Устройство для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, в частности к способам и устройствам для получения порошков из любых токопроводящих материалов, в том числе и их отходов, методом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) для последующего их использования в технологиях восстановления и упрочнения деталей различной техники.
Процесс ЭЭД представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами. 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).
Известен способ получения металлических порошков (авторское свидетельство СССР №782962, МПК B22F 9/14, 1980), принцип которого заключается в возбуждении электрической дуги в межэлектродном зазоре с помощью импульса, формируемого сварочным выпрямителем тока. Процесс осуществляется при постоянном межэлектродном зазоре, а также происходит вращение электродов для равномерной эрозии. Продукты эрозии уносятся из зазора потоком рабочей жидкости.
Известный способ имеет ряд недостатков, а именно: сложная конструкция с применением большого количества механических частей, потеря получаемого материала в потоке рабочей жидкости, низкая производительность из-за применения стационарной электрической дуги без пауз, которая по своим энергетическими характеристикам близка к сварочной и непригодна для электроэрозионного диспергирования.
Известно устройство для получения порошка электропроводного материала электроэрозионным диспергированием в жидкой инертной среде (патент RU № 2545976 C2, МПК B22F 9/14, 2013). Устройство содержит реактор из диэлектрического материала с сетчатым дном, подключенным к электрической системе с генератором электрических импульсов. При этом устройство также содержит дополнительное сетчатое дно и колебательную систему, обеспечивающую вибрацию диспергируемого материала. Устройство выполнено с возможностью контроля уровня жидкой инертной среды в реакторе, вибрации колебательной системы и частоты и длины импульсов напряжения и силы тока в электрической системе посредством числового программного управления.
Недостатком известной конструкции является отсутствие стабильного импульсного тока большой мощности с регулируемыми параметрами, а также лишний механический элемент, такой как вибрирующий поддон, который хоть и улучшает технологические показатели процесса, но усложняет всю схему.
Известно устройство для электроэрозионного диспергирования металлов (патент RU № 2614860 C1, МПК B22F 9/00, B22F 9/14, 2015 ), которое содержит сосуд из диэлектрического материала с крышкой и отверстием в нижней части для подвода рабочей жидкости, размещенное внутри сосуда дополнительное сетчатое днище, электроды, подведенные внутрь сосуда и подключенные к генератору электрических импульсов, отличающееся тем, что электроды имеют цилиндрическую форму и на них подается вращательно-поступательное движение в направлении внутреннего объема сосуда.
Недостатком известного устройства является то, что необходимо изготавливать электроды с определенными геометрическими параметрами и усложнять конструкцию механическими элементами для вращения этих электродов. Также не описана принципиальна схема генератора импульсов и технологические параметры его работы, позволяющие обеспечивать конкретную производительность установки и дисперсность получаемого порошка.
Наиболее близким к заявленной полезной модели можно считать установку по осуществлению способа электроэрозионного диспергирования в соответствии с патентом RU 2449859 C2, МПК B22F 9/14, B23H 1/02, B82Y 40/00, 2010, состоящую из реактора электроэрозионного диспергирования для загружаемых в него токопроводящих материалов, регулятора напряжения и генератора импульсов. Генератор импульсов собран по однозвенной схеме с резонансным зарядом рабочего емкостного накопителя от источника постоянного напряжения и содержит силовой блок и блок управления. Установка позволяет изменять только два параметра импульсов технологического тока. Это негативно сказывается на производительности и КПД. Тепловая теория электрической эрозии гласит, что производительность электроэрозионного разрушения материала пропорциональна, в определенных пределах, вводимой в рабочую зону мощности электрического тока. Поэтому существенным условием нормального процесса электроэрозионного диспергирования является необходимость поддерживать стабильный импульсный ток большой мощности с определенными параметрами, которые зависят от диспергирования конкретного материала. В прототипе изменение параметров импульсов технологического тока связано только с амплитудой и частотой следования, что объясняется применением морально устаревших разрядных тиристорных коммутаторов. При осуществлении диспергирования материалов с высокой температурой плавления (вольфрам, титан и др.) изменения этих параметров недостаточно, т.к. в процессе разрушения единичной площади поверхности необходимо нагревать материал до очень высоких температур, которые можно достигнуть не только за счет амплитуды, но и длительности, а также формы разрядного импульса технологического тока.
Негативным является и то, что неподвижность электродов в процессе работы может приводить к залипанию, спайке и коротким замыканиям, что также снижает производительность установки.
Технической задачей полезной модели является повышение производительности процесса и КПД путем совершенствования технологии получения нанодисперсных порошков, обеспечивающей прогнозирование размера частиц диспергируемого материала.
Поставленная техническая задача достигается тем, что устройство для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов, содержащее диэлектрический реактор для загружаемых в него токопроводящих материалов и рабочей жидкости, два электрода и генератор импульсов, собранный по однозвенной схеме с буферными конденсаторами от источника постоянного напряжения и содержащий блок питания и блок управления, согласно полезной модели, оно снабжено электронными транзисторными ключами, соединенными с электродами, а генератор импульсов снабжен датчиком касания и вибрирующим устройством, которые соединены с электродами и блоком управления.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов; на фиг. 2 представлена осциллограмма напряжения на катушке вибратора и импульс технологического тока на разрядном промежутке.
Устройство для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов состоит из блока питания 1, буферных конденсаторов 2, которые связаны со схемой 3, распределяющей накопленную энергию в разрядные конденсаторы 4, электронных транзисторных ключей 5, позволяющих поочередно разряжать группы конденсаторов 4 в момент формирования разрядного тока, подающегося на электроды 9, вибрирующего устройства 6, связанного с блоком управления 8 и электродами 9, блока управления 8 с перестраиваемым задающим генератором (на фигуре не показан) для управления вибратором 6 и электронными ключами 5, датчика касания 7, срабатывающего при касании электродов 9 поверхности диспергируемого материала, подающего сигнал на блок управления 8, диэлектрического реактора 10 с загружаемым в него металлическим ломом и рабочей жидкостью. Разрядные конденсаторы 4 соединены параллельно и объединены в группы.
Блок питания 1 связан с блоком управления 8 и буферными конденсаторами 2, предназначенными для накапливания энергии, поступающей из сети через блок питания 1.
Устройство работает следующим образом.
После включения блока питания 1 устанавливаются режимы работы на блоке управления 8, а именно частота и амплитуда вибрации устройства 6 с закрепленными электродами, частота следования, длительность и амплитуда разрядных импульсов тока, напряжение на электродах 9. Эти режимы подбираются экспериментально, исходя из особенностей технологического процесса диспергирования конкретного материала
Блок питания 1 заряжает буферные конденсаторы 2, далее через схему 3 происходит частичное распределение накопленной энергии в разрядные конденсаторы 4. Количество разрядных конденсаторов 4 и их емкость рассчитывается исходя из потребляемой мощности устройства. Вибрирующее устройство 6 установлено в диэлектрическом реакторе 10 с загруженными в него металлическим ломом и рабочей жидкостью и имеет контактное соединение с одним из полюсов блока питания 1 через блок управления 8. В момент касания электрода 9 поверхности диспергируемого материала датчик касания 7 подает сигнал на блок управления 8, который по заданной программе включает вибрирующее устройство 6 и электронные ключи 5. Они, в свою очередь, соединены с электродами 9, установленными на вибрирующем устройстве 6. Группы конденсаторов 4 разряжаются поочередно. Таким образом, формируется импульс технологического тока. В момент прохождения разрядного тока работа вибратора 6 прекращается. После окончания разрядки конденсаторов 4 ключи 5 автоматически закрываются, и включается схема 3 заряда разрядных конденсаторов 4 и вибрирующее устройство 6. Такой принцип работы позволяет получать импульсы технологического тока до 1000 А большой длительности (порядка 1-30 мс), форму, амплитуду и частоту которых можно регулировать.
Использование полезной модели позволит увеличить производительность и КПД.