ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТОКА

Предполагаемое изобретение относится к электрофизическим методам обработки, в частности к электроискровому легированию поверхностей деталей машин и механизмов.
Известно устройство для электроискрового легирования, в котором тиристор анодом подключен к общей точке накопительного конденсатора и электрода, а катодом через блок автоколебательного режима работы вибратора - к общей точке накопительного конденсатора и катушки вибратора (а.с. СССР №837715, В 23 Р /1/18).
Недостатком данного устройства является невысокое качество физико-химических свойств легированного слоя и невысокая производительность процесса электроискрового легирования.
Известно устройство для электроискрового легирования, включающие источник питания, накопительную емкость с зарядно-разрядной цепью, узлы контроля и управления процессом (а.с. СССР №1323268, В 23 Н 1/02).
Недостатком данного устройства является невысокое качество физико-химических свойств легированного слоя и невысокая производительность процесса электроискрового легирования, кроме того оно характеризуется усложненной электрической схемой.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является 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 блок управления электрод инструментом, причем узел управления разрядным транзисторным ключом содержит транзистор с двумя резисторами, при этом база транзистора через один из резисторов связана с электрод инструментом, коллектор транзистора через другой резистор связан с управляющим электродом разрядного тиристорного ключа, а эмиттер транзистора с источником питания (Патент РФ №2204464, В 23 Н 1/02).
Основным недостатком известного технического решения является то, что до 50% мощности источника питания затрачивается на гасящие резисторы (мощностью 100 Вт) стоящие в коллекторе транзисторного ключа. Из-за того что, максимальный ток данного транзистора ограничивается 2-3 кратным током максимально допустимым для них (12-15 А за длительность 1 мкс). Описываемая схема инерционна, так как в зарядной цепи включена
гас
+=
интегрирующая постоянная времени (Rnep Rгас - сопротивление гасящего резистора, R^ep - сопротивление перехода коллектор - эмиттер транзисторного ключа, С"д - емкость накопительного ключа. Данное устройство ограничивает увеличение частоты циклов «заряд - разряд», и как следствие мы не увеличиваем до оптимальных величин частоту импульсов технологического тока и соответственно не достигаем наибольшей эффективности процесса электроискрового легирования и наилучшее качество легированного слоя по физико-химическим свойствам.
Технические результаты - генерация физико-механических параметров искрового разряда, способствующего улучшение физико-химических и эксплуатационных характеристик легированного слоя, а так же увеличение производительности процесса электроискрового легирования.
Поставленный результат достигается тем, что генератор импульсов технологического тока, включающий источник питания, блок управления электрод инструментом, накопительную емкость с разрядной цепью и узлом управления разрядным ключом, источник питания выполнен импульсным с блоком управления током заряда накопительной емкости, при этом разрядная цепь содержит разрядный транзисторный ключ, в коллекторную цепь которого включен сглаживающий фильтр и рекуперативный диод, соединенный анодом с эмиттером, который соединен с катодом коммутирующего диода и электрод инструментом.
Преимущества предполагаемого технического решения заключаются в том, что предлагаемая электрическая схема генератора позволяет повысить эффективность использования накопительной емкости за счет отказа от токоограничивающего резистора и использования в разрядной цепи IGBT транзистора у которого сопротивление перехода коллектор - эмиттер R^ep намного меньше по сравнению с биполярным транзистором, что позволило повысить частоту технологического тока от 100 до 2000 Гц, тем самым улучшив физико-химические и эксплуатационные характеристики легированного слоя, а так же увеличило производительность процесса электроискрового легирования за счет повышения КПД установки.
Схема генератора изображена на чертеже. Рис.1 - блок-схема генератора.
Генератор содержит источник питания 1, выполненный импульсным, накопительную емкость с разрядной цепью 2, разрядный транзисторный ключ 3, сглаживающий фильтр 4, блок управления током заряда 5, узел управления разрядным ключом 6, драйвер 7, блок управления 8, электрод инструмент 9, деталь 10, датчик тока 11. Накопительная емкость с
разрядной цепью 2 содержит разрядный транзисторный ключ 3, в коллекторную цепь 12 которого включен сглаживающий фильтр 4 и рекуперативный диод 13, соединенный анодом с эмиттером 14, который соединен с катодом 15 коммутирующего диода 16 и электрод инструментом 9. Генератор содержит переменные резисторы 17, 18 и 19.
Генератор работает следующим образом. При включении генератора от источника питания 1, выполненный импульсным, и сглаживающий фильтр 4 начинает заряжаться накопительная емкость 2, а также одновременно начинают работать все вспомогательные узлы генератора. С помощью переменного резистора 18 блока управления током заряда 5 задается ток заряда накопительной емкости 2. При касании детали 10 электродом инструментом 9, представляющим собой торцевую одноэлектродную головку с частотой вращения от 300 до 1500 оборотов в минуту, режим работы которой задается блоком управления 8 с помощью переменного резистора 19, узел управления разрядным ключом 6 с помощью драйвера 7 открывает разрядный транзисторный ключ 3 и происходит разряд накопительной емкости 2. Разрядный ток проходит по контуру - коллекторная цепь 12, транзисторный ключ 3, эмиттер 14, датчик тока 11, деталь 10. Когда разрядный транзисторный ключ 3 закрывается, то неизрасходованная энергия возвращается обратно в накопительную емкость через рекуперативный диод 13, соединенный анодом с эмиттером 14, который соединен с катодом 15, тем самым предотвращает протекание обратного тока через ключ. Цикл заряда-разряда повторяется и задается переменным резистором 17. Для защиты разрядного транзисторного ключа 3 используется коммутирующий диод 16 и обратная связь на датчике тока 11, сигнал с которого подается на драйвер 7.
a
Более быстродействующий транзисторный ключ примененный в генераторе импульсов технологического тока позволил эффективно использовать накопительную емкость, увеличить выходной ток и повысить частоту импульсов. Опытные испытания показали улучшение качества легированных слоев по сплошности до 100%, уменьшение шероховатости R от 6,3 до 2,5, повышение износостойкости в 3 раза и производительности процесса на 45%, увеличение толщины слоя до 0,65 мм, что расширит номенклатуру изношенных деталей, ресурс работы которых может быть увеличен за счет восстановления.