УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО 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 оппозитно 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;
- низкое качество легированной поверхности (сплошность покрытия не выше 80%) из-за невозможности регулирования частоты и амплитуды вибрации электрод-инструмента.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества электроэрозионного легирования поверхности деталей.
Технический результат достигается за счет устройства для электроэрозионного легирования, содержащее неподвижный корпус с магнитопроводом и катушкой и подвижную часть, состоящую из электрододержателя с катушкой, подключенной к датчику тока или
напряжения на искровом промежутке через блок управления, согласно полезной модели в устройство дополнительно введены оптотиристорный модуль, выполненный в виде двух оптотиристоров и релейный элемент, причем релейный элемент на входе подключен к датчику напряжения, а на выходе подключен к оптотиристорному модулю, который в свою очередь подключен к блоку управления.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами:
фиг.1 - показаны механические узлы устройства,
фиг.2 - показана электрическая функциональная схема устройства.
Устройство имеет неподвижный корпус 1 с магнитопроводом 2 и катушкой 3, а также подвижную часть 4, состоящую из электрододержателя 5 и катушки 6. Электрод 15, закрепленный в электрододержателе 5, взаимодействует с деталью 16. Как показано на фиг.2, подвижная катушка 6 и неподвижная 3 подключены к источникам питания 7 и 8, и усилителю мощности 9. Источники питания 7, 8, катушки 3 и 6 и усилитель мощности 9 образуют блок управления 17. Вход усилителя мощности 9 подключен к датчику напряжения 13 через релейный элемент 11 и оптотиристорный модуль 10, выполненный из двух оптотиристоров. Искровой промежуток 12 включен в схему питания технологическим током 14.
Устройство работает следующим образом.
При включении устройства в сеть 14 на выходе источника питания устанавливается напряжение, поступающее через датчик напряжения 13 на входную цепь оптотиристорного модуля 10, усилителя мощности 9 на рабочий электрод 15. При этом первый оптотиристор 19 открывается, а второй оптотиристор 20, благодаря наличию дифференцирующей цепи, остается закрытым. При замыкании электрода 15 на деталь 16 открывается оптотиристор 20, что приводит к предустановке таймеров, на входах которых устанавливается напряжение высокого уровня. Оптотиристор 19 закрывается, а оптотиристор 20 остается в исходном положении.
При отрыве рабочего электрода 15 от детали 16 оптотиристор 20 закрывается, таймеры переходят в режим задержки.
В начальный момент электрод 15 лежит на детали 16 и напряжение на входе датчика напряжения 13 равно нулю. При этом через подвижную катушку 6, включенную на выходе усилителя мощности 9, протекает ток. В результате взаимодействия магнитных полей подвижной катушки 6 и неподвижной катушки 3, питающейся от блоков 7 и 8 питания,
возникает магнитная сила, втягивающая подвижную катушку 6 вместе с электрододержателем 5. Это приводит к отрыву электрода 15 от детали 16.
В этот момент напряжение на входе датчика напряжения 13 увеличивается и достигает напряжения срабатывания релейного элемента 11. Это вызывает изменение направления движения тока в подвижной катушке 6, и электрододержатель 5 начинает движение к поверхности детали 16.
При сближении электрода с деталью до расстояния нескольких десятков микрометров напряженность поля достигает значений, при которых возникает электрический разряд. В момент касания электрода с деталью образуется маленькая капелька наносимого металла электрода. Поскольку электрод находится в постоянном вращении, то происходит растирание этой капельки и она приобретает вытянутую форму. Напряжение на катушках 3 и 6 регулируется потенциометром 18 в широких пределах. Регулирующим элементом служит оптотиристорный модуль 10. Регулировка напряжения осуществляется путем изменения фазового угла φ, при котором происходит отпирание ключа оптотиристорного модуля 10 при переходе напряжения через "0". Накопительные конденсаторы при этом заряжаются до напряжения, определяемого положением потенциометра 18.
В дальнейшем процесс повторяется, при этом возникают постоянные колебания электрода, частота которых определяется массой подвижных частей и характеристиками усилителя мощности. 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, то 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 сжатый воздух или 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.
Предлагаемое устройство позволяет автоматизировать
электроэрозионное легирование сложнопрофильных поверхностей, что повышает производительность обработки и качество упрочнения.
Пример конкретной реализации устройства
Обработке подлежал режущий нож деревообрабатывающего станка, имеющий форму узкой прямоугольной пластины толщиной 4 мм и с размерами 50 х 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.
Электроэрозионное легирование осуществляли сплавом ВК8 при следующих параметрах:
- скорость перемещения электрод-инструмента, мм/ сек.
- 1
- напряжение питающей сети, В (50 Гц)
- 220±20
- потребляемая мощность, кВА
- 2,2
- ток короткого замыкания, ампер
- 8,5
- емкость конденсаторов, мкФ
- 950
- напряжение холостого хода, вольт
- 90
- диаметр полого электрода, мм
- 8
- материал электрода
- ВК8
- скорость обработки, см<sup>2</sup>/ мин
- до 5,5
- частота следования импульсов, Гц
- 60
- охладитель
- сжатый воздух
Технический результат - качество покрытия:
- толщина, мм
-0,25
- сплошность, %
-97
- интенсивность изнашивания, мг/км
-11,4
- шероховатость покрытия, Ra мкм
-4,1
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 увеличивалась в 1,5-2,5 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, В23Н 9/00, опубл. в бюл. №44, 1990
2. А.с.1627353, В23Н 9/00, опубл. в бюл. №6, 1991
3. Установка Элитрон-22, паспорт АИИЗ. 299.157. ПС, Кишинев, 1986.
4. П-2171162, В23Н 7/04, опубл. 27.07.2001 г.
5 Пол. модель №2529, В 23Н 7/18, опубл. в бюл. №8, 16.08.1996