УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ
DEVICE FOR ELECTRIC SPARK PROCESSING SURFACES

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки материалов, в частности к электроискровому легированию, и может быть использовано в машиностроительном и ремонтном производстве для получения износостойких покрытий на деталях узлов трения и неподвижных соединений.
При электроискровой обработке поверхностей деталей применяются устройства, состоящие из генератора технологического тока и вибратора. В качестве вибратора широко применяются вибраторы электромагнитного типа с возвратно-поступательным движением электрода.
"При электроискровой обработке вибратором с возвратно-поступательным движением стержневого электрода в результате удара электрода о поверхность детали происходит наклеп перенесенного материала электрода на поверхность детали, что способствует повышению микротвердости покрытия и прочности его сцепления с основой" [Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов (теория и практика) / Φ.X. Бурумкулов [и др.]. - Саранск: Тип. «Крас. Окт.», 2003. - С. 49].
Известно устройство для электроискрового легирования металлов (Авт. свид. СССР №248103, B23k, опубл. 05.08.1970), содержащее магнитную систему состоящую из сердечника и катушки, подвижного якоря, поддерживаемого упругой пружиной.
Однако это устройство имеет низкую частоту вибрации электрода и не обеспечивает ее регулировку в широких пределах, что ограничивает производительность процесса, затрудняет выбор оптимального режима обработки и снижает ее эффективность.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрано устройство, описанное в патенте RU №2063851 C1, В23К 11/10, опубл. 20.07.1996.
Устройство содержит магнитную систему, состоящую из двух электрических катушек, якорь из магнитомягкого материала, установленный внутри катушки с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно внутренней части катушек, электрод, закрепленный в электрододержатель, который через немагнитный стержень прикреплен к якорю, а также блок питания.
Попытка применения данного устройства в качестве вибратора для электроискрового легирования не увенчалась успехом из-за массивности якоря, что снижает частоту вибрации, зависимости времени подъема якоря от жесткости пружины, нестабильность амплитуды вибрации из-за большого расстояния между катушками и несовпадения ширины катушки и высоты якоря.
Задачей изобретения является создание устройства для электроискровой обработки поверхностей с регулируемой виброударной скоростью, амплитудой и частотой вибрации электрода во время проведения электроискровой обработки.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для электроискровой обработки поверхностей, содержащем магнитную систему, состоящую из двух электрических катушек, якорь из магнитомягкого материала, установленный внутри катушки с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно внутренней части катушек, электрод, закрепленный в электрододержатель, который через немагнитный стержень прикреплен к якорю, а также блок питания, предусмотрены следующие отличия: катушки расположены одна на другой, высота якоря равна ширине катушки, а блок питания содержит задающий генератор, регулируемый по частоте и скважности импульсов, выход которого соединен с входом бифазного генератора, выходы которого через последовательно соединенные формирователи длительности импульса и регулируемые усилители тока подключены к катушкам, а также источник постоянного тока, выход которого подключен к нижней катушке, датчик касания, вход которого соединен с электрододержателем, а выход соединен с входом управления источника постоянного тока и задающего генератора.
Изобретение дает возможность изменять параметры вибрации электрода во время обработки поверхности, при этом производить оценку и подбор характеристик получаемого покрытия, синхронизировать длительность импульса технологического тока с временем касания электрода детали для достижения максимальной производительности электроискрового легирования, а также осуществлять наклеп электродом поверхности детали за счет возможности выполнения условий электромагнитного эффекта (эффект Гаусса).
Изобретение поясняется чертежом, на котором показан продольный разрез вибратора и функциональная электрическая схема блока питания с эпюрами токовых импульсов.
Магнитная система вибратора содержит две электрические катушки - нижнюю 1 и верхнюю 2. Внутри катушки 1 установлен якорь 3, выполненный из магнитомягкого материала с возможностью вертикального перемещения. Высота якоря 3 равна ширине катушки 1, что гарантирует стабильность амплитуды вибрации якоря при работе вибратора. К якорю 3 через немагнитный стержень 4 закреплен электрододержатель 5, в котором зажат электрод 6. Электродом 6 производится электроискровая обработка поверхности детали 7. Электрододержатель 5 соединен с положительным (+) выходом генератора технологического тока (на чертеже не показан), а деталь 7 - с отрицательным (-) выходом. Блок питания вибратора включает в себя регулируемый по частоте и скважности импульсов генератор 8, который является задающим для бифазного генератора 9. Один из выходов генератора 9 через формирователь 10 длительности импульса и регулируемый усилитель 11 тока соединен с верхней катушкой 2, другой выход через формирователь 12 длительности импульса и усилитель 13 соединен с нижней катушкой 1. Катушка 1 соединена также с управляемым источником 14 постоянного тока. Для определения начала и окончания обработки поверхности детали служит датчик 15 наличия контакта между электродом 6 и поверхностью детали 7. Выход датчика 15 соединен с управляющим входом источника 14 и генератора 8. Устройство работает следующим образом.
При отсутствии контакта электрода 6 и поверхности детали 7 на устройство подается напряжение. Датчик 15 подает сигнал для включения источника 14 и блокирует включение генератора 8. Ток источника 14 проходит по катушке 1. Катушка 1 создает магнитный поток, который, замыкаясь через якорь 3, втягивает его в катушку 1. Вибратор готов к началу обработки.
При касании электродом 6 поверхности детали 7 сигнал датчика 15 отключает источник 14 и прекращает подачу питания катушки 1, генератор 8 включается и начинает вырабатывать последовательность однополярных импульсов (см. чертеж, эпюру "а"). В качестве генератора 8 применяется генератор с возможностью регулирования частоты и скважности импульсов (см. Генератор импульсов с независимым регулированием частоты и скважности. [Электронный ресурс] - Режим доступа: radioradar.net/radiofan/radiofan_technology/pulse_generator_independ ent_control_frequency.html). Выход генератора 8 соединен с входом бифазного генератора 9, который вырабатывает две противофазные последовательности импульсов с паузой (см. чертеж, эпюры "б" и "в") (см. Бифазный генератор с регулируемой паузой [Электронный ресурс] - Режим доступа: radioradar.net/ragiofan/miscellaneous/radio amator 2003-09-05 10-04-18.html). С генератора 9 импульсы по двум каналам поступают на формирователи 10 и 12 длительности импульсов, за счет чего возможно независимо изменять длительность импульса каждого канала. В качестве формирователей 10 и 12 могут применятся одновибраторы (см. Генераторы на интегральном таймере [Электронный ресурс] - Режим доступа: radiomaster.ru/stati/radio/int gen.php., рис. 6). Затем импульсы поступают на усилители 11 и 13, которые усиливают импульсы по току. При этом возможна различная регулировка тока по каналам. В качестве усилителя может быть, например, применен усилитель по Авт. свид. №625303, H03G 3/30, опубл. 25.09 1978. С усилителей 11 и 13 импульсы поочередно поступают на катушки 1 и 2, причем катушка 1, втягивая якорь 3, производит сближение электрода 6 с поверхностью детали 7 до их касания, в результате чего происходит искровой перенос материала электрода 6 на поверхность детали 7, катушка 2, втягивая якорь 3, отводит электрод 6 от поверхности детали 7. Затем цикл движения электрода повторяется.
Предлагаемое изобретение дает возможность во время нанесения покрытия регулировать частоту и амплитуду вибрации электрода, изменять его виброударную скорость в широких пределах, что значительно расширяет технологические возможности электроискровой обработки поверхностей, повышает прочность сцепления нанесенного слоя с поверхностью детали, увеличивает микротвердость покрытия и снижает шероховатость полученного покрытия.