ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА ДЛЯ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Полезная модель используется для получения оксидных электроизоляционных покрытий с повышенной теплостойкостью, коррозионной и износостойкостью, а также декоративных покрытий, применяемых в машиностроении, медицине, авиационной, химической, радиоэлектронной и других отраслях промышленности.
Известно устройство для микродугового оксидирования вентильных металлов и их сплавов, содержащее источник питания с двумя клеммами, электролитную ванну, два токоподвода для оксидируемых деталей, три батареи электрических конденсаторов, два диода и блок циклирования режимов, в котором с целью расширения технологических возможностей две детали могут обрабатываться при различных соотношениях катодного и анодного токов, причем, можно циклически переходить с анодно-катодного режима на анодный или катодный режим и обратно (А.С. СССР №1624060, кл.C25D 11/02, 1991).
Недостатками данного устройства являются: невозможность реализации анодно-катодного режима при соотношениях катодного и анодного токов отличных от единицы при обработке только одной детали; невозможность циклирования режимов, включающих, анодный, катодный и анодно-катодный режимы, а также бестоковую паузу.
Эти недостатки не позволяют формировать качественные многофункциональные покрытия на широком спектре вентильных, а также на «невентильных» металлах и сплавах и, следовательно, существенно сужают возможности технологии микродугового оксидирования.
Ближайшим техническим решением является устройство для преобразования переменного напряжения в асимметричное переменное, содержащее источник питания с двумя клеммами, электролитную ванну, токоподвод для оксидируемой детали, две батареи электрических конденсаторов, разрядный и токоограничивающий резисторы, два тиристора и систему управления, с помощью которого микродуговое оксидирование вентильных металлов и сплавов осуществляется в анодно-катодном режиме при соотношении катодного и анодного токов от единицы и выше (А.С. СССР №1339818, кл. Н02М 5/257, 1987).
Недостатками известного устройства являются: потери существенной части электрической энергии на разрядном и токоограничивающем резисторах; ограниченные пределы изменения соотношения катодного и анодного токов; отсутствие возможности осуществлять микродуговое оксидирование в однополярном анодном или катодном режимах, а также возможности циклической обработки в последовательных комбинациях анодного, катодного, анодно-катодного режимов и бестоковой паузы (циклирование режимов); невозможность независимого регулирования высоты переднего фронта анодного и катодного импульсов напряжения вплоть до удвоенного амплитудного напряжения питания.
Данные недостатки существенно сужают КПД и технологические возможности известного устройства при обработке «труднозажигаемых» вентильных и «невентильных» металлов и сплавов.
Полезная модель направлена на расширение возможностей технологии микродугового оксидирования металлов и сплавов за счет независимого регулирования выходных параметров анодного и катодного тока и напряжения технологического источника тока.
Указанный результат достигается тем, что технологический источник тока для микродугового оксидирования металлов и сплавов, содержащий источник питания с двумя клеммами, электролитную ванну, токоподвод для оксидируемой детали и две батареи электрических конденсаторов, снабжен четырьмя тиристорами, системой импульсно-фазового управления тиристорами и блоком циклирования режимов, причем первые обкладки батарей электрических конденсаторов соединены с первой клеммой источника питания, вторая обкладка первой батареи электрических конденсаторов соединена с катодом первого и анодом второго тиристоров, а вторая обкладка второй батареи электрических конденсаторов - с катодом третьего и анодом четвертого тиристоров, анод первого и катод четвертого тиристоров соединены со второй клеммой источника питания и корпусом электролитной ванны, а катод второго и анод третьего тиристоров - с токоподводом для оксидируемой детали, управляющие электроды тиристоров подключены к выходам системы импульсно-фазового управления тиристорами, а ее входы - к выходам блока циклирования режимов.
На чертеже представлена функциональная электрическая схема технологического источника тока для микродугового оксидирования металлов и сплавов.
Технологический источник тока состоит из клемм 1 и 2 источника питания, блока 3 циклирования режимов, батарей 4 и 11 электрических конденсаторов, тиристоров 5, 6, 10 и 12, системы 7 импульсно-фазового управления тиристорами, электролитной ванны 8 и токоподвода для оксидируемой детали 9.
Технологический источник тока работает следующим образом.
Четырехканальный блок 3 циклирования режимов представляет собой реле времени с четырьмя независимыми каналами регулирования включения соответствующего режима на период от 0,1 до 100 с. Предварительно на каждом из четырех каналов устанавливается свой вид режима: анодный, катодный, анодно-катодный или пауза и его длительность, и далее блок работает как автоматический переключатель с канала на канал по схеме -1-2-3-4-1- через заранее установленные интервалы времени. Границы интервалов циклирования режимов 0,1÷100 с определены экспериментально как предельные: ниже 0,1 с система металл-оксид-разряд-электролит не успевает реагировать, выше 100 с - необратимо перестраивается.
п
п
Система 7 импульсно-фазового управления тиристорами, во-первых, задает углы открытия тиристоров 5, 6, 10 и 12, что, в свою очередь, определяет высоту переднего фронта выходного анодного и катодного импульсов напряжения в диапазоне от 0 до 2,82·U, то есть 0 до 1080 В при напряжении питания U= 380 В, 50 Гц. Во-вторых, система 7 импульсно-фазового управления тиристорами запирает тиристор 6 при работе технологического источника тока в однополярном катодном режиме или тиристор 10 при работе в однополярном анодном режиме и оба эти тиристора - в режиме паузы. В-третьих, система 7 импульсно-фазового управления тиристорами обеспечивает невозможность одновременного нахождения в открытом состоянии тиристоров 6 и 10 во избежание короткого замыкания по цепи: батарея 4 электрических конденсаторов - тиристор 6 - тиристор 10 - батарея 11 электрических конденсаторов и, как следствие, выхода из строя тиристоров.
Среднее значение анодного тока устройства зависит от емкости батареи 4 электрических конденсаторов, а катодного - от емкости батареи 11 электрических конденсаторов.
п
п
п
п
п
После подачи на клеммы 1 и 2 источника питания косинусоидального напряжения питания U заявляемый технологический источник тока формирует анодные и катодные импульсы выходного напряжения. Анодные импульсы формируются в плече, состоящем из батареи 4 электрических конденсаторов и тиристоров 5 и 6. В течение периода напряжения питания U формирование импульсов осуществляется в 2 такта. В первом такте (диапазон углов косинусоидального напряжения питания от -π до 0) через тиристор 5 осуществляется заряд батареи 4 электрических конденсаторов до напряжения от 0 до + 1,41·U, определяемого углом открытия этого тиристора. Во втором такте (диапазон углов косинусоидального напряжения питания от 0 до π) напряжение, накопленное в батарее 4 электрических конденсаторов, суммируется с напряжением питания U и через открытый тиристор 6 прикладывается к нагрузке технологического источника тока (система деталь 9 - электролит - электролитная ванна 8). Амплитуда переднего фронта этого импульса напряжения зависит от угла открытия тиристора 6 и находится в диапазоне от 0 до +2,82·U.
п
п
п
п
Аналогично, в плече, состоящем из батареи 11 электрических конденсаторов и тиристоров 10 и 12, формируются катодные импульсы выходного напряжения. В течение второго такта периода напряжения питания Uчерез тиристор 12 осуществляется заряд батареи 11 электрических конденсаторов до напряжения от 0 до -1,41·U В, а в первом такте следующего периода напряжения питания U осуществляется разряд батареи 11 электрических конденсаторов через открытый тиристор 10 на нагрузку технологического источника тока. Амплитуда фронта этого импульса напряжения зависит от угла открытия тиристора 10, и находится в диапазоне от 0 до -2,82·U В.
Таким образом, предлагаемая полезная модель устройства технологического источника тока значительно расширяет возможности технологии микродугового оксидирования металлов и сплавов, благодаря тому, что:
- в схеме, в отличие от известных устройств, предусмотрены автономные анодная и катодная батареи электрических конденсаторов, что позволяет вести обработку одной детали при любом соотношении катодного и анодного токов без потерь энергии на разрядном и токоограничивающем резисторах;
- наличие в технологическом источнике тока четырехканального блока циклирования режимов позволяет реализовать произвольную циклическую комбинацию анодного, катодного и анодно-катодного режимов, а также бестоковой паузы. Это значительно расширяет технологические возможности, поскольку позволяет устойчиво вести процесс на деталях сложной формы, а также на «труднозажигаемых» вентильных и «невентильных» металлах и сплавах;
- зарядка анодной и катодной батарей электрических конденсаторов осуществляется непосредственно от источника питания, это позволяет повышать максимальное значение напряжения на нагрузке до удвоенного амплитудного напряжения питания в любом режиме работы технологического источника тока;
- применение тиристоров с системой управления углами их открытия дает возможность независимого регулирования выходных параметров катодного и анодного напряжений в широких пределах, а именно высоты их переднего фронта импульсов, что позволяет резко сократить время зажигания разряда, снизить вероятность образования дефектных слоев и расширить поле применения микродугового оксидирования для формирования защитных покрытий на новых материалах.
Перечисленные выше возможности технологического источника тока позволяют выйти при микродуговом оксидировании за круг вентильных металлов и сплавов. Так, например, применение предлагаемого технологического источника тока позволяет проводить микродуговое оксидирование стали, латуни и серебра и получать на них диэлектрические покрытия.