УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ЭЛЕКТРОЛИТНОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель используется для термической обработки легированных сталей и может быть применена в машиностроении.
Известно устройство для нагрева деталей в электролите, содержащее ванну, анод, экранирующую втулку и упор (Ленгородский И.З. Использование в промышленности нагрева в электролите. - Л.: Машгиз, 1953, С.43).
Недостатком данного устройства является отсутствие средств автоматического регулирования напряжения.
Ближайшим техническим решением является устройство для двухступенчатого электролитного нагрева, содержащее источник питания, ванну-анод, катод-изделие, расположенный в ней с возможностью вертикального перемещения, и средство регулирования напряжения (Вишницкий А.Л. и др. Электрохимическая и электромеханическая обработка металлов. - Л.: Машиностроение, 1971, С.152).
Недостатком известного устройства является то, что использование в нем специального фотоэлектрического пирометра приводит к его усложнению и удорожанию, поскольку для правильного измерения температуры детали-катода, находящейся под слоем электролита, требуется светофильтр, лейкосапфировый световод и постоянная калибровка чувствительности пирометра по эталонной лампе, расположенной в электролите, так как в процессе нагрева изменяется прозрачность электролита. Недостатком также является то, что нижний уровень регулирования температуры составляет 900°С, что не позволяет проводить нагрев при более низких температурах, необходимых, например, для азотирования. Кроме того, требуется тщательная герметизация фотодатчика, точная его установка относительно образца, постоянство толщины слоя электролита.
Полезная модель направлена на упрощение конструкции устройства и расширение диапазона электролитного нагрева.
Указанный результат достигается, тем, что устройство для двухступенчатого электролитного нагрева металлических изделий, содержащее источник питания с двумя клеммами, электролитную ванну-анод с размещенным в ней с возможностью вертикального перемещения обрабатываемым изделием-катодом и регулируемый выпрямитель, снабжено вторым регулируемым выпрямителем, электрическим конденсатором, двумя электрическими ключами, блоком управления ключами и второй электролитной ванной с размещенным в ней дополнительным анодом, причем соотношение площадей поверхности обрабатываемого изделия и дополнительного анода составляет не менее трех, входы регулируемых выпрямителей подключены к клеммам источника питания, а их отрицательные выходы соединены с обрабатываемым изделием, второй обкладкой электрического конденсатора и отрицательным входом блока управления ключами, положительный выход первого регулируемого выпрямителя соединен с первым выводом первого электрического ключа, второй вывод которого соединен с первой обкладкой электрического конденсатора и дополнительным анодом, а электролитные ванны соединены с положительным входом блока управления ключами и вторым контактом второго электрического ключа, первый контакт которого соединен с положительным выходом второго регулируемого выпрямителя.
На чертеже представлена функциональная электрическая схема устройства для двухступенчатого электролитного нагрева металлических изделий.
Устройство состоит из клемм 1 и 2 источника питания, регулируемых выпрямителей 3 и 4, электрических ключей 5 и 6, электрического конденсатора 7, блока 8 управления ключами, обрабатываемого изделия 9, электролитных ванн 10 и 12 и дополнительного анода 11. Обрабатываемое изделие 9 закрепляется на вертикально движущемся штоке (на чертеже не показан).
Устройство работает следующим образом.
n
В электролитную ванну 12 помещается закрепленный на токоподводе дополнительный анод 11, а в электролитную ванну 10 погружается обрабатываемое изделие 9, закрепленное на вертикально движущемся штоке. После подачи на клеммы 1 и 2 источника питания синусоидального напряжения U промышленной частоты на выходах регулируемых выпрямителей 3 и 4 появляется напряжение. При этом напряжение на выходе регулируемого выпрямителя 3 устанавливают равному напряжению первой ступени нагрева, а на выходе выпрямителя 4 - напряжению второй ступени нагрева. В блоке 8 управления ключами задают напряжение переключения между первой и второй ступенями нагрева, критерием которого служит необходимая температура обработки изделия 9, замеренная при отладке режима.
После старта технологического процесса блок управления 8 замыкает электрический ключ 5. В результате этого к последовательной цепи, образуемой вспомогательным анодом 11, электролитными ваннами 12 и 10 и обрабатываемым изделием 9, прикладывается напряжение первой ступени нагрева, поступающее с выхода регулируемого выпрямителя 3. Обрабатываемое изделие 9 под действием напряжения первой ступени нагрева при входе в рабочий электролит начинает разогреваться. При его погружении ток растет и, когда соотношение площадей поверхности изделия 9 и дополнительного анода 11 составит не менее трех, сила тока в цепи станет достаточной для возникновения пленочного кипения (образования парогазовой оболочки) на вспомогательном аноде. При этом почти все напряжение первой ступени нагрева, формируемое регулируемым выпрямителем 3, будет падать на вспомогательном аноде.
По достижении необходимой температуры обработки изделия 9 и, соответственно, заданного в блоке 8 управления ключами напряжения переключения ступеней нагрева, этот блок отключит электрический ключ 5 и включит электрический ключ 6. Тем самым напряжение между обрабатываемым изделием 9 и электролитной ванной 10 будет установлено на выходе регулируемого выпрямителя 4 достаточным для поддержания необходимой температуры обработки изделия 9 на протяжении второй ступени электролитного нагрева. По окончании технологического процесса термической обработки блок 8 управления ключами выключает электрический ключ 6. Электрический конденсатор 7 необходим для снижения коммутационных перенапряжений при переключении электрических ключей 5 и 6.
Технологические параметры процесса электролитного нагрева для некоторых марок стали представлены в таблице.
Таблица
Марка стали
Диаметр образцов, мм
Длина образцов, мм
Напряжение первой ступени, В
Напряжение второй ступени, В
Температура нагрева, °С
Время нагрева, мин
Толщина слоя, мкм
Закалка в 15%-ном водном растворе карбоната натрия
65Г
20
50
220
140
800
2
Насквозь
Нитроцементация в.водном растворе, содержащем 5% азотной кислоты, 10% хлорида аммония и 10% глицерина
10
6
15
200
110
850
4
140
Азотирование в водном растворе, содержащем 5% карбоната калия и 20% аммиака
38ХМЮА
12
20
200
150
700
6
110
Азотирование в водном растворе, содержащем 20% хлорида натрия, 15% хлорида аммония и 5% аммиака
Армко-железо
10
18
210
90
600
5
40
Температура изделия замеряется только в процессе отладки режима термопарой или другим способом. Между напряжением и температурой в диапазоне 350÷1000°С существует линейная зависимость, и по напряжению можно судить о температуре.
Таким образом, заявляемое устройство за счет использования в нем второй электролитной ванны и дополнительного анода позволяет не только упростить конструкцию устройства путем исключения пирометрической системы, но и расширить диапазон электролитного нагрева.