Устройство для электроискрового легирования

Полезная модель относится к электрофизическим методам обработки, в частности к электроискровому легированию режущего инструмента, штамповой оснаски и деталей машин. Техническим результатом полезной модели является улучшение качества поверхности легированного слоя, повышение сплошности покрытия и увеличение производительности устройства. Технический результат достигается за счет устройства искрового легирования, у которого электрод шарнирно закреплен с сердечником двух магнитопроводов, имеющих три обмотки возбуждения, причем на одном магнитопроводе установлена одна обмотка для подвода электрода к обрабатываемой детали, а на другом магнитопроводе установлены две катушки возбуждения, первая из которых предназначена для отвода электрода от детали, а другая для ограничения силы тока короткого замыкания. Электрод выполнен трубчатым и охлаждается путем подачи охладителя во внутрь электрода, а в качестве охладителя используют сжатый воздух или нейтральный газ.

Полезная модель относится к электрофизическим методам обработки, в частности к электроискровому легированию режущего инструмента, штамповой оснаски и деталей машин.

Известно устройство для электроэрозионного легирования, у которого электромагнитный вибратор сообщает вибрацию электроду, закрепленному в шарнире. Оправка, с закрепленными на ней опозитно постоянными магнитами, вращается электродвигателем с помощью шкива и передаточного элемента. При этом магнитное поле смещает свободный конец электрода на величину, не превышающую диаметр электрода, что обеспечивается конструкцией шарнира. В момент разряда магнитное поле постоянных магнитов вытесняет расплав из точки касания электрода и распределяет его по обрабатываемой поверхности. Вступая в контакт с обрабатываемой поверхностью, электрод совершает возвратно-поступательное и вращательное движение и под действием электрических разрядов происходит процесс нанесения электродного материала на упрочняемую поверхность [1].

Недостатком данного устройства является недостаточная сплошность наносимого покрытия и малая производительность установки.

Известно устройство для электроэрозионной обработки, в котором для автоматического поддержания расстояния между электродами применены неподвижный корпус с магнитопроводом и катушкой и подвижная часть, состоящая из электрододержателя с катушкой, подключенной к датчику тока или напряжения на искровом промежутке через блок управления [2].

Недостатком данного устройства является то, что подвижная часть является электромагнитным успокоителем, т.к. возникающие в нем вихревые токи при движении в магнитном поле создают значительные реакции, тормозящие резкие движения подвижной части. Это ухудшает качество наносимого покрытия и снижает производительность установки.

Известно устройство, содержащее источник питания, вибратор и генератор, электрическая схема которого содержит накопительную емкость, электрический зарядный ключ, выполненный на основе двух транзисторов и транзисторного модуля, элементы управления транзисторным ключом, разрядный тиристор с элементами управления им,

блок синхронизации вибратора и генератора импульсов [3].

Основными недостатками известного устройства являются невысокая надежность и стабильность работы, высокие удельные энергозатраты на процесс легирования, малая производительность устройства.

Известно устройство для электроискрового упрочнения, содержащее трансформатор, соединенный с выпрямителем через переключатель режимов работы, выход выпрямителя соединен с резисторными ограничителями тока, которые в свою очередь соединены с накопительными конденсаторами и обрабатывающим электродом. Обрабатываемая деталь соединяется с рабочим дросселем и выпрямителем, параллельно рабочему дросселю подключена катушка электромагнитного вибратора [4]

Недостатком данного устройства является низкая производительность из-за перегрева упрочняющего электрода и низкая частота искровых разрядов, что снижает сплошность и качество покрытия.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство, содержащее неподвижную часть - корпус с магнитопроводом и катушкой и подвижную часть, состоящую из электрододержателя с катушкой, подключенной к датчику тока и напряжения на искровом промежутке через блок управления. [5].

Электрод, закрепленный в электрододержателе, взаимодействует с деталью, причем длительность контакта электрода с деталью регулируется током короткого замыкания, протекающего через соленоид обратной связи. Для предотвращения перегрева электрод постоянно обдувается сжатым воздухом.

Однако у данного устройства имеется ряд недостатков:

- низкая производительность устройства вследствии использования стержневых электродов небольшого диаметра;

- упрочняющий слой получается с недостаточной толщиной;

- большие энергозатраты на процесс легирования;

- обдув электрода производится сжатым воздухом с внешней стороны, что не исключает контакта переносимой капельки-электрода с кислородом воздуха.

Техническим результатом полезной модели является улучшение поверхности легированного слоя, повышение сплошности покрытия и увеличение производительности устройства.

Технический результат достигается за счет устройства искрового легирования, у которого электрод шарнирно закреплен с сердечником двух магнитопроводов, имеющих три обмотки возбуждения, причем на

одном магнитопроводе установлена одна обмотка для подвода электрода к обрабатываемой детали, а на другом магнитопроводе установлены две катушки возбуждения, причем первая из них предназначена для отвода электрода от детали, а вторая для ограничения силы тока короткого замыкания. Электрод выполнен трубчатым и охлаждается путем подачи охладителя во внутрь электрода, а в качестве охладителя используют сжатый воздух или нейтральный газ.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где показана электрическая функциональная схема устройства

Устройство для искрового легирования состоит из электрода 1, закрепленного в электрододержателе с токопроводом. Электрод 1 и обрабатываемая деталь 2 соеденены с источником питания 3. Между электродом и обрабатываемой деталью создается так называемое межэлектродное пространство, в котором при замыкании эл. цепи возникает электрический разряд.

Электрод шарнирно соединен с возбудителем двойного действия, а именно из магнитных систем 4 и 5. Магнитная система 4, состоящая из магнитной катушки, подводит электрод 1 к обрабатываемой детали 2. Вторая магнитная система 5 состоит из двух катушек: одна обмотка отводит электрод 1 от обрабатываемой детали 2, а вторая обмотка создает магнитный поток при прохождении тока короткого замыкания во время касания электрода к детали. Кроме того электрод связан с приводом 13, имеющим различные скорости вращения. Заряд и разряд накопительных конденсаторов 6 происходит через диоды 7, 8, 9, сопротивление 11 и катушку индуктивности 12. Для регулирования величины тока короткого замыкания в эл. схему включено переменное сопротивление 10.

Устройство работает следующим образом.

В первоначальный момент работы устройства накопительные конденсаторы 6 не заряжены. При замыкании выключателя сети тока, питающего магнитные системы 4 и 5 через диод 7, происходит отвод электрода 1 от поверхности обрабатываемой детали 2 и одновременно происходит зарядка накопительных конденсаторов 6 через диод 9, индуктивность 12 и сопротивление 11.

После начала действия отрицательной полуволны ток проходит через диод 8 по обмотке магнитной системы 4 и создающееся магнитное поле притягивает к катушке сердечник с шарнирно закрепленным к нему электродом 1. Межэлектродный промежуток начинает уменьшаться и когда достигает величины, при которой возможен электрический пробой,

происходит разряд накопительных конденсаторов 6.

В это время электрод продолжает движение и происходит его касание поверхности обрабатываемой детали. При этом через переменное сопротивление 10, обмотку магнитной системы 5 и дисковый электрод 1 протекает ток короткого замыкания и создающееся магнитное поле притягивает сердечник к катушке 5 и происходит отвод электрода от поверхности обрабатываемой детали. Величина тока короткого замыкания регулируется с помощью переменного сопротивления 10. Включением в зарядную цепь индуктивного элемента 12 через диод 9 удается ускорить процесс зарядки конденсаторов 6 и увеличить напряжение на нем.

При последующем замыкании электрода на деталь происходит разряд накопительной емкости и массоперенос материала электрода на обрабатываемую деталь.

В момент соприкосновения электрода с деталью возникают большие токи короткого замыкания и электрод начинает греться, и, если не производить охлаждение, электрод может раскалиться и будет происходить налипание капелек материала-электрода на деталь.

Кроме того происходит окисление нагретого электрода за счет взаимодействия с кислородом воздуха, что приводит к быстрому износу электрода. Для устранения этого недостатка предлагается производить охлаждение электрода охладителем. В качестве охладителя используют газы - азот, аргон или другой нейтральный газ. В качестве материала электрода используют твердый сплав, высокоуглеродистые сплавы железа или графит.

Для эффективного охлаждения электрод выполняют трубчатым и охладитель подается во внутрь электрода.

Пример конкретной реализации устройства

Обработке подлежал режущий нож деревообрабатывающего станка, имеющий форму узкой прямоугольной пластины толщиной 4 мм и с размерами 50×400 мм. Ножевая пластина была изготовлена из рядовой углеродистой стали. Электроэрозионной обработке подвергалась большая поверхность ножа, начиная от режущей кромки на всю длину пластины и шириной, равной половине ширины пластины.

Легирование осуществляли сплавом ВК6 при следующих параметрах:

- скорость перемещения суппорта с устройством

Используя микроскоп типа МПБ-2 с 24 кратным увеличением установили, что вся поверхность имела равномерное электроэрозионное покрытие, между отдельными участками разрывов не наблюдалось.

При необходимости легирование можно повторить методом наложения 2-го упрочняющего слоя.

Эксплуатационная стойкость обработанных деревообрабатывающих ножей зависила от материала электродов и увеличилась в 1,8-3,5 раз.

Применение предлагаемого устройства для электроискрового легирования позволяет увеличить толщину легированного слоя, повысить сплошность покрытия, его сцепляемость с основным металлом и повысить производительность процесса.

Кроме того, устройство позволяет равномерно покрывать легирующим слоем плоские, цилиндрические и сложнопрофильные поверхности.

Таким образом, заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу.

Заявляемое техническое решение не известно в Российской Федерации и за рубежом и отвечает требованиям критерия "новизна". Техническое решение может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Использованная литература

1. А.с. 1609564, В 23 Н 9/00, опубл. в бюл. №44, 1990

2. А.с. 1627353, В 23 Н 9/00, опубл. в бюл. №6, 1991

3. Установка Элитрон-22, паспорт АИИЗ. 299.157. ПС, Кишинев, 1986.

4. П-2171162, В 23 Н 7/04, опубл. 2001.07.27.

5. Пол. модель №2529, В 23 Н 7/18, опубл. в бюл. №8, 16.08.1996

1. Устройство для электроискрового легирования, включающее источник технологического тока, электромагнитный вибратор с закрепленным электрододержателем и установленным в нем электродом, привод вращения электрода, отличающееся тем, что электрод шарнирно закреплен с сердечником двух магнитопроводов, имеющих три обмотки возбуждения, причем на одном магнитопроводе установлена одна обмотка, а на другом магнитопроводе установлены две обмотки возбуждения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрод выполнен трубчатым и охлаждается путем подачи охладителя во внутрь электрода.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в качестве охладителя используют сжатый воздух или нейтральный газ.