RU210381U1

RU210381U1 - Device for obtaining nanodispersed powders from conductive materials

Info

Publication number: RU210381U1
Application number: RU2021129816U
Authority: RU
Inventors: Илья Владимирович Романов; Роман Николаевич Задорожний; Вячеслав Александрович Денисов; Виктор Яковлевич Поддубняк
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2022-04-14

Abstract

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения порошков из любых токопроводящих материалов. Устройство для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов содержит реактор электроэрозионного диспергирования 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, силовой блок и блок управления. Силовой блок состоит из однофазного выпрямителя, выход которого соединен с группой разрядных конденсаторов. Устройство снабжено электронными транзисторными ключами, соединенными с электродами. Силовой блок генератора импульсов снабжен датчиком касания и вибрирующим устройством, которые соединены с электродами и блоком управления. Обеспечивается увеличение производительности процесса за счет регулирования электрических параметров импульсов технологического тока. 2 ил.The utility model relates to the field of powder metallurgy, in particular to devices for producing powders from any conductive materials. The device for obtaining nanodispersed powders from conductive materials contains an electroerosive dispersion reactor for conductive materials loaded into it and a working fluid, two electrodes and a pulse generator assembled according to a single-link circuit with buffer capacitors from a DC voltage source and containing a power supply unit, a power unit and a control unit. The power block consists of a single-phase rectifier, the output of which is connected to a group of discharge capacitors. The device is equipped with electronic transistor switches connected to the electrodes. The power block of the pulse generator is equipped with a touch sensor and a vibrating device, which are connected to the electrodes and the control unit. An increase in process productivity is provided by regulating the electrical parameters of process current pulses. 2 ill.

Description

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.The utility model relates to the field of powder metallurgy, in particular to methods and devices for producing powders from any conductive materials, including their waste, by electroerosive dispersion (EED) for their subsequent use in technologies for restoring and hardening parts of various equipment.

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).The EED process is the destruction of a conductive material as a result of local action of short-term electrical discharges between the electrodes. For the practical implementation of the EED process, current pulses with a certain amplitude and frequency must pass through the interelectrode gap (IEG), separated by intervals during which there is no current between the electrodes. The formation of electrical energy pulses supplied to the MEP occurs with the help of special pulse generators (PG).

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.A known method for producing metal powders (USSR author's certificate No. 782962, IPC B22F 9/14, 1980), the principle of which is to initiate an electric arc in the interelectrode gap using a pulse generated by a welding current rectifier. The process is carried out at a constant interelectrode gap, and the electrodes are also rotated for uniform erosion. Erosion products are carried away from the gap by the working fluid flow.

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.The known method has a number of disadvantages, namely: a complex design using a large number of mechanical parts, the loss of the resulting material in the flow of the working fluid, low productivity due to the use of a stationary electric arc without pauses, which, in terms of its energy characteristics, is close to welding and unsuitable for electroerosive dispersion.

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.A device is known for producing a powder of electrically conductive material by electroerosive dispersion in a liquid inert medium (patent RU No. 2545976 C2, IPC B22F 9/14, 2013). The device contains a reactor made of a dielectric material with a mesh bottom connected to an electrical system with an electrical pulse generator. In this case, the device also contains an additional mesh bottom and an oscillatory system that provides vibration of the dispersed material. The device is configured to control the level of the liquid inert medium in the reactor, the vibration of the oscillatory system, and the frequency and length of the voltage and current pulses in the electrical system by means of numerical control.

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.The disadvantage of the known design is the absence of a stable high-power pulsed current with adjustable parameters, as well as an extra mechanical element, such as a vibrating pan, which, although it improves the process performance, complicates the entire circuit.

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.A device for electroerosive dispersion of metals is known (patent RU No. 2614860 C1, IPC B22F 9/00, B22F 9/14, 2015 ), which contains a vessel made of a dielectric material with a lid and a hole in the lower part for supplying the working fluid, placed inside the vessel an additional mesh bottom, electrodes brought inside the vessel and connected to an electric pulse generator, characterized in that the electrodes have a cylindrical shape and are subjected to rotational-translational motion in the direction of the internal volume of the vessel.

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.A disadvantage of the known device is that it is necessary to manufacture electrodes with certain geometric parameters and complicate the design with mechanical elements for rotating these electrodes. Also, the circuit diagram of the pulse generator and the technological parameters of its operation are not described, which make it possible to ensure the specific performance of the installation and the dispersion of the resulting powder.

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.The closest to the claimed utility model can be considered an installation for implementing the method of electroerosive dispersion in accordance with patent RU 2449859 C2, IPC B22F 9/14, B23H 1/02, B82Y 40/00, 2010, consisting of an electroerosive dispersion reactor for the conductive materials loaded into it. materials, voltage regulator and pulse generator. The pulse generator is assembled according to a single-link circuit with a resonant charge of the working capacitive storage from a constant voltage source and contains a power unit and a control unit. The setting allows only two parameters of process current pulses to be changed. This negatively affects performance and efficiency. The thermal theory of electrical erosion states that the productivity of the electrical erosion destruction of the material is proportional, within certain limits, to the power of the electric current introduced into the working zone. Therefore, an essential condition for the normal process of electroerosive dispersion is the need to maintain a stable pulsed current of high power with certain parameters that depend on the dispersion of a particular material. In the prototype, the change in the parameters of the technological current pulses is associated only with the amplitude and repetition rate, which is explained by the use of obsolete discharge thyristor switches. When dispersing materials with a high melting point (tungsten, titanium, etc.), changing these parameters is not enough, because in the process of destruction of a unit surface area, it is necessary to heat the material to very high temperatures, which can be achieved not only due to the amplitude, but also the duration, as well as the shape of the process current discharge pulse.

Негативным является и то, что неподвижность электродов в процессе работы может приводить к залипанию, спайке и коротким замыканиям, что также снижает производительность установки.It is also negative that the immobility of the electrodes during operation can lead to sticking, soldering and short circuits, which also reduces the productivity of the installation.

Технической задачей полезной модели является повышение производительности процесса и КПД путем совершенствования технологии получения нанодисперсных порошков, обеспечивающей прогнозирование размера частиц диспергируемого материала.The technical objective of the utility model is to increase the productivity of the process and efficiency by improving the technology for obtaining nanodispersed powders, which provides prediction of the particle size of the dispersed material.

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.The stated technical problem is achieved by the fact that the device for obtaining nanodispersed powders from conductive materials, containing a dielectric reactor for the conductive materials loaded into it and the working fluid, two electrodes and a pulse generator assembled according to a single-link circuit with buffer capacitors from a DC voltage source and containing a power supply unit and a control unit, according to the utility model, it is equipped with electronic transistor switches connected to the electrodes, and the pulse generator is equipped with a touch sensor and a vibrating device, which are connected to the electrodes and the control unit.

Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

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.In FIG. 1 shows a block diagram of a device for obtaining nanodispersed powders from conductive materials; in fig. 2 shows the oscillogram of the voltage on the vibrator coil and the process current pulse across the discharge gap.

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.A device for obtaining nanodispersed powders from conductive materials consists of a power supply unit 1, buffer capacitors 2, which are connected to a circuit 3 that distributes the accumulated energy to discharge capacitors 4, electronic transistor switches 5, which make it possible to discharge groups of capacitors 4 in turn at the moment of formation of the discharge current supplied on the electrodes 9, a vibrating device 6 connected to the control unit 8 and electrodes 9, the control unit 8 with a tunable master oscillator (not shown in the figure) for controlling the vibrator 6 and electronic keys 5, the touch sensor 7, which is triggered when the electrodes 9 touch the surface of the dispersible material that sends a signal to the control unit 8, a dielectric reactor 10 loaded into it with scrap metal and working fluid. Discharge capacitors 4 are connected in parallel and combined into groups.

Блок питания 1 связан с блоком управления 8 и буферными конденсаторами 2, предназначенными для накапливания энергии, поступающей из сети через блок питания 1.The power supply 1 is connected to the control unit 8 and buffer capacitors 2, designed to accumulate energy coming from the network through the power supply 1.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

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 материалаAfter turning on the power supply 1, the operating modes are set on the control unit 8, namely the frequency and amplitude of vibration of the device 6 with fixed electrodes, the repetition rate, the duration and amplitude of the discharge current pulses, the voltage on the electrodes 9. These modes are selected experimentally, based on the characteristics of the technological process dispersion of a specific material

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.The power supply unit 1 charges the buffer capacitors 2, then through circuit 3 the accumulated energy is partially distributed to the discharge capacitors 4. The number of discharge capacitors 4 and their capacity is calculated based on the power consumption of the device. The vibrating device 6 is installed in the dielectric reactor 10 with metal scrap and working fluid loaded into it and has a contact connection with one of the poles of the power supply 1 through the control unit 8. At the moment the electrode 9 touches the surface of the dispersed material, the touch sensor 7 sends a signal to the control unit 8 , which, according to a given program, includes a vibrating device 6 and electronic keys 5. They, in turn, are connected to electrodes 9 installed on a vibrating device 6. Groups of capacitors 4 are discharged in turn. Thus, a process current impulse is formed. At the moment of passage of the discharge current, the operation of the vibrator 6 stops. After the discharge of the capacitors 4, the switches 5 are automatically closed, and the circuit 3 for charging the discharge capacitors 4 and the vibrating device 6 are switched on. can be adjusted.

Использование полезной модели позволит увеличить производительность и КПД.The use of a utility model will increase productivity and efficiency.

Claims

A device for obtaining nanodispersed powders from conductive materials, containing an electroerosive dispersion reactor for conducting conductive materials and a working fluid loaded into it, two electrodes and a pulse generator assembled according to a single-link circuit with buffer capacitors from a DC voltage source and containing a power supply unit, a power unit and a control unit , moreover, the power unit consists of a single-phase rectifier, the output of which is connected to a group of discharge capacitors, characterized in that it is equipped with electronic transistor switches connected to the electrodes, and the power unit of the pulse generator is equipped with a touch sensor and a vibrating device that are connected to the electrodes and the control unit .