УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

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
легирования, мм/ сек.
- 1
- технологический ток, ампер
- 100
- емкость конденсаторов, мкф.
- до 1000
напряжение холостого хода, вольт
- 90
диаметр полого электрода, мм
- 8
материал электрода
- ВК6
скорость обработки, см<sup>2</sup>/мин
- до 3,5
толщина легирующего слоя, мм
- 0,2
шероховатость покрытия, Ra мкм
- 10,0
частота следования импульсов, гц
- 50
газ охладитель
- сжатый воздух
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