УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ ИЗ ТОКОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ
PLANT FOR PRODUCING NANODISPERSE POWDERS FROM CURRENT CONDUCTING MATERIALS

Предлагаемое изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к устройствам для получения нанодисперсных порошков из любых токопроводящих материалов, в том числе и их отходов, методом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) для последующего их использования в технологических процессах изготовления, восстановления и упрочнения деталей машин, инструмента и пр. ЭЭД представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами [1]. Для практического осуществления процесса ЭЭД через межэлектродный промежуток (МЭП) должны проходить импульсы тока с определенной амплитудой и частотой, разделенные интервалами, во время которых ток между электродами отсутствует. Формирование импульсов электрической энергии, подаваемых в МЭП, происходит с помощью специальных генераторов импульсов (ГИ).
Известны установки на основе ГИ, в которых импульсы тока формируются за счет прерывания тока первичного источника питания. При генерировании импульсов в таких ГИ от источника питания через коммутирующее устройство и токоограничивающую цепь в МЭП поступает электрическая энергия в те моменты, когда коммутирующее устройство находится в проводящем состоянии. Длительность и скважность получаемых импульсов задаются коммутирующим устройством, а амплитуда тока - величиной напряжения источника питания и сопротивлением токоограничивающей цепи.
Основными недостатками установок на основе таких ГИ являются реализация в нагрузке импульсных мощностей, не превышающих мощность питающей сети, и непосредственное включение нагрузки в цепь питающей сети [2].
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка на основе ГИ, в котором осуществляется предварительное накопление электрической энергии и ее импульсная отдача в нагрузку. В качестве накопителя применяют электрохимические, электромеханические, индуктивные и емкостные накопители энергии [3]. Наилучшие показатели по импульсной мощности и допустимому току короткого замыкания, отнесенные к объему, массе и стоимости, имеют емкостные накопители энергии (электрические конденсаторы).
Недостатком установок на основе ГИ данного типа является:
1. Невозможность регулирования параметров импульсов тока, кроме частоты их следования.
2. Относительно высокая дисперсность получаемых порошков (1 мкм и более).
Задача предлагаемого изобретения состоит в возможности более точного регулирования параметров импульсов тока и, как следствие, уменьшении дисперсности порошков.
Поставленная задача решается тем, что установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов содержит реактор электроэрозионного диспергирования для загруженных в него токопроводящих материалов, регулятор напряжения и генератор импульсов, собранный по однозвенной схеме с резонансным зарядом рабочего емкостного накопителя от источника постоянного напряжения и содержащий силовой блок и блок управления, причем силовой блок состоит из однофазного выпрямителя, выход которого соединен с опорной батарей конденсаторов, выход которых соединен с зарядным тиристорным коммутатором, выход которого соединен с рабочим накопителем, соединенным с разрядным тиристорным коммутатором и далее с нагрузкой в виде межэлектродного промежутка, а блок управления состоит из персонального компьютера, используемого в качестве задающего генератора, выходы с которого соединены с выходными формирователями сигналов управления зарядным и разрядным тиристорными коммутаторами.
Перечень фигур
Фигура 1 - Структурная схема установки ЭЭД;
фигура 2 - Внешний вид ГИ установки ЭЭД: а) в сборе; б) без верхней крышки;
фигура 3 - Структурная схема ГИ установки ЭЭД;
фигура 4 - Принципиальная электрическая схема а) силового блока; б) блока управления;
фигура 5 - Принципиальная электрическая схема: а) частотомера; б) блока питания.
Пример
Установка ЭЭД, структурная схема которой представлена на фигуре 1, состоит из регулятора напряжения, генератора импульсов и реактора электроэрозионного диспергирования для загруженных в него токопроводящих материалов.
Регулятор напряжения служит для регулирования и установки необходимого переменного напряжения на входе генератора импульсов в пределах от 0 до 250 В. В качестве регулятора напряжения используется регулятор напряжения однофазный РНО-250-10 ТУ 16-517.298-70.
ГИ, внешний вид и структурная схема которого представлены на фигурах 2 и 3, состоит из двух основных функциональных узлов: силового блока и блока управления (фигура 4).
В состав силового блока входят (фигура 4а): однофазный выпрямитель, преобразующий переменное напряжение 0-250 В в постоянное; опорная батарея конденсаторов, фильтрующих выпрямленное напряжение; зарядный тиристорный коммутатор, обеспечивающий резонансный заряд рабочего накопителя и его отключение от опорной батареи конденсаторов на время формирования импульса разрядного тока; рабочий накопитель, накапливающий электрическую энергию и отдающий ее в нагрузку; разрядный тиристорный коммутатор, подключающий заряженный рабочий накопитель к нагрузке и исключающий влияние режимов разряда на режимы потребления электрической энергии от питающей сети.
Для контроля за режимами работы силового блока предусмотрены: вольтметр постоянного напряжения (U опорное), индицирующий величину напряжения на опорной батарее конденсаторов, и вольтметр амплитудных значений (U рабочее), индицирующий максимальное напряжение на рабочем накопителе.
Блок управления (фигура 4б) предназначен для выдачи сигналов управления зарядным и разрядным коммутаторами, определения и индикации рабочей частоты генератора импульсов, оперативного изменения режимов в процессе работы и настройки. В состав блока управления входят задающий генератор, в качестве которого используется внешний генератор - персональный компьютер, генерирующий сигналы различной формы, частоты и амплитуды с помощью специальной программы-генератора и установленной звуковой карты; выходные формирователи сигналов управления зарядным тиристорным и разрядным тиристорным коммутаторами и блок питания (фигура 5б), обеспечивающий работу блока управления.
ГИ работает следующим образом. Задающий генератор вырабатывает тактовые импульсы, частота которых может регулироваться и отображается индикатором рабочей частоты. Из этих импульсов формируются импульсы управления зарядным тиристорным и разрядным тиристорным коммутаторами, поступающие на выходные формирователи, которые формируют сигналы управления зарядным тиристорным и разрядным тиристорным коммутаторами, соответствующей частоты и амплитуды, а также обеспечивают гальваническую развязку (на основе оптопары) между силовым блоком и блоком управления и помехозащищенность блока управления.
Под воздействием сигналов управления зарядным тиристорным и разрядным тиристорным коммутаторами происходит их периодическое включение и выключение с частотой, определяемой задающим генератором, в результате чего обеспечивается периодический заряд рабочего накопителя от питающей сети и его разряд на нагрузку (межэлектродный промежуток).
В данном ГИ в качестве задающего генератора предлагается использовать внешний генератор - персональный компьютер (фигура 2), генерирующий сигналы различной формы, частоты и амплитуды с помощью специальной программы-генератора и установленной звуковой карты.
Реактор служит емкостью, в которую загружаются отходы спеченных твердых сплавов и в которой непосредственно и происходит процесс ЭЭД. Объем реактора замкнут, и зона диспергирования охлаждается за счет конвекции рабочей жидкости. Это дает возможность улавливать все частицы и работать со всем объемом загружаемых отходов твердого сплава. Температура рабочей жидкости в среднем устанавливается постоянной за счет постоянного теплообмена между реактором и окружающей средой.
Предлагаемое устройство для получения нанодисперсных порошков позволяет их получать методом электроэрозионного диспергирования из практически любых токопроводящих материалов, в том числе и их отходов. Порошки, получаемые на этой установке, имеют размер частиц от 0,001 до 100 мкм. Причем, изменяя электрические параметры процесса диспергирования (напряжение на электродах, емкость конденсаторов и частоту следования импульсов), можно управлять шириной и смещением интервала размера частиц, а также производительностью процесса. Для отделения наночастиц от крупноразмерных используется центрифуга. Данные порошки пригодны для последующего их использования в технологических процессах изготовления, восстановления и упрочнения деталей машин и инструмента и пр.
Источники информации
1. Немилов Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов [Текст] / Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. - 160 с.
2. Лившиц А.Л. Импульсная электротехника [Текст] / А.Л.Лившиц, М.Ш.Отто. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 352 с.
3. Артамонов Б.А. Генераторы импульсов для электроэрозионной обработки [Текст] / Б.А.Артамонов, А.И.Круглов, Л.И.Стебаев. - М.: Машиностроение, 1976. - 124 с.