Генератор импульсов технологического тока
PROCESS CURRENT PULSE GENERATOR

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки токопроводящих материалов, в частности к устройствам для упрочнения и восстановления деталей машин и механизмов методом электроискрового легирования (ЭИЛ).
Известно устройство для ЭИЛ, включающие источник питания, накопительную емкость с зарядно-разрядной цепью, узлы контроля и управления процессом (А.с. СССР №1323268, В23Н 1/02).
Недостатком данного устройства является невысокая надежность и нестабильность работы.
Известна установка для электроискрового легирования, электрическая схема которой содержит источник питания, накопительную емкость с зарядно-разрядной цепью, включающей узлы управления зарядным транзисторным ключом, в цепь которого включен Ограничительный резистор, разрядным тиристорным ключом, и блок управления вибратором с электродом-инструментом (Установка «Элитрон-22А», паспорт АИИ3.299.157.ПС, Кишинев, 1986 г.).
Однако данное устройство не обеспечивает высокого качества легированного слоя по физико-химическим свойствам, имеет низкую производительность процесса и нестабильность работы.
Известен генератор импульсов технологического тока, электрическая схема которого включает источник питания, накопительную емкость с зарядно-разрядной цепью, содержащей зарядный транзисторный ключ, в коллекторную цепь которого включен ограничивающий резистор, разрядный тиристорный ключ, узлы управления ключами, а также электрод-инструмент и блок управления им. (Патент РФ №2204464, В23Н 1/02, опубликован 20.05.2003 г.).
Однако недостатком данного устройства является невысокое качество слоя и невысокая производительность процесса электроискрового легирования.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является генератор импульсов технологического тока, включающий источник питания с двумя вырабатываемыми выходными напряжениями, состоящий из трех, включенных параллельно друг другу блоков, каждый из которых содержит накопительную емкость с зарядно-разрядной цепью, зарядная цепь содержит зарядный транзисторный ключ с ограничивающим резистором и узлом управления, а разрядная цепь содержит разрядный тиристорный ключ с узлом управления, включающим транзистор с двумя резисторами, при этом база транзистора через один из резисторов узла управления каждого блока связана через общий для них провод с электродом-инструментом, коллектор транзистора через другой резистор каждого узла управления связан с управляющим электродом тиристорного ключа в блоке, а эмиттер транзистора каждого узла управления блока через общий для них провод связан с источником питания (Свидетельство на полезную модель №21884 от 27.02.2002 г.).
Основным недостатком такого технического решения является невысокое качество слоя, улучшение которого возможно за счет повышения частоты импульсов технологического тока, но работа электромагнитного вибратора на более высоких частотах несколько затруднена, поскольку исполнительная механика не успевает за управляющей электроникой.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является увеличение частоты следования электрических импульсов технологического тока в процессе разряда накопительной емкости генератора импульсов, что способствует уменьшению времени остывания продуктов эрозии анодного материала в микрованне расплава при электромассопереносе, поддержанию высокой температуры микрометаллургического процесса и жидкофазного синтеза соединений различных элементов в ЛС, а так же улучшению его физико-химических и эксплуатационных характеристик.
Техническая задача достигается тем, что генератор импульсов технологического тока для электроискрового легирования, содержащий модуль источника питания, связанный с модулем управления электродом-инструментом, модулем накопителей емкостных, состоящим из конечного числа емкостных накопителей с зарядно-разрядной цепью, включающей модуль зарядно-разрядных ключей, представляющий собой конечное число электронных ключей, согласно изобретению, дополнительно содержит  модуль управления зарядно-разрядными ключами, с которым связан модуль зарядно-разрядных ключей, и адаптер, выполненный с возможностью выработки сигналов оценки состояния разрядного контура и дальнейшей передачи их в модуль управления зарядно-разрядными ключами, в состав которого входят электронные схемы формирования сигналов управления процессом заряда одновременно всех накопителей емкостных и дальнейшего последовательного разряда всех накопителей емкостных по алгоритму - разряд следующего после разряда предыдущего.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где представлена блочно-структурная схема генератора.
Генератор импульсов технологического тока состоит из модуля источника питания 1, электрода-инструмента 16, снабженного модулем управления электродом-инструментом 2, модуля накопителей емкостных 3, состоящего из трех накопителей емкостных 4, 5, 6, с зарядно-разрядной цепью, включающей модуль ключей зарядно-разрядных 8, представляющий собой три электронных ключа зарядных 9; 11, 13 и три разрядных 10, 12, 14, связанных с модулем управления ключами зарядно-разрядными 7, в совокупности с модулем накопителей емкостных 3, образующим три электрических канала 1, 2, 3, а также адаптер 15, предназначенный для выработки сигналов оценки состояния контура разрядного 17 и передачи их в модуль управления ключами зарядно-разрядными 7. Модуль управления ключами зарядно-разрядными 7 представляет собой синхронизатор генерируемых в процессе ЭИЛ последовательностей импульсов для работы модуля ключей зарядно-разрядных 8 с помощью электронных схем формирования управляющих сигналов заряда одновременно всех накопителей емкостных 4, 5, 6 и дальнейшего их последовательного разряда по предложенному алгоритму разряда следующего после разряда предыдущего. Обрабатываемая деталь 18 связана с модулем питания 1 и накопительными емкостями 4, 5, 6 модуля накопителей емкостных 3, посредством модуля ключей зарядно-разрядных 8, с модулем управления ключами зарядно-разрядными 7, а также адаптером 15, модулем управления электродом-инструментом 2, электродом-инструментом 16 общим проводом генератора отрицательной полярности.
Генератор работает следующим образом.
При включении генератора от модуля источника питания 1 в адаптере 15 формируется сигнал оценки состояния контура разрядного 17 и поступает в модуль управления ключами зарядно-разрядными 7, представляющий собой синхронизатор генерируемых в процессе ЭИЛ последовательностей импульсов для работы модуля ключей зарядно-разрядных 8, состоящего из конечного числа электронных ключей зарядных 9, 11, 13, с помощью электронных схем формирования управляющих сигналов заряда одновременно всех накопителей емкостных 4, 5, 6 модуля накопителей емкостных 3 происходит заряд накопителей емкостных 4, 5, 6, после их полного заряда ключи 9, 11, 13 закрываются. Модуль управления ключами зарядно-разрядными 7 вырабатывает алгоритм последовательного разряда накопительных емкостей 4, 5, 6 с помощью активированных позднее; в процессе ЭИЛ ключей разрядных 10, 12, 14. Система переходит в режим ожидания.
Синхронизация работы генератора осуществляется относительно частоты работы вибрирующего электрода-инструмента 16.
В момент касания детали 18 электродом-инструментом 16, режим работы которого задается модулем управления электродом-инструментом 2 с дискретно изменяющейся частотой следования управляющих импульсов, в адаптере 15 формируется сигнал оценки состояния контура разрядного 17 и поступает в модуль управления ключами зарядно-разрядными 7, в состав которого входят электронные схемы формирования сигналов управления процессом заряда и разряда всех накопителей емкостных 4, 5, 6 модуля накопителей емкостных 3, откуда поступают команды для их последовательного разряда с помощью ключей разрядных 10, 12, 14 в процессе ЭИЛ по сформированному ранее алгоритму разряда следующего после разряда предыдущего. Происходит последовательный разряд накопительных емкостей 4, 5, 6, каждая из которых составляет одну треть от суммарно установленной в трех каналах емкости.
Вследствие разряда происходит перенос материала с электрода-инструмента 16 на поверхность детали 18. К моменту окончания разряда накопительных емкостей 4, 5, 6 через разрядные ключи 10, 12, 14 и отрыва электрода-инструмента 16 от поверхности детали 18 разрядные ключи 10, 12, 14 закрываются, рабочее напряжение на электроде-инструменте 16 отсутствует. Цикл заряд-разряд закончен. Далее система работает по описанному выше сценарию и переходит в режим ожидания.
В момент следующего касания детали 18 электродом-инструментом 16 происходит последовательный разряд накопительных емкостей 4, 5, 6 по заданному алгоритму. Затем процесс циклически повторяется до окончания времени легирования.
Повышение частоты следования импульсов технологического тока становится возможным за счет разнесения во времени их синхронизируемых управляющих импульсов для разряда установленной емкости в разрядном контуре путем последовательного разряда конечного числа одинаковых по значению составляющих емкостного накопителя после их предварительного параллельного (одновременного) заряда.
Предлагаемое техническое решение позволяет втрое увеличить частоту следования импульсов технологического тока генератора, что способствует уменьшению времени остывания продуктов эрозии анодного материала в микрованне расплава при электромассопереносе, поддержанию высокой температуры микрометаллургического процесса и жидкофазного синтеза соединений различных элементов в ЛС, а так же улучшению его физико-химических и эксплуатационных характеристик.