудник лаборатории физико-химических основ технологии материалов

ул. Тихоокеанская 153, г. Хабаровск 680042

Leonid A. Konevtsov, Cand. of Sci.  (Engineering), Senior Researcher of the Laboratory  of Physical and Chemical Fundamentals  of Materials Technology

153 Tihookeanskaya str., Khabarovsk 680042

konevts@narod.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4809-8660КоноваловС. В.KonovalovS. V.

Коновалов Сергей Валерьевич, доктор  технических наук, профессор, заведующий  кафедрой технологии металлов и авиационного материаловедения

ул. Московское шоссе 34, г. Самара 443086

Sergey V. Konovalov, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Head of the Department of Process Metallurgy and Aviation Material Science  Department

34 Mosskovskoe shosse, Samara 443086

ksv@ssau.ruТихоокеанский государственный университетРоссияPacific National UniversityRussian FederationАмурский государственный университетРоссияAmur State UniversityRussian FederationИнститут материаловедения Дальневосточного отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Materials Science, Khabarovsk Scientific Center, Far Eastern Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationСамарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. КоролеваРоссияSamara National Research UniversityRussian Federation2022280420231218398Copyright © Коваленко С.В., Каминский А.В., Козырь А.В., Коневцов Л.А., Коновалов С.В., 20232023Коваленко С.В., Каминский А.В., Козырь А.В., Коневцов Л.А., Коновалов С.В.Kovalenko S.V., Kaminskiy A.V., Kozyr' A.V., Konevtsov L.A., Konovalov S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/66Цель исследования

Цель исследования. Расширение технологических возможностей использования метода электроискрового легирования за счёт систематизации и оптимизации изменения регулируемых электрических параметров технологического тока.

Методы

Методы. Для расширения технологических возможностей при формировании исполнительных поверхностей деталей машин предложен способ стабилизации работы электрода-инструмента при их электроискровом легировании. Стабильность работы вибрирующего электрода-инструмента в процессе электроискрового легирования осуществляется путём автоматического слежения за межэлектродным промежутком посредством изменения частоты следования импульсов технологического тока. Формирование импульсов технологического тока происходит в результате интегрированного воздействия двух составляющих. Первая задаётся непосредственно за счёт механических колебаний электромагнитного вибрирующего электрода-инструмента и синхронизирует работу установки в целом. Вторая формируется за счёт разнесения во времени синхронизируемых сигналов управления последовательного разряда всех заряженных ёмкостных накопителей по алгоритму – разряд следующего после разряда предыдущего.

Результаты

Результаты. Экспериментально установлено, что при использовании данного способа появляется возможность повысить качество нанесения функциональных покрытий за счёт систематизации выбора технологических параметров управления процессом. Для осуществления способа предложены разработка оригинальной схемы и макет установки, обеспечивающие установление влияния работы компонентов её узлов (технологического тока) на состав, структуру, свойства наносимых покрытий.

Заключение

Заключение. На основании проведенных экспериментальных исследований предложен один из путей улучшения функциональных свойств исполнительных поверхностей деталей машин и механизмов за счёт изменения технологии использования метода ЭИЛ посредством совершенствования технологического оборудования, а именно электрических параметров генератора импульсов технологического тока.

Purpose of research

Purpose of research. Expansion of technological possibilities of using the method of electrospark alloying due to the systematization and optimization of changes in the controlled electrical parameters of the process current.

Methods

Methods. To expand the technological capabilities in the formation of the executive surfaces of machine parts, a method for stabilizing the work of the electrode-tool during their electric spark alloying is proposed. The stability of the vibrating electrode-tool in the process of electric spark alloying is carried out by automatically monitoring the interelectrode gap by changing the frequency of the process current pulses. Process current impulses are formed as a result of the integrated action of two components. The first one is set directly due to mechanical vibrations of the electromagnetic vibrating electrode-tool and synchronizes the operation of the installation as a whole. The second one is formed due to the spacing in time of the synchronized control signals of the sequential discharge of all charged capacitive storages according to the algorithm - the discharge of the next one after the discharge of the previous one.

Results

Results. It has been experimentally established that when using this method, it becomes possible to improve the quality of deposition of functional coatings by systematizing the choice of technological parameters of the process control. To implement the method, it is proposed to develop an original scheme and layout of the installation, which ensures the establishment of the influence of the operation of the components of its nodes (technological current) on the composition, structure, properties of the applied coatings.

Conclusion

Conclusion. Based on the experimental studies carried out, one of the ways to improve the functional properties of the executive surfaces of machine parts and mechanisms by changing the technology of using the electric spark doping method by improving the process equipment, namely, the electrical parameters of the process current pulse generator, is proposed.

электроискровое легированиепрограммно-аппаратный комплексэлектрод-инструментгенератор импульсовисполнительная поверхностьнакопительная емкостьключ зарядно-разрядныйинтегрирующее воздействиеelectric spark alloyingsoftware and hardware complexelectrode-toolpulse generatorexecutive surfacestorage capacitycharge-discharge keyintegrating effectReferencesВерхотуров А. Д., Шпилёв А. М., Коневцов Л. А. Самсонов и современная парадигма материаловедения // Избранные труды профессора А. Д. Верхотурова. Т. 1: Общие проблемы науки о материалах на современном этапе развития человеческой цивилизации / ред. Б. А. Воронов, Ю. А. Давыдов; науч. ред.: В. М. Макиенко, Л. А. Коневцов. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2016. С. 182–195.Verkhoturov A. D., Shpilev A. M., Konevtsov L. A. Samsonov i sovremennaya paradigma materialovedeniya [Samsonov and the modern paradigma materiarum scientiarum]. Izbrannye trudy professora A. D. Verkhoturova. T. 1: Obshchie problemy nauki o materialakh na sovremennom etape razvitiya chelovecheskoi tsivilizatsii [Opera Professoris A. D. Verkhoturov. Vol. 1. Quaestiones generales scientiarum de materiis in hodierno cultu humanitatis]; ed. by B. A. Voronov, Yu. A. Davydov, V. M. Makienko, L. A. Konevtsov. Khabarovsk, DVGUPS Publ., 2016, pp. 182–195.Патент 2631549 Российская Федерация, МПК В 22 F9/14, C22B 34/12, B23H 1/00. Способ получения порошка титана методом электроэрозионного диспергирования / Новиков Е. П., Агеев Е. В., Агеева Е. В. № 2016110017; заявл. 11.11.2016; опубл. 25.09.2017, Бюл. № 27.Novikov E. P., Ageev E. V., Ageeva E. V. Sposob polucheniya poroshka titana metodom ehlektroehrozionnogo dispergirovaniya [Method for producing titanium powder by electro-erosive dispersion]. Patent RF, no. 2631549, 2017.Электроимпульсное плазменное спекание керамик и твердых сплавов на основе карбида вольфрама из нанопорошков, полученных методом плазмохимического синтеза / М. С. Болдин, А. В. Нохрин, Н. В. Сахаров, В. Н. Чувильдеев, Ю. В. Благовещенский, Н. В. Исаева, С. В. Шотин, В. Н. Трушин, Е. С. Смирнова, А. А. Попов, Е. А. Ланцев // VI Всероссийская конференция по наноматериалам с элементами научной школы для молодежи: сборник материалов. М.: Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, 2016. С. 63–65.Boldin M. S., Nokhrin A. V., Sakharov N. V., Chuvil'deev V. N., Blagoveshchenskii Yu. V., Isaeva N. V., Shotin S. V., Trushin V. N., Smirnova E. S., Popov A. A., Lantsev E. A. [Electropulse plasma sintering of ceramics and hard alloys based on tungsten carbide from nanopowders obtained by plasma-chemical synthesis]. VI Vserossiiskaya konferentsiya po nanomaterialam s elementami nauchnoi shkoly dlya molodezhi. Sbornik materialov [Proceedings of VI All-Russian Conference on Nanomaterials with elements of a scientific school for youth]. Moscow, Institut metallurgii i materialovedeniya im. A. A. Baikova RAN, 2016, pp. 63–65. (In Russ.)Агеев Е. В., Грашков С. А., Хардиков С. В. Восстановление корпусных деталей агрегатов автомобиля КГП с электроэрозионными материалами: монография. Курск: Университетская книга, 2020. 174 с.Ageev E. V., Grashkov S. A., Khardikov S. V. Vosstanovlenie korpusnykh detalei agregatov avtomobilya KGP s elektroerozionnymi materialami [Restoration of hull children's units of the KGP car with electroerosion materials]. Kursk, Universitetskaya kniga Publ., 2020. 174 p.Агеев Е. В., Сабельников Б. Н. Износостойкие безвольфрамовые твердосплавные порошковые материалы для восстановления изношенных деталей автомобилей // Мир транспорта и технологических машин. 2020. № 1 (68). С. 11–17.Ageev E. V., Sabelnikov B. N. Iznosostoikie bezvol'framovye tverdosplavnye poroshkovye materialy dlya vosstanovleniya iznoshennykh detalei avtomobilei [Wear-resistant volframeless solid-alloy powder materials for the restoration of worn-out parts of auto-mobiles]. Mir transporta i tekhnologicheskikh mashin = The world of transport and technological machines, 2020, no. 1 (68), pp. 11–17.Агеев Е. В., Агеева А. Е. Состав, структура и свойства твердосплавных порошков, полученных электродиспергированием сплава Т5К10 в воде // Металлург. 2022. № 2. С. 39–43.Ageev E. V., Ageeva A. E. Sostav, struktura i svoistva tverdosplavnykh poroshkov, poluchennykh elektrodispergirovaniem splava T5K10 v vode [Composition, structure and properties of hard-alloy rocks obtained by electrodispersion of T5K10 alloy in water]. Metallurg = Metallurgist, 2022, no. 2, рр. 39–43.Лазаренко Н. И., Лазаренко Б. Р. Электроискровое легирование металлических поверхностей // Электронная обработка материалов. 1977. №3. С. 12–16.Lazarenko N. I., Lazarenko B. R. Elektroiskrovoe legirovanie metallicheskikh poverkhnostey [Electrosparkalloying of metal surfaces]. Elektronnaya obrabotka materialov = Electronic Processing of Materials, 1977, no. 3, pp. 12–16.Высокоэнергетическое воздействие на вольфрамсодержащие материалы и металлы / А. Д. Верхотуров, П. С. Гордиенко, В. А. Достовалов [и др.]. Владивосток: Издво Дальневост. федер. ун-та, 2012. 472 с.Verkhoturov A. D., Gordienko P. S., Dostovalov V. A., Konevtsov L. A., Panin E. S., Dostovalov D. V. Vysokoenergeticheskoe lokal'noe vozdeystvie na vol'framsoderzhashchie materialy I metally [High-energy local action on tungsten-containing materials and metals]. Vladivostok, Far. Eastern Federal. Univ. Publ, 2012. 472 p.Использование метода электроискрового легирования для повышения коррозионной стойкости поверхности титана / Л. П. Корниенко, Г. П. Чернова, В. В. Михайлов, А. Е. Гитлевич // Электронная обработка материалов. 2011. № 1. С. 14–23.Kornienko L. P., Chernova G. P., Mikhailov V. V., Gitlevich A. E. Ispol'zovanie metoda elektroiskrovogo legirovaniya dlya povysheniya korrozionnoi stoikosti poverkhnosti titana [Using the method of electrospark alloying to improve the corrosion resistance of titanium surfaces]. Elektronnaya obrabotka materialov = Electronic processing of materials, 2011, no. 1, рр. 14–23.Bilous O., Mahura B. Application of wear-resistant coating by electrospark alloying method using an eutectic electrode material // Ukrainian journal of mechanical engineering and materials science. 2018.Vol. 4, No. 1. P. 40–48. https://doi.org/10.23939/ujmems2018.01.040.Bilous O., Mahura B. Application of wear-resistant coating by electro-spark alloying method using an eutectic electrode material. Ukrainian journal of mechanical engineering andmaterials science, 2018, vol. 4, no. 1, pp. 40–48. https://doi.org/10.23939/ujmems2018.01.040Improving abrasive wear resistance for steel hardox 400 by electro-spark deposition / E. Katinas, V. Jankauskas, N. Kazak, V. Michailov // Journal of Friction and Wear. 2019. Vol. 40, No. 1. P. 100–106. https://doi.org/10.3103/S1068366619010070Katinas E., Jankauskas V., Kazak N., Michailov V. Improving abrasive wear resistance for steel hardox 400 by electro-spark deposition. Journal of Friction and Wear, 2019, vol. 40, no. 1, pp. 100–106. https://doi.org/10.3103/S1068366619010070Production of amorphous and nano-crystalline iron based coatings by electro-spark deposition process / F. M. Hasanabadi, M. F. Ghaini, M. Ebrahimnia, H. R. Shahverdi // Surface and Coatings Technology. 2015. Vol. 270. P. 95–101. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.03.016.Hasanabadi F. M., Ghaini M. F., Ebrahimnia M., Shahverdi H. R. Production of amorphous and nanocrystalline iron based coatings by electro-spark deposition process. Surface and Coatings Technology, 2015, vol. 270, pp. 95–101. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.03.016Two-layer nanocomposite tic-based coatings produced by a combination of pulsed cathodic arc evaporation and vacuum electro-spark alloying / Ph. Kiryukhantsev-Korneev, A. Sytchenko, A. Sheveyko, D. Moskovskikh, S. Vorotylo // Materials. 2020. Vol. 13, No. 3. P. 547. https://doi.org/10.3390/ma13030547Kiryukhantsev-Korneev Ph., Sytchenko A., Sheveyko A., Moskovskikh D., Vorotylo S. Two-layer nanocomposite TiC-based coatings produced by a combination of pulsed cathodic arc evaporation and vacuum electro-spark alloying. Materials, 2020, vol. 13, no. 3, p. 547. https://doi.org/10.3390/ma13030547Бурков А. А., Кулик М. А. Композиционные электроискровые покрытия на основе аморфной матрицы с включениями боридов вольфрама // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2018. Т. 15, № 3. C. 320–327. https://doi.org/10.25712/ASTU.1811-1416.2018.03.002.Burkov A. A., Kulik M. A. Kompozitsionnye elektroiskrovye pokrytiya na osnove amorfnoy matritsy s vklyucheniyami boridov vol'frama [Composite electrospark coatings based on an amorphous matrix with inclusions of tungsten borides]. Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniya = Fundamental problems of modern materials science, 2018, vol. 15, no. 3, pp. 320–327. https://doi.org/10.25712/ASTU.1811-1416.2018.03.002A novel method to fabricate composite coatings via ultrasonic-assisted electro-spark powder deposition / H. Zhao, C. Gao, X. Y. Wu, B. Xu, Y. J. Lu, L. K. Zhu // Ceramics International. 2019. Vol. 45. P. 22528–22537. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.07.279Zhao H., Gao C., Wu X.Y., Xu B., Lu Y. J., Zhu L. K. A novel method to fabricate composite coatings via ultrasonic-assisted electro-spark powder deposition. Ceramics International, 2019, vol. 45, pp. 22528–22537. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.07.279Elimination of irregularities and defects on steel surfaces through electro spark surface modification with aluminum alloys / G. D. Kostadinov, T. G., Penyashki M. I. Petrzhik, A. E. Kudryashov, M. K. Kandeva, B. P. Elenov, E. T. Dimitrova, I. En. Mortev // Materials, Methods & Technologies Journal of International Scientific Publications. 2020. Vol. 14. P. 106–116.Kostadinov G. D., Penyashki T. G., Petrzhik M. I., Kudryashov A. E., Kandeva M. K., Elenov B. P., Dimitrova E. T., Mortev I. En. Elimination of irregularities and defects on steel surfaces through electro spark surface modification with aluminum alloys. Materials, Methods & Technologies Journal of International Scientific Publications, 2020, vol. 14, pp. 106–116.Effect of parameters of electric spark discharge on the physico-chemical characteristics of steel 45 surface after the ESA electrodes based on WC–8%co with chromium-carbide additives / S. V. Nikolenko, A. A. Burkov, M. I. Dvornik, A. V. Zaitsev, N. A. Sui // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2019. Vol. 55. P. 251–258. https://doi.org/10.3103/S1068375519030141Nikolenko S. V., Burkov A. A., Dvornik M. I., Zaitsev A. V., Sui N. A. Effect of parameters of electric spark discharge on the physico-chemical characteristics of steel 45 surface after the ESA electrodes based on WC–8%Co with chromium–carbide additives. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2019, vol. 55, pp. 251–258. https://doi.org/10.3103/S1068375519030141Investigation on direct laser powder deposition of 18 Ni (300) marage steel using mathematical model and experimental characterization / S. L. Campanelli, A. Angelastro, C. G. Signorile, G. Casalino // J. Adv. Manuf. Technol. 2017. Vol. 89. P. 885–895. https://doi.org/10.1007/s00170-016-9135-xCampanelli S. L., Angelastro A., Signorile C. G., Casalino G. Investigation on direct laser powder deposition of 18 Ni (300) marage steel using mathematical model and experimental characterization. J. Adv. Manuf. Technol., 2017, vol. 89, pp. 885–895. https://doi.org/10.1007/s00170-016-9135-xПатент 2729809 Российская Федерация, МПК В23Н 1/02. Генератор импульсов технологического тока / Коваленко С. В., Козырь А. В., Коневцов Л. А., Каминский А. В. № 2019127572; заявл. 16.04.2019; опубл. 12.08.2020, Бюл. № 23.Kovalenko S. V., Kozyr' A. V, Konevtsov L. A., Kaminskiy A. V. Generator impul'sov tekhnologicheskogo toka [Process current pulse generator]. Patent RF, no. 2729809, 2020.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.