УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСКРОВОЙ ОБРАБОТКИ
DEVICE FOR ELECTRIC SPARK MACHINING

Изобретение относится к областям машиностроительного и ремонтного производства и может быть использовано для упрочнения и восстановления деталей машин, режущего инструмента и штамповой оснастки.
Известно устройство для электроискрового легирования [Установка «БИГ-2». Паспорт, техническое описание и инструкция по эксплуатации ТИ 05-31-302БМ. ООО «Ресурс». Республика Мордовия, РФ, 2005 г. 39 с.], содержащее обмотку вибровозбудителя, источник постоянного тока и транзисторный ключ, причем положительный полюс источника постоянного тока соединен с одним из выводов обмотки вибровозбудителя, а второй вывод соединен с коллектором транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом источника постоянного тока, а также источник технологического тока, разрядный ключ, электрод и деталь, причем положительный полюс источника технологического тока соединен с входом разрядного ключа и его выход - с электродом, отрицательный полюс источника технологического тока соединен с деталью.
Недостатками известного решения являются:
- применение в устройстве тиристора в разрядной цепи приводит к ограничению технологических возможностей устройства за счет уменьшения электрической эрозии электрода;
- применение сварочного трансформатора в качестве источника питания технологическим током без накопительного конденсатора невозможно из-за возникновения дугового разряда и появления некачественного покрытия.
Технический результат заключается в расширении технологических возможностей за счет увеличения диапазона и плавности, регулирования тока сварочного трансформатора.
Технический результат достигается тем, что устройство для электроискровой обработки, содержащее обмотку вибровозбудителя, источник постоянного тока и транзисторный ключ, причем положительный полюс источника постоянного тока соединен с первым выводом обмотки вибровозбудителя, а второй вывод соединен с коллектором транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом источника постоянного тока, а также источник технологического тока, разрядный ключ, электрод и деталь, причем положительный полюс источника технологического тока соединен с входом разрядного ключа и его выход - с электродом, отрицательный полюс источника технологического тока соединен с деталью, дополнительно снабжено формирователем импульса, двумя одновибраторами управления технологическим током, двумя одновибраторами управления вибровозбудителем. В качестве источника технологического тока использован сварочный трансформатор переменного тока с увеличенным магнитным рассеянием, а в качестве разрядного ключа - биполярный транзистор с изолированным затвором. Один вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с входом формирователя импульса и коллектором биполярного транзистора, эмиттер которого соединен с электродом, выход формирователя импульса соединен с входами первых одновибраторов управления технологическим током и управления вибровозбудителем, выходы которых соединены соответственно с входами вторых одновибраторов управления технологическим током и управления вибровозбудителем, выход второго одновибратора управление технологическим током соединен с затвором биполярного транзистора, а выход второго одновибратора управления вибровозбудителя соединен с базой транзисторного ключа. К одновибраторам управления технологическим током и одновибраторам управления вибровозбудителем подключены регуляторы длительности выходного импульса.
На фиг.1 представлена схема устройства для искровой обработки. Устройство для электроискровой обработки поверхностей (фиг.1) содержит обмотку вибровозбудителя 1, источник постоянного тока 2 и транзисторный ключ 3, причем положительный полюс источника постоянного тока 2 соединен с одним из выводов обмотки вибровозбудителя 1, а второй вывод которого соединен с коллектором транзисторного ключа 3, эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом источника постоянного тока 2, а также сварочный трансформатор переменного тока с увеличенным магнитным рассеянием 4, биполярный транзистор с изолированным затвором 5, электрод 6 и деталь 7, причем положительный полюс сварочного трансформатора 4 соединен с входом биполярного транзистора 5 и его выход - с электродом 6, отрицательный полюс сварочного трансформатора соединен с деталью 7. Дополнительно снабжено формирователем импульса 8, двумя одновибраторами управления технологическим током 9 и 10, двумя одновибраторами управления вибровозбудителем 11 и 12. Один вывод вторичной обмотки сварочного трансформатора 4 соединен с входом формирователя импульса 8 и коллектором биполярного транзистора 5, эмиттер которого соединен с электродом 6, выход формирователя импульса соединен с входами первых одновибраторов управления технологическим током 9 и управления вибровозбудителем 11, выходы которых соединены соответственно с входами вторых одновибраторов управления технологическим током 10 и управления вибровозбудителем 12, выход второго одновибратора управления технологическим током 10 соединен с затвором биполярного транзистора 5, а выход второго одновибратора управления вибровозбудителя 12 соединен с базой транзисторного ключа 3. К одновибраторам управления технологическим током 9 и 10 и управления вибровозбудителем 11 и 12 подключены регуляторы длительности выходного импульса 13.
Устройство работает следующим образом. На обмотку вибровозбудителя 1 через открытый транзисторный ключ 3 поступает напряжение источника постоянного тока 2. Якорь возбудителя притянут к электромагниту виборовозбудителя 1 и электрод 6 отведен от детали 7. При изменении полярности синусоидального напряжения вторичной обмотки сварочного трансформатора 4 с отрицательного на положительное в точке нулевого значения напряжения формирователь импульса 8 вырабатывает импульс запуска одновибраторов 9 и 11. Одновибраторы 9 и 11 вырабатывают импульсы, причем задний фронт импульса одновибратора 11 определяет начало касания электрода 6 и детали 7, а задний фронт импульса одновибратора 9 определяет начало протекания разрядного тока. Импульсы одновибраторов 9 и 11 поступают на входы одновибраторов 10 и 12 и своим задним фронтом запускают их. Одновибратор 12 вырабатывает импульс, поступающий на базу транзисторного ключа 3, и закрывает его. Происходит касание электрода 6 и детали 7 на время длительности импульса одновибратора 12. Импульс одновибратора 10 поступает на затвор биполярный транзистор 5 и открывает его. Через эрозионный промежуток протекает технологический ток. Длительность прохождения импульса тока определяется длительностью импульса одновибратора 10. В результате при появлении каждой положительной полуволны напряжения обмотки сварочного трансформатора 4 происходит касание электрода 6 детали 7 и при касании прохождение технологического тока через эрозионный промежуток. Наличие регуляторов длительности выходного импульса 13 одновибраторов 9, 10, 11, 12 значительно расширяет технологические возможности устройства. Регулятор 13 одновибратора 11 дает возможность производить начало касания электрода 6 и детали 7 во всем диапазоне действия положительной полуволны обмотки сварочного трансформатора 4, как при возрастании, так и при спаде напряжения полуволны. Регулятор 13 одновибратора 12 изменяет длительность касания электрода 6 и детали 7. Регулятор 13 одновибратора 9 дает возможность произвести прохождение технологического тока, как в начале контакта электрода 6 и детали 7, с задержкой по времени от начала контакта, так и при отрыве электрода 6 от детали 7. Регулятор 13 одновибратора 12 дает возможность выбрать оптимальную длительность прохождения технологического тока.
В ГОСНИТИ г.Москва были проведены проверочные испытания макета устройства. Обработке подвергалась рабочая поверхность разделительного штампа, для обработки штампуемого материала толщиной 1,0-2,0 мм, из стали У 10 (HRC 50-60) электродом из материала ВК 8. Обработка производилась при токе сварочного трансформатора 150 A. Длительность импульса технологического тока составляла 0,2 мс. Начало обработки током включалось с задержкой 0,3 мс после начала контакта электрода и детали и прекращалось при отводе электрода от детали, причем отвод производился при максимальном напряжении положительной полуволны. Ожидаемая толщина нанесенного слоя 20-30 мкм. Максимальное напряжение положительной полуволны наступает через 5 мс после ее начала (частота сети 50 Гц).
На регуляторах длительности импульса устанавливались:
- для первого одновибратора управления вибровозбудителем - 4,5 мс;
- для второго - 0,5 мс;
- для первого одновибратора управления технологическим током - 4,8 мс;
- для второго - 0,2 мс.
Определительные испытания макета заявляемого устройства для упрочнения поверхности разделительного штампа показали, что приращение толщины составило 20-25 мкм, что соответствует обработке на втором режиме установки электроискрового легирования «Элитрон-22А» [Бурумкулов Ф.Х., Лезин П.П., Сенин П.В., Иванов В.И., Величко С.А., Ионов П.А. Электроискровые технологии восстановления и управления деталей машин и инструментов (теория и практика) Саранск. Тип. «Красный Октябрь». 2003 г.338 с.].
Предлагаемое устройство для электроискровой обработки поверхностей дает возможность использовать широко распространенные в ремонтном производстве сварочные трансформаторы в качестве источников питания для электроискровых установок. В устройстве исключены накопители энергии - конденсаторы, которые значительно увеличивают массогабаритные параметры электроискровых установок. В устройстве возможно также применение сварочных трансформаторов постоянного (выпрямленного) тока и источников питания для трехфазной дуги.
Устройство вырабатывает униполярные импульсы, синхронизированные с касанием электрода и детали, со значительной крутизной как переднего фронта, так и заднего фронта импульса - 0.2-0,4 мкс [Рогачев К.Д. Силовые биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Рубрика: электронные компоненты. Рынок микроэлектроники], на два порядка превышающей крутизну фронтов импульсов тиристоров, применяемых в разрядном контуре электроискровых установок, которые определяют величину эрозии электрода [Бурумкулов Ф.Х., Лезин П.Л., Сенин П.В., Иванов В.И., Величко С.А., Ионов П.А. Электроискровые технологии восстановления и управления деталей машин и инструментов (теория и практика) Саранск. Тип.«Красный Октябрь». 2003 г.46 с.]. В устройстве возможно применение транзисторов для получения сильноточных импульсов до 1800 A.
По сравнению с известным решением предлагаемое устройство позволяет расширить технологические возможности за счет увеличения диапазона и плавности регулирования тока сварочного трансформатора переменного тока с увеличенным магнитным рассеянием.