Устройство для электроэрозионного легирования
Полезная модель относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к электроискровому легированию, упрочнению и восстановлению размеров изделий из токопроводящих материалов.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества легирования путем стабилизации частоты и амплитуды вибраций.
Технический результат достигается за счет того, что в устройство, содержащее неподвижный корпус с магнитопроводом и катушкой и подвижную часть, состоящую из электрододержателя с катушкой, подключенной к датчику напряжения на искровом промежутке через блок управления, дополнительно введены оптотиристорная пара и релейный элемент, причем релейный элемент на входе подключен к датчику напряжения, а на выходе связан через оптотиристорную пару с блоком управления.
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 оппозитно 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;
- низкое качество легированной поверхности (сплошность покрытия не выше 80%) из-за невозможности регулирования частоты и амплитуды вибрации электрод- инструмента.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества электроэрозионного легирования путем стабилизации частоты и амплитуды вибраций.
Технический результат достигается за счет устройства для электроэрозионного легирования, содержащее неподвижный корпус с магнитопроводом и катушкой и подвижную часть, состоящую из
электрододержателя с катушкой, подключенной к датчику тока или напряжения на искровом промежутке через блок управления, ведены дополнительно оптотиристорная пара и релейный элемент, причем релейный элемент на входе подключен к датчику напряжения, а на выходе через оптотиристорную пару связан с блоком управления.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами:
фиг.1 - показаны механические узлы устройства,
фиг.2 - показана электрическая функциональная схема устройства.
Устройство имеет неподвижный корпус 1 с магнитопроводом 2 и катушкой 3, а также подвижную часть 4, состоящую из электрододержателя 5 и катушки 6. Электрод 15, закрепленный в электрододержателе 5, взаимодействует с деталью 16. Как показано на фиг.2, подвижная катушка 6 и неподвижная 3 подключены к источникам 7 и 8 питания, и усилителю 9 мощности. Источники питания и усилитель мощности образуют блок управления. Вход усилителя 9 мощности подключен к датчику 13 напряжения через релейный элемент 11 и оптотиристорную пару 10. Искровой промежуток 12 включен в схему 14 питания технологическим током.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент электрод 15 лежит на детали 16 и напряжение на входе датчика равно нулю. При этом через подвижную катушку 6, включенную на выходе усилителя 9 мощности, протекает ток. В результате взаимодействия магнитных полей подвижной катушки 6 и неподвижной катушки 3, питающейся от блоков 7 и 8 питания, возникает сила, втягивающая подвижную катушку 6 вместе с электрододержателем 5. Это приводит к отрыву электрода 15 от детали 16.
Напряжение на входе датчика 13 напряжения увеличивается и достигает напряжения срабатывания релейного элемента 11. Это вызывает изменение направления движения тока в подвижной катушке 6, и электрододержатель 5 начинает движение к поверхности детали и происходит касание электрода обрабатываемой детали, при этом происходит разряд накопительной емкости и массоперенос материала электрода 15 на обрабатываемую деталь 16.
В дальнейшем процесс повторяется. Возникают автоколебания, частота которых определяется массой подвижных частей и характеристиками усилителя мощности.
Предлагаемое устройство позволяет автоматизировать электроэрозионное легирование сложнопрофильных поверхностей, что повышает производительность обработки и качество упрочнения.
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.
Электроэрозионное легирование осуществляли сплавом ВК6 при следующих параметрах:
| - скорость перемещения электродинструмента, мм/сек. | - 1 |
| - напряжение питающей сети, В (50 Гц) | - 220±20 |
| - потребляемая мощность, кВА | - 2,2 |
| - ток короткого замыкания, ампер | - 8,5 |
| - емкость конденсаторов, мкф. | - 950 |
| - напряжение холостого хода, вольт | - 90 |
| - диаметр полого электрода, мм | - 8 |
| - материал электрода | - ВК6 |
| - скорость обработки, см2/мин | - до 5,5 |
| - частота следования импульсов, гц | - 60 |
| - охладитель | - сжатый воздух |
Технический результат - качество покрытия:
| - толщина, мкм | - 250 |
| - сплошность, % | - 96 |
| - интенсивность изнашивания, мг/км | - 10,1 |
| - шероховатость покрытия, Ra мкм | - 3,2 |
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 1,8-3,0 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, В23Н 9/00, опубл. в бюл. №44, 1990
2. А.с. 1627353, В23Н 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. 27.07.2001 г.
5 Пол. модель №2529, В23Н 7/18, опубл. в бюл. №8, 16.08.1996
Устройство для электроэрозионного легирования, содержащее неподвижный корпус с магнитопроводом и катушкой и подвижную часть, состоящую из электрододержателя с катушкой, подключенной к датчику напряжения на искровом промежутке через блок управления, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены оптотиристорная пара и релейный элемент, причем релейный элемент на входе подключен к датчику напряжения, а на выходе связан через оптотиристорную пару с блоком управления.
