УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО 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 опозитно 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;
- обдув электрода производится сжатым воздухом с внешней стороны, что не исключает контакта переносимой капельки-электрода с кислородом воздуха.
В момент соприкосновения электрода с деталью возникают большие токи короткого замыкания и электрод начинает греться, и, если не производить охлаждения, электрод может раскалиться и будет происходить налипание капелек материала-электрода на деталь. При этом получается шероховатая и рваная поверхность. Кроме того происходит окисление материала нагретого электрода за счет взаимодействия с кислородом воздуха, что приводит к быстрому износу электрода. Для улучшения поверхности упрочняемой детали необходимо создание в зоне искры электрода бескислородной атмосферы.
Техническим результатом полезной модели является улучшение поверхности легированного слоя, повышение сплошности покрытия и увеличение производительности устройства.
Технический результат достигается за счет устройства искрового легтрования у которого, для стабилизации частоты и амплитуды вибрациии электрода, в электрическую схему дополнительно введен релейный элемент, подключенный по входу к датчику напряжения, а по выходу к блоку управления, кроме того электрод -инструмент выполнен в виде полого стержня (трубчатый) и охлаждается путем подачи охладителя во внутрь электрода, в качестве охладителя используют азот, аргон или другой нейтральный газ. В качестве материала электрода используют твердый сплав, высокоуглеродистые сплавы железа или графит.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом.
- на фиг 1 показана электрическая функциональна схема устройства
Устройство для электроискрового легирования деталей имеет неподвижный корпус с магнитопроводом и катушкой, а также подвижную часть, состоящую из электрододержателя и катушки. Электрод, закрепленный в электрододержателе, взаимодействует с деталью. Электрод выполнен в виде полого цилиндра и постоянно охлаждается охладителем, в качестве охладителя используют азот, аргон или другой нейтральный газ.
Как показано на фиг.1 подвижная катушка 1 и неподвижная 2 подключены к источникам 3 и 4 питания, и усилителю мощности 5. Источники питания и усилитель мощности образуют блок управления. Вход усилителя мощности 5 подключен к датчику напряжения 6 через релейный элемент 7. Искровой промежуток 8 включен в схему питания 9 через электрические клемы.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент электрод лежит на детали и напряжение на входе датчика 6 равно нулю. При этом через подвижную катушку 1, включенную на выходе усилителя мощности 5 протекает электрический ток. В результате взаимодействия магнитных полей подвижной катушки 1 и неподвижной катушки 2, подключенных от источников питания 3 и 4, возникает магнитная сила, втягивающая подвижную катушку 1 с электрододержателем. Это приводит к отрыву электрода от детали. В этот этот момент напряжение на выходе датчика напряжения 6 увеличивается и достигает напряжения срабатывания релейного элемента 7. Это вызывает
изменение направления движения тока в подвижной катушке 1 и электрододержатель начинает движение к поверхности детали. При сближении электрода с деталью до расстояния нескольких десятков микрометров напряженность поля достигает значений, при которых возникает электрический разряд.
При последующем замыкании электрода на деталь происходит разряд накопительной емкости и массоперенос материала электрода на обрабатываемую деталь. При этом происходит насыщение упрочненного слоя газами (растворенный кислород, оксиды углерода и др.), что ухудшает процесс диффузии материала электрода и ухудшает поверхность упрочняемой детали.
В момент соприкосновения электрода с деталью возникают большие токи короткого замыкания и электрод начинает греться, и, если не производить охлаждение, 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 газы-азот, аргон или другой 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.
Пример конкретной реализации устройства
Обработке подлежал режущий нож деревообрабатывающего станка, имеющий форму узкой прямоугольной пластины толщиной 4 мм и с размерами 40×300 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. Легирование осуществляли сплавом Т15К6 при следующих параметрах:
- скорость перемещения суппорта с устройством
легирования, мм/обор.
- 1
- технологический ток, ампер
- 90
- емкость конденсаторов, мкф.
- до 2400
- напряжение холостого хода, вольт
- 85
- диаметр полого электрода, мм
- 60
- материал электрода
- твердый сплав
- скорость обработки, мм2/сек
- до 180
- толщина легирующего слоя, мм
- 0,2
- шероховатость покрытия, Ra мкм
- 10,0
- частота следования импульсов, гц
- 100
- газ охладитель
- азот
Процесс упрочнения проводили на разных режимах при емкостях разрядных конденсаторов соответственно: 1850, 2100, 2400 мкф. Рабочие электроды, используемые в процессе легирования, были выполнены из материалов марки ВК-8 и Т15К6. При оптимальных условиях и емкости конденсаторов 2100 мкф. была достигнута наилучшая производительность установки с толщиной наложения упрочненного слоя до 0,20 мм. Установка устойчиво обеспечивала заданный режим.
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 1,5-2,8 раз. Наилучшие показатели по стойкости показали ножи, обработанные электродами марки Т15К6.
Введение в электрическую схему управления устройства релейного элемента позволяет стабилизировать частоту и амплитуду вибраций электрода, что значительно повышает производительность обработки. Кроме того полый электрод постоянно охлаждается охладителем, что исключает окисление электрода кислородом воздуха, а это значительно улучшает качество упрочняемой поверхности
Применение предлагаемого устройства 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, В 23 Н 9/00, опубл. в бюл. №44, 1990
2. А.с. 1627353, В 23 Н 9/ 00, опубл. в бюл. № 6, 1991
3. Установка Элитрон-22, паспорт АИИЗ. 299.157. ПС, Кишинев, 1986.
4. П-2171162, В 23 Н 7/04, опубл. 2001.07.27.
5 Пол. модель №2529, В 23 Н 7/18, опубл. в бюл. №8, 16.08.1996