УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к установкам для электроэрозионного легирования.
Известно устройство для электроискрового легирования электродом - инструментом, закрепленным в электрододержателе, снабженное основанием, на котором смонтирована оправка для крепления детали, электромагнитный вибратор и механизмы осцилляции и подачи электрода - инструмента, кроме того электрододержатели установлены на введенных в устройство кронштейнах, каждый из которых имеет возможность качания относительно жестко связанной с механизмом осцилляции и расположенной параллельно направлению вибрации общей оси и относительно закрепленных на последней шарнирно и расположенных перпендикулярно ей индивидуальных осей [1, А.с. 870046, В 23 Р 1/18, опубл. в №37, 07.10.1981].
Однако у данного устройства имеется ряд недостатков:
- процесс обработки деталей малопроизводителен, т.к. сплошности процесса легирования достигают многократными проходами легирующего электрода;
- необходимость иметь струйную гидроабразивную установку, что способствует удорожанию процесса легирования;
- невозможность обработки таким устройством деталей со сложной геометрической формой, например внутреннюю поверхность труб.
Известна установка для электроэрозионного легирования концевых фрез, состоящая из привода вращения обрабатываемой фрезы, механизма относительного перемещения фрезы и электрода, вибратора, а также имеется каретка, связанная с механизмом перемещения, установленными на карете электромагнитом, щупом, устройством управления, стойкой и шарнирно установленным на ней коромыслом, при этом щуп установлен одним концом шарнирно с возможностью
взаимодействия с устройством управления, один конец коромысла шарнирно связан с сердечником электромагнита, а на втором конце установлен вибратор с электродом [2, А.с.1553298, В 23 Н 9/00, опубл. в бюл. №12, 30.03.1990]
При вращении фрезы с рабочей скоростью электрод обрабатывает очередной зуб. В момент нахождения электрода на вершине зуба щуп регулируемой длины опускается в стружечную канавку и регулировочный винт нажимает на микровыключатель, отключая
источник технологического тока, включая электромагнит и ускорение вращения фрезы. При этом электрод удерживается электромагнитом в верхнем положении и переходит через стружечную канавку. Щуп поднимается из стружечной канавки и отходит от микровыключателя, выключая электромагнит и включая рабочую скорость вращения фрезы и источник технологического тока. Производится легирование следующего зуба.
Недостатком данной установки является невысокая производительность и ограниченность технологии легирования.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для электроэрозионного легирования. 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. [3, А.с.1609564, В 23 Н 9/00, опубл. №44, 30.11.1990].
Недостатком данного устройства является его ограниченные возможности - таким устройством нет возможности обрабатывать детали сложной формы, например внутреннюю поверхность труб или другие цилиндрические детали.
Технической задачей полезной модели является создание устройства для электроэрозионного легирования деталей сложной геометрической формы, например для обработки внутренней поверхности труб.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для электроэрозионного легирования электродный узел представляет собой неподвижный массивный корпус, выполненный в виде конической трубы, в которой на диэлектрических подшипниках скольжения установлен вращающийся полый вал с жестко закрепленным на одном конце якорем магнитной системы и контрогрузом и электрододержателем с дисковым электродом на другом конце, причем
полый вал совершает одновременно вращательное и колебательное возвратно-поступательное движения, при этом угол наклона вала к оси вращения детали составляет 5-20 градусов, кроме того магнитная система, создающая колебательные возвратно-поступательные движения, выполнена из двух обмоток возбуждения, закрепленных на Ш-образных сердечниках и якоря, находящегося между обмотками, якорь выполнен из магнитного материала и имеет форму диска, кроме того контрогруз перемещается на валу с помощью ходового винта.
Установка для электроэрозионного легирования внутренних поверхностей цилиндрических деталей состоит из источника технологического тока 1 и электродного узла. Электродный узел представляет собой массивный корпус, выполненный в виде конической трубы 2, в которой на диэлектрических подшипниках скольжения 3 установлен полый вал 4 с жестко закрепленной на одном конце магнитной системы 5 и контрогруза 11, а на другом конце полого вала закреплен дисковый электрод 6 с электромагнитным вибратором 7. Магнитная система 5 выполнена из двух обмоток возбуждения 8 и 9 закрепленных на Ш-образных сердечниках 16 и находящегося между ними якоря 10. Якорь выполнен в форме диска и жестко закреплен на полом валу 4. Рядом с магнитной системой 5 установлен контрогруз 11, который имеет свой эл. привод 12 и перемещается на валу с помощью ходового винта 13.
Дисковый электрод 6 во время легирования охлаждается сжатым воздухом, который подается через сопло 14 по конической трубе 2. Дисковый электрод 6 находится во вращательном и колебательном движении и касается обрабатываемой детали 15, при этом угол наклона полого вала к оси вращения детали составляет 5-20 градусов.
На фиг.1 показано предлагаемое устройство для электроэрозионного легирования.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент дисковый электрод 6 устанавливают над осью вращения обрабатываемой детали 15 в необходимом месте и на необходимой высоте. После включения привода вращения детали и механизма перемещения детали включается источник технологического тока 1. При этом дисковый электрод одновременно с вращением начинает совершать колебательные движения и производить легирование поверхности детали 15 упрочняющим электродом. Возможность качания конической трубы 2 с закрепленным на нем дисковым электродом 6 позволяет автоматически сканировать
поверхность обрабатываемой детали во время перемещения установки вдоль обрабатываемой детали. Охлаждение дискового электрода во время обработки осуществляют сжатым воздухом через сопло 14.
Для создания колебательного движения электрода, закрепленного на полом валу, используются обмотки возбуждения 8 и 9, которые закреплены в Ш-образных сердечниках и включаются попеременно. При этом катушки с Ш-образными сердечниками попеременно притягиваются к якорю 10, жестко закрепленному на валу 4, что приводит к перемещению вала влево-вправо по своей оси.
Для регулирования времени контакта и силы прижатия дискового электрода 6 к обрабатываемой поверхности детали 15 на другом конце полого вала закреплен контрогруз 11, который имеет свой эл. привод 12 и перемещается на валу с помощью ходового винта 13.
Кроме того угол наклона полого вала к оси вращения детали составляет 5-20 градусов.
Опытное опробование предлагаемого решения проводили на бурильных трубах, произведенных из титановых сплавов.
В процессе электроэрозионного легирования были опробованы электроды из разных материалов и разной твердости, в том числе: твердые сплавы, высокоуглеродистые сплавы, белые чугуны, а также графитовые электроды.
Пример
Обработке подлежала внутренняя поверхность цилиндрической трубы диаметром 250 мм., длиной - 1200 мм. Электроискровое легирование производили на токарном станке, сначала обработали половину длины трубы, затем трубу перезакрепляли в зажимном устройстве станка и обрабатывали вторую часть внутренней поверхности трубы.
Обработку проводили при следующих технологических параметрах:
- скорость вращения детали, обор./мин.
- 10
- скорость перемещения суппорта с закрепленной
на нем установкой, мм / оборот
- 1
- технологический ток, А
- 100
- емкость конденсаторов, мкФ
- 1100
- напряжение холостого хода, В
- 90
- диаметр дискового электрода, мм
- 165
- скорость обработки, см<sup>2</sup>/мин.
- 30
- толщина легирующего слоя за один проход, мм
- 0,2
- шероховатость покрытия, Ra мкм
- 10,0
- частота следования импульсов, Гц
- 60
- газ охладитель
- сжатый воздух
- сплошность покрытия за один проход, %
- до 94
- твердость материала трубы, HRC
- 46
- твердость упрочненного слоя, HRC
- 58
При оптимальных условиях и емкости конденсаторов 1100 мкф была достигнута наилучшая производительность установки с толщиной наложения упрочненного слоя до 0,20 мм. Установка устойчиво обеспечивала заданные режимы. Угол наклона полого вала к оси закрепленной трубы составлял 5-20 градусов. Данный угол наклона был получен опытно- практическими данными. Анализируя упрочненную поверхность было установлено, что вся поверхность имела равномерное электроэрозионное покрытие, между отдельными участками разрывов не наблюдалось. При необходимости легирование можно повторить методом наложения 2-го упрочняющего слоя.
Предложенным устройством было упрочнена партия титановых труб в количестве 10 штук. При испытании упрочненных труб износостойкость их внутренней поверхности в сравнении с неупрочненными контрольными образцами увеличилась в 1,8-2,5 раза.
С применением данного устройства удалось получить качественную упрочненную внутреннюю поверхность труб, а также повысить износостойкость труб, что позволяет сократить расход дорогостоящих трубных сталей.
Заявляемое техническое решение не известно в Российской Федерации и за рубежом и отвечает требованиям критерия "новизна".
Таким образом заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу.