Устройство для электроискрового формирования покрытий с вращающимся электродом
DEVICE FOR ELECTROSPARK FORMATION OF COATINGS WITH A ROTATING ELECTRODE

Область техники
Изобретение относится к области формирования покрытий методом электроискрового легирования и может быть использовано в различных отраслях машиностроения: авиакосмической, судостроительной, энергетической, сельскохозяйственной и других, а также, в частности для формирования покрытий на рабочих и направляющих лопатках паровых и газовых турбин.
Уровень техники
Из уровня техники известно принятое в качестве прототипа заявляемого изобретения устройство для электроискрового формирования покрытий с вращающимся электродом, содержащее: цилиндрический пластмассовый корпус 1.1, в котором смонтирован привод вращения, включающий в себя электродвигатель 1.2, жестко закрепленный в корпусе 1.1, с удлиненным валом 1.3, на конце которого жестко закреплен патрон 1.4 для зажима электрода 1.5; щеточный узел, состоящий из щетки 1.6 и пружины 1.7, которая поджимает щетку 1.6 к патрону 1.4 и установлена на пластине 1.8, неподвижно закрепленной внутри корпуса 1.1; провод питания 1.9 системы управления 1.10, закрепленной внутри корпуса 1.1, и электродвигателя 1.2; силовой провод 1.11; и трубку подачи газа 1.12. Причем провод питания 1.9, силовой провод 1.11 и трубка подачи газа 1.12 смонтированы в общий жгут 1.13. При этом органы управления устройства (на фиг. не показаны) находятся на корпусе 1.1. Включение, направление вращения, установка скорости вращения электрода и управление устройством осуществляются посредством системы управления 1.10, соединенной с электродвигателем 1.2 и органами управления. Частота вращения электрода 1.5 в зависимости от положения рукоятки управления (на фиг. не показана) находится в пределах от 5000 до 10000 оборотов в минуту. При этом для подачи электрической энергии на электрод 1.5 используется щеточный узел, состоящий непосредственно из щетки 1.6 и пружины 1.7, которая поджимает щетку 1.6 к патрону 1.4. Причем силовой провод 1.11, присоединенный к щетке 1.6, проходит внутри корпуса 1.1 и уходит в жгут 1.13. При этом для охлаждения электродвигателя 1.2 используется крыльчатка 1.14, закрепленная на валу 1.3 электродвигателя 1.2. Подача газа в рабочую зону осуществляется через трубку 1.12, закрепленную на стенке корпуса 1.1 (газ непосредственно в охлаждении электродвигателя 1.2 не участвует). (Аппликатор «Micro DEPO model 50/100/150» TechnoCoat Co., Ltd. (Япония), https://www.technocoat.co.jp/english/products/depo-series/micro-depo/ (далее - [1])). На фиг. 1 приведена схема аппликатора «Micro DEPO model 50/100/150» компании «TechnoCoat International.
Недостатки известного из [1] устройства для электроискрового формирования покрытий заключаются в следующем:
- невозможность использования сменных электродов с различными диаметрами;
- большое сопротивление газового тракта, обусловленное тем, что трубка подачи газа 1.12 объединена с проводом питания 1.9 и силовым проводом 1.11 в общий жгут 1.13, вследствие чего возможно пережатие трубки подачи газа 1.12 на ее различных участках, что может вызывать недостаточную подачу воздуха в рабочую зону;
- конструкция известного из [1] устройства не предполагает направленное охлаждение патрона 1.4 и щеточного узла, из-за чего может возникать их перегрев в процессе работы устройства.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено патентуемое изобретение, является повышение эффективности охлаждения устройства для электроискрового формирования покрытий с вращающимся электродом и расширение области применения устройства, а техническими результатами - обеспечение охлаждения деталей устройства для электроискрового формирования покрытий с вращающимся электродом, установленных внутри корпуса устройства, и электрода, закрепленного в цанге, в процессе работы устройства; обеспечение возможности использования электродов с различными диаметрами; и снижение уровня поворота пружины со щеткой, упирающейся в выступы на внешней боковой стенке полого вала, на котором установлена цанга с закрепленным в ней электродом, в процессе работы устройства.
Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов обеспечивается тем, что устройство для электроискрового формирования покрытий содержит корпус из диэлектрического материала, внутри которого установлены два полых стакана со сквозными отверстиями в их торцевых стенках. При этом внутри первого полого стакана размещен электродвигатель, вал которого продет через отверстие в перфорированной пластине, зажатой между торцевыми стенками первого и второго стаканов. Причем электродвигатель жестко прикреплен к перфорированной пластине, а вал электродвигателя размещен внутри второго стакана и соединен с помощью компенсирующей муфты с полым валом, имеющим как минимум одно сквозное отверстие в его боковой стенке. При этом полый вал установлен на подшипниках качения, которые закреплены на опорной пластине, опирающейся на торцевую стенку второго стакана. При этом опорная пластина и перфорированная пластина соединены между собой с помощью как минимум двух стоек. Причем на полый вал надета пружина, которая с одного конца присоединена к торцевой стенке опорной пластины, а с другого конца - к щетке, упирающейся в выступ на внешней боковой стенке полого вала. При этом по бокам от пружины установлены как минимум две направляющие пластины, прикрепленные к опорной пластине. Причем полый вал выходит из отверстия в первой торцевой стенке корпуса, а на конце полого вала установлена цанга, внутри которой зажат сменный электрод с помощью гайки. Причем в цанге имеются продольные сквозные каналы, предназначенные для прохода газа. При этом ко второй торцевой стенке корпуса прикреплена крышка. Причем в крышке имеется отверстие, к которому присоединена втулка, к которой присоединен силовой кабель, продетый через отверстие в перфорированной пластине. При этом силовой кабель присоединен к опорной пластине с внутренней стороны второго полого стакана, а дополнительный кабель одним концом присоединен к опорной пластине с внешней стороны второго полого стакана, а другим концом - к щетке. Причем в крышке имеется отверстие, к которому прикреплен разъем управления электродвигателем, к которому присоединен жгут из проводов, соединенный с электродвигателем, а также в крышке имеется отверстие, к которому присоединен патрубок, предназначенный для подачи рабочего газа.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемого изобретения и достигаемыми техническими результатами заключается в следующем.
Наличие внутри корпуса устройства двух полых стаканов со сквозными отверстиями в их торцевых стенках; перфорированной пластины, зажатой между торцевыми стенками первого и второго стаканов; наличие полого вала, имеющего как минимум одно отверстие в его боковой стенке и установленного на подшипниках качения, которые закреплены на опорной пластине, опирающейся на торцевую стенку второго стакана; цанги, установленной на конце полого вала, выходящего из отверстия в первой торцевой стенке корпуса; а также сменного электрода, зажатого внутри цанги с помощью гайки; и продольных сквозных каналов в цанге, предназначенных для прохода газа, обеспечивает охлаждение деталей устройства для электроискрового формирования покрытий с вращающимся электродом, установленных внутри корпуса устройства, и электрода, закрепленного в цанге, в процессе работы устройства путем подачи охлаждающего рабочего газа через патрубок, присоединенный к отверстию в крышке, за счет последовательного протекания рабочего газа через первый стакан, перфорированную пластину, второй стакан, как минимум одно отверстие в боковой стенке полого вала, внутренний объем полого вала и продольные сквозные каналы в цанге.
За счет наличия в устройстве цанги, в которую устанавливается сменный электрод и зажимается гайкой, обеспечивается возможность использования электродов с различными диаметрами.
Наличие установленных по бокам от пружины как минимум двух направляющих пластин, прикрепленных к опорной пластине, обеспечивает снижение уровня поворота пружины со щеткой, упирающейся в выступ на внешней боковой стенке полого вала, в процессе работы устройства за счет фиксации пружины по ее бокам.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 приведена схема аппликатора «Micro DEPO model 50/100/150» компании «TechnoCoat International)). На фиг. 2 представлено устройство для электроискрового формирования покрытий в продольном разрезе по оси симметрии. На фиг. 3 представлен вид цанги сбоку. На фиг. 4 представлен вид цанги с торца со стороны ее лепестков. На фиг. 5 представлен вид цанги с торца со стороны продольных сквозных каналов. На фиг. 6 представлена схема течения газа через внутренний объем устройства для электроискрового формирования покрытий.
Описание позиций фигур
1.1 - цилиндрический пластмассовый корпус;
1.2 - электродвигатель;
1.3 - удлиненный вал;
1.4 - патрон;
1.5 - электрод;
1.6 - щетка;
1.7 - пружина;
1.8 - пластина;
1.9 - провод питания;
1.10 - система управления;
1.11 - силовой провод;
1.12 - трубка;
1.13 - общий жгут;
1.14 - крыльчатка;
2.1 - корпус из диэлектрического материала;
2.2 - первый полый стакан;
2.3 - второй полый стакан;
2.4 - электродвигатель;
2.5 - вал электродвигателя;
2.6 - перфорированная пластина;
2.7 - компенсирующая муфта;
2.8 - полый вал;
2.9 - подшипники качения;
2.10 - опорная пластина;
2.11 - стойки;
2.12 - пружина;
2.13 - щетка;
2.14 - направляющие пластины;
2.15 - цанга;
2.16 - сменный электрод;
2.17 - гайка;
2.18 - крышка;
2.19 - втулка;
2.20 - силовой кабель;
2.21 - разъем управления двигателем;
2.22 - жгут из проводов управления электродвигателем;
2.23 - патрубок подачи газа;
2.24 - гайка;
2.25 - герметизирующая прокладка;
2.26 - дополнительный кабель.
Осуществление изобретения
Ниже приведен частный пример устройства для электроискрового формирования покрытий и принцип его работы.
Устройство для электроискрового формирования покрытий, содержит цилиндрический корпус из диэлектрического материала 2.1, в данном случае выполненный из пластмассы. Внутри корпуса 2.1 установлены два полых цилиндрических стакана со сквозными отверстиями в их торцевых стенках 2.2 и 2.3, выполненные из алюминия Д16. При этом внутри первого полого стакана 2.2 размещен электродвигатель 2.4, вал 2.5 которого продет через отверстие в перфорированной пластине 2.6, зажатой между торцевыми стенками первого и второго стаканов 2.2 и 2.3. В качестве электродвигателя 2.4 используется бесколлекторный двигатель. Причем электродвигатель 2.4 жестко прикреплен к перфорированной пластине 2.6, выполненной из Стали 3, с помощью болтов (на фиг. не показаны), а вал электродвигателя 2.5 размещен внутри второго полого стакана 2.3 и соединен с помощью компенсирующей муфты 2.7 с полым валом 2.8, имеющим два отверстия в его боковой стенке и выполненным из латуни с целью его использования в качестве токопроводящего элемента. При этом полый вал 2.8 установлен на подшипниках качения 2.9, которые закреплены на опорной пластине 2.10, опирающейся на торцевую стенку второго стакана 2.3. Опорная пластина 2.10 выполнена из латуни с целью высокой электропроводности. При этом опорная пластина 2.10 и перфорированная пластина 2.6 соединены между собой с помощью двух стоек 2.11, выполненных из Стали 3. Причем на полый вал 2.8 надета пружина 2.12 из бронзы БрБ2, которая с одного конца приварена к торцевой стенке опорной пластины 2.10, а с другого конца к ней присоединена меднографитовая щетка 2.13, упирающаяся в кольцевой выступ на внешней боковой стенке полого вала 2.8. По бокам от пружины 2.12 установлены две направляющие пластины 2.14, выполненные из Стали 3 и прикрепленные к опорной пластине 2.10 с помощью болтов. Причем полый вал 2.8 выходит из отверстия в первой торцевой стенке корпуса 2.1, а на конце полого вала 2.8 установлена латунная цанга 2.15, внутри которой зажат сменный электрод 2.16 с помощью латунной гайки 2.17. Причем в цанге 2.15 имеются продольные сквозные каналы, предназначенные для прохода газа. При этом ко второй торцевой стенке корпуса 2.1 прикреплена с помощью гайки 2.24 пластиковая крышка 2.18, упирающаяся в кольцевой выступ на боковой стенке первого полого стакана 2.2. Причем между крышкой 2.18 и гайкой 2.24 установлена кольцевая герметизирующая тефлоновая прокладка 2.25. В крышке 2.18 имеется отверстие, к которому присоединена втулка 2.19, к которой припаян силовой кабель 2.20, продетый через отверстие в перфорированной пластине 2.6. При этом силовой кабель 2.20 припаян к опорной пластине 2.10 с внутренней стороны второго полого стакана 2.3, а дополнительный кабель 2.26 одним концом припаян к опорной пластине 2.10 с внешней стороны второго полого стакана 2.3, а другим концом - к щетке 2.13. В крышке 2.18 имеется отверстие, к которому приварен разъем управления электродвигателем 2.4, к которому присоединен жгут из проводов 2.22, соединенный с электродвигателем 2.4, а также в крышке 2.18 имеется отверстие, к которому приварен патрубок 2.23, предназначенный для подачи рабочего газа (Фиг. 2, 3, 4, 5).
Работа устройства для электроискрового формирования покрытий осуществляется следующим образом.
Рабочий газ, в данном случае сжатый воздух, подается через патрубок 2.23 и затем протекает через внутренний объем первого полого стакана 2.2, охлаждая электродвигатель 2.4. После чего рабочий газ протекает через отверстия в перфорированной пластине 2.6 и через внутренний объем второго полого стакана 2.3, охлаждая компенсирующую муфту 2.7. Затем рабочий газ протекает через два сквозных отверстия в боковой стенке полого вала 2.8, проходит через внутренний объем полого вала 2.8, охлаждая его, и выходит через четыре продольных сквозных канала в цанге 2.15, создавая вокруг электрода 2.16 холодную «газовую ванну» (Фиг. 6). При этом электрический импульс, вырабатываемый генератором импульсов (на фиг. не показан), по внешнему кабелю поступает на электрическую втулку 2.19, и далее с внутренней стороны втулки 2.19 по силовому кабелю 2.20 подается на опорную пластину 2.10. С опорной пластины 2.10 электрический импульс через дополнительный кабель 2.26 и щетку 2.13 подается на полый вал 2.8 и затем через цангу 2.15 на электрод 2.16. При движении вращающегося электрода 2.16 происходит формирование покрытия на поверхности обрабатываемой детали. Бесколлекторный электродвигатель 2.4 используется для точной установки частоты вращения электрода 1.5, частота вращения которого поддерживается постоянной при помощи обратной связи с системой управления, расположенной вне устройства (на фиг. не показана).
Таким образом, наличие внутри корпуса устройства двух полых стаканов со сквозными отверстиями в их торцевых стенках 2.2 и 2.3, перфорированной пластины 2.6, зажатой между торцевыми стенками первого и второго стаканов 2.2 и 2.3; наличие полого вала 2.8, имеющего два отверстия в его боковой стенке и установленного на подшипниках качения 2.9, которые закреплены на опорной пластине 2.10, опирающейся на торцевую стенку второго стакана 2.3; цанги 2.15, установленной на конце полого вала 2.8, выходящего из отверстия в первой торцевой стенке корпуса 2.1; а также сменного электрода 2.16, зажатого внутри цанги 2.15 с помощью гайки 2.17; и продольных сквозных каналов в цанге 2.15, предназначенных для прохода газа, обеспечивает охлаждение деталей устройства для электроискрового формирования покрытий с вращающимся электродом, установленных внутри корпуса 2.1, и электрода 2.16, закрепленного в цанге 2.15, в процессе работы устройства путем подачи охлаждающего рабочего газа через патрубок 2.23, присоединенный к отверстию в крышке 2.18, за счет последовательного протекания рабочего газа через первый стакан 2.2, перфорированную пластину 2.6, второй стакан 2.3, два отверстия в боковой стенке полого вала 2.8, внутренний объем полого вала 2.8 и продольные сквозные каналы в цанге 2.15.
За счет наличия в устройстве цанги 2.15, в которую устанавливается сменный электрод 2.16 и зажимается гайкой 2.17, обеспечивается возможность использования электродов с различными диаметрами.
Наличие установленных по бокам от пружины 2.12 четырех направляющих пластин 2.14, прикрепленных к опорной пластине 2.10, обеспечивает снижение уровня поворота пружины 2.12 со щеткой 2.13, упирающейся кольцевой выступ на внешней боковой стенке полого вала 2.8, в процессе работы устройства за счет фиксации пружины 2.12 по ее бокам.
Промышленная применимость
Патентуемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области формирования покрытий методом электроискрового легирования.