ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫЙ КАРАНДАШ
WIRE STICK

Изобретение относится к технике нанесения надписей на металлических изделиях электроэрозионным методом и может быть использовано для разработки электроэрозионных карандашей.
Известен электроэрозионный карандаш ("Энциклопедия Технологий и Методик". Патлах В.В. 1993-2007 гг.), который представляет собой толстый медный стержень с пишущим участком, подключенный к выводу низковольтной обмотки достаточно мощного (200-300 ватт) трансформатора. Другой вывод обмотки подключен к металлической детали, на которую наносится надпись. Когда конец пишущего участка касается детали, зона контакта сильно разогревается и окисляется. Поэтому, когда карандаш движется по поверхности, на ней остается отчетливо видный след. Недостатком данного устройства является то, что разогревается не только зона контакта, но и сам карандаш и после нескольких минут работы его трудно держать в руке. Кроме того, такой карандаш хорошо пишет только по стальной поверхности, а на меди, латуни и алюминии надпись почти не видна из-за высокой электропроводности этих металлов.
Известен электроэрозионный карандаш (патент RU №2414999, опубл. 27.03.2011, бюл. №9), содержащий вращающийся и находящийся под потенциалом электрод, который периодически входит в контакт с изделием, наконечник электрода прижимается под углом к изделию. Вращение наконечника электрода создается при помощи электродвигателя.
Недостатком этого устройства является то, что:
- пользователь вынужден держать устройство за корпус двигателя, имеющего диаметр 30-40 мм, что создает дополнительные неудобства при работе;
- вращение электрода приводит к его уводу в направлении, перпендикулярном оси устройства;
- достаточно высокая стоимость электродвигателя приведет к удорожанию всего устройства в 2-3 раза;
- вибрации, которые должны приводить к периодическому разрыву контакта с изделием, носят случайный характер, поскольку зависят от неконтролируемого дисбаланса вращающейся части устройства.
Наиболее близким к заявляемому является электроэрозионный карандаш для гравировки металлических изделий (авторское свидетельство SU №508377, опубл. 30.03.1976, бюл. №12), содержащий корпус, пишущий электрод, закрепленный на подвижном стержне, и электромагнитную систему привода электрода. Корпус разделен на две части перегородкой с отверстием, в нем расположена электромагнитная система привода электрода.
Система привода содержит электромагнит, катушка которого намотана на каркас из немагнитного материала, подпружиненный стержень (вибратор) из магнитомягкой стали, пропущенный через катушку и снабженный рабочим электродом. При касании электродом изделия замыкается контакт, через который в катушку подается электрический ток, что приводит к втягиванию стержня в катушку. Это влечет за собой разрыв контакта, при отсутствии тока пружина возвращает стержень в исходное положение, снова замыкается контакт и т.д. В результате обеспечиваются возвратно-поступательные движения стержня и, соответственно, пишущего электрода, а при каждом разрыве контакта образуется искра, которая дает эрозионную точку на изделии. При движении электрода вдоль поверхности изделия точки сливаются в хорошо видимую линию.
Недостатком данного устройства является то, что в электромагните описанной конструкции с катушкой в виде соленоида, для создания достаточного втягивающего усилия стержня требуются большие токи. Они разогревают электромагнит, расположенный внутри корпуса до температур, при которых пользование карандашом становится дискомфортным. Кроме того, вибрация пишущего электрода происходит строго по оси карандаша, и писать приходится при почти вертикальном расположении корпуса, что достаточно неудобно.
Задачей данного изобретения является создание недорогого электроэрозионного карандаша, максимально удобного в работе и пригодного к промышленному производству.
Техническим результатом является повышение удобства эксплуатации за счет снижения потребляемого тока, обеспечения возможности писать под углом к поверхности маркируемого изделия, устранения нагрева участка корпуса, имеющего контакт с рукой пользователя.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным электроэрозионным карандашом, содержащим корпус, разделенный на две части перегородкой с отверстием, пишущий электрод, закрепленный на подвижном стержне, электромагнитную систему привода электрода, новым является то, что одна часть корпуса предназначена для удержания карандаша в руке пользователя, в другой части размещена электромагнитная система привода электрода, которая содержит элемент П- или Ш-образного магнитопровода с электрической обмоткой и магнитопроводящую пластинку, расположенную напротив торцов элемента магнитопровода с зазором, пластинка закреплена на подвижном стержне, который со стороны пластинки проходит через отверстие перегородки, а другим концом с установленным на нем пишущим электродом закреплен на грани V-образной пластинчатой пружины, вторая грань пружины закреплена на торце корпуса, угол между гранями пружины лежит в пределах 30-60°, пишущий электрод перпендикулярен первой грани. Кроме того, корпус выполнен диэлектрическим.
Размещение электромагнитной системы привода электрода в части корпуса, удаленной от другой части (рукоятки), предназначенной для удержания карандаша в руке пользователя, позволяет полностью устранить нагрев рукоятки, что обеспечивает комфортную работу с карандашом.
Выполнение электромагнитной системы привода электрода в виде тягового электромагнита на базе элемента стандартного П-образного магнитопровода с электрической обмоткой и подвижной магнитопроводящей пластинкой, расположенной напротив торцов элемента магнитопровода с небольшим зазором, позволяет реализовать электромагнит с практически замкнутым магнитопроводом. В таком электромагните необходимое тяговое усилие обеспечивается при токах, в несколько раз меньших, чем в устройствах по аналогам и прототипу, поэтому нагрев обмотки практически отсутствует.
V-образная пластинчатая пружина, на которой закреплен пишущий электрод, служит для обеспечения возвратно-поступательного движения электрода. В отличие от прототипа, она имеет высокую жесткость вдоль своих граней, и поэтому в точке закрепления пишущего электрода имеет только одну степень свободы перемещений, направленную перпендикулярно грани. При значениях угла между гранями 30-60° пишущий электрод перпендикулярен поверхности маркируемой детали (что требуется для обеспечения хорошего качества надписи) при удобном расположении карандаша под углом соответственно 60-30° к той же поверхности.
Выполнение корпуса диэлектрическим позволяет снизить массу карандаша и обезопасить пользователя от импульсов напряжения на пишущем электроде, возникающих при размыкании цепи и во много раз превышающих напряжение питания.
Таким образом, в данном изобретении использование перечисленных отличительных признаков приводит к снижению потребляемого тока, обеспечению возможности писать под углом к поверхности маркируемого изделия и устранению нагрева участка корпуса, имеющего контакт с рукой пользователя.
На фиг. 1 показана конструкция заявляемого устройства, где:
1 - корпус;
2 - элемент Ш-образного витого ленточного магнитопровода;
3 - стержень;
4 - пластинка;
5 - обмотка;
6 - вывод обмотки;
7 - второй вывод обмотки;
8 - скоба;
9 - пишущий электрод;
10 - V-образная пружина;
11 - маркируемая деталь;
12 - направление возвратно-поступательного движения пишущего электрода;
Тр - трансформатор.
На фиг. 2 показан один из вариантов конструкции V-образной пружины, где;
13 - грань, на которой закреплен стержень с пишущим электродом (первая грань);
14 - хвостовик для закрепления стержня;
15 - отверстие для закрепления стержня;
16 - вторая грань;
17 - отверстие для прохода стержня;
18 - крепежные отверстия.
Карандаш содержит корпус 1 из капролона, более тонкая часть (рукоятка) которого предназначена для удержания карандаша в руке пользователя, а в другой части размещена электромагнитная система привода электрода. Система привода состоит из элемента 2 витого ленточного магнитопровода, стержня 3, стальной пластинки 4 и обмотки 5 с выводами 6 и 7.
Элемент 2 закреплен в корпусе при помощи скобы 8. Вывод 6 подключен к трансформатору Тр, вывод 7 - к стержню 3. Заземленный вывод трансформатора присоединен к маркируемой детали 11. Пластинка 4 закреплена на стержне 3, который проходит через отверстие перегородки корпуса 1 и другим концом с пишущим электродом 9 закреплен на грани V-образной пластинчатой пружины 10 с углом α между гранями.
Конструкция пружины показана на фиг. 2. Она имеет подвижную грань 13 с хвостовиком 14, в котором выполнено отверстие 15 для закрепления стержня 3 методом пайки. Грань 16 выполнена с дисковым участком, который винтами через крепежные отверстия 18 закреплен на торце корпуса 1. Отверстие 17 служит для прохода через него стержня 3 с достаточно большим зазором.
Устройство работает следующим образом. При касании электродом 9 маркируемой детали 11 происходит подключение трансформатора Тр к обмотке 5 через цепь, образованную электродом 9 и стержнем 3. В элементе магнитопровода 2 индуцируется магнитное поле, которое притягивает к магнитопроводу пластинку 4 и вызывает ее поступательное движение, которое приводит к перемещению стержня 3 с закрепленным на нем электродом 9. Электрод отрывается от детали и разрывает цепь питания, после чего магнитное поле в магнитопроводе исчезает, пружина 10 возвращает электрод 9 в исходное положение, снова подключая питание обмотки 5 и т.д. При разрывах контакта с достаточной частотой, на изделии образуются эрозионные точки, которые сливаются в хорошо видимую линию. В отличие от устройства по прототипу, электрод 9 перемещается не строго по оси карандаша, а по направлению 12 движения хвостовика 14, которое совпадает с перемещением концевой части подвижной грани 13 при ее упругом изгибе. При небольших перемещениях это направление будет практически перпендикулярно плоскости грани 13, и, соответственно, под углом β=30-60° к оси карандаша.
С использованием заявляемых признаков и в соответствии с конструкцией, приведенной на фиг. 1, 2, был изготовлен и испытан электроэрозионный карандаш со следующими параметрами:
- длина - 190 мм;
- угол между гранями пластинчатой пружины α=45°;
- тип магнитопровода в электромагнитной системе привода электрода - элемент магнитопровода ШЛ 12×20;
- питание - переменное, 6.3 В;
- средний ток в обмотке системы привода электрода - не более 1.5 А;
- амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе - не более 0.15 Тл;
- величина зазора между пластинкой 4 и торцами магнитопровода - 0.8…1 мм;
- сила притяжения пластинки 4 к магнитопроводу - более 1 Н;
- пластинка 4 выполнена из стали 20;
- пластинчатая пружина 10 выполнена из ленты 65 Г;
- жесткость пружины - около 15000 Н/м;
- стержень 3 выполнен из медной трубки диаметром 3 мм;
- материал пишущего электрода - вольфрам;
- частота колебаний пишущего электрода - около 500 Гц.
Карандаш легко изготавливается в условиях любой мастерской, удобно располагается в руке, может писать на практически любых металлах под углом к поверхности маркируемой детали. Рукоятка карандаша не подвергается нагреву, что обеспечивает комфорт при работе с ним. Нагрев обмотки не превышает 35°С. Питание переменным током без применения выпрямительных схем приводит к повышению надежности работы и удешевлению устройства.