RU2126841C1

RU2126841C1 - Apparatus for treating surface of parts, its variants

Info

Publication number: RU2126841C1
Application number: RU94017799A
Authority: RU
Inventors: В.А. Катулин; В.Н. Нетемин; А.Л. Петров
Original assignee: Самарский филиал Физического института им.П.Н.Лебедева РАН
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1999-02-27

Abstract

FIELD: heat treatment of materials. SUBSTANCE: apparatus for treating surface of parts includes optical-range irradiator and pulse type electric power source. Irradiator is in the form of electrodes connected with pulse current source; electrodes are connected by means of one current conductive wire or filament starting initial duct of discharge. In one variant irradiator is provided with laser, at least one electrode has opening. Laser is arranged in such a way that optical axis of its irradiation is coaxial relative to electrode opening and directed along straight line connecting electrodes with possibility of starting initial duct of discharge. In other variant apparatus includes unit for generating high radio frequency electromagnetic field, irradiator has insulating plate contacting with both electrodes. EFFECT: enhanced heat treatment at effective use of initially stored energy.

Description

Изобретение относится к термической обработке материалов. Известна термическая обработка металлов в печах (С.Н. Полевой, В.Д.Евдокимов, "Упрочнение металлов", М., "Машиностроение", 1986, стр.9-24). The invention relates to heat treatment of materials. Known heat treatment of metals in furnaces (S. N. Polevoy, V. D. Evdokimov, "Hardening of metals", M., "Engineering", 1986, pp. 9-24).

Для такой обработки характерна большая энергоемкость и малая эффективность, поскольку прогревается весь объем деталей, а также значительная длительность процесса термообработки. Such processing is characterized by high energy intensity and low efficiency, since the entire volume of the parts is warmed up, as well as the considerable duration of the heat treatment process.

Известна термическая обработка материалов с использованием лазерного излучения (Р. В.Арутюнян, В.Ю.Баранов, Л.А.Большов, Д.Д.Малюта, А.Ю.Себрант "Воздействие лазерного излучения на материалы", М., "Наука", 1989, стр. 138-184). Known heat treatment of materials using laser radiation (R. V. Harutyunyan, V. Yu. Baranov, L. A. Bolshov, D. D. Malyuta, A. Yu. Sebrant "The effect of laser radiation on materials", M., " Science, 1989, pp. 138-184).

Это оборудование является сложным и требует высококвалифицированного обслуживания. Кроме того, поскольку КПД лазера низок, то значительны потери начального запаса энергии. This equipment is sophisticated and requires highly qualified service. In addition, since the efficiency of the laser is low, significant losses of the initial energy supply are significant.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для термической обработки поверхности изделий по авторскому свидетельству СССР N 1668418, C 21 D 1/09, 1991 г. Closest to the claimed invention is a device for heat treatment of the surface of products according to the copyright certificate of the USSR N 1668418, C 21 D 1/09, 1991

Устройство для обработки поверхности деталей содержит импульсный источник тока и излучатель в виде светопрозрачной колбы заполненной ксеноном с электродами, подключенными к источнику тока посредством подводящих проводов. A device for surface treatment of parts contains a pulsed current source and an emitter in the form of a translucent bulb filled with xenon with electrodes connected to the current source through the lead wires.

Ресурс светопрозрачной колбы низок, при этом сложно обеспечить стабильность технологических параметров термообработки при переходе от одного обрабатываемого изделия к другому. Осколки от разрушаемой колбы, выполненной из кварцевого стекла, наносят ударное воздействие на термообрабатываемое изделие и могут нанести ему нежелательные повреждения. Кроме того, использование светопрозрачной колбы ограничивает величину энерговклада, которая необходима для термообработки. The resource of a translucent flask is low, while it is difficult to ensure the stability of the technological parameters of heat treatment during the transition from one processed product to another. Fragments from a destructible flask made of quartz glass strike an impact on a heat-treated product and may cause undesirable damage to it. In addition, the use of a translucent flask limits the amount of energy input that is necessary for heat treatment.

Задачей изобретения является - обеспечение стабильного качества термической обработки изделий и расширение технологических возможностей устройства. The objective of the invention is to ensure stable quality of heat treatment of products and the expansion of technological capabilities of the device.

Это достигается тем, что в устройстве для обработки поверхности деталей, содержащем импульсный источник тока и излучатель, имеющий электроды, подключенные к источнику тока посредством подводящих проводов, излучатель выполнен с по крайней мере одной токопроводящей проволокой или нитью, соединяющей электроды и инициирующей первоначальный канал разряда. This is achieved by the fact that in the device for surface treatment of parts containing a pulsed current source and an emitter having electrodes connected to the current source via lead wires, the emitter is made with at least one conductive wire or thread connecting the electrodes and initiating the initial discharge channel.

Для исключения электрического пробоя устройство может быть снабжено установленной между проводами и электродами изолирующей прокладкой. To exclude electrical breakdown, the device can be equipped with an insulating gasket installed between the wires and electrodes.

Кроме того, в устройстве для обработки поверхности деталей, содержащем импульсный источник тока и излучатель, имеющим электроды, подключенные к источнику тока посредством подводящих проводов, излучатель выполнен с лазером, по крайней мере один электрод имеет отверстие, при этом лазер установлен так, что его оптическая ось излучения размещена соосно отверстию в электроде и по прямой линии, соединяющей электроды с возможностью инициирования первоначального канала разряда. In addition, in the device for surface treatment of parts containing a pulsed current source and an emitter having electrodes connected to the current source by means of lead wires, the emitter is made with a laser, at least one electrode has an opening, and the laser is mounted so that its optical the radiation axis is placed coaxially with the hole in the electrode and in a straight line connecting the electrodes with the possibility of initiating the initial discharge channel.

А также, в устройстве для обработки поверхности деталей, содержащем импульсный источник тока, излучатель, имеющем электроды, подключенные к источнику тока посредством подводящих проводов, устройство снабжено блоком высокочастотного электромагнитного поля радиодиапазона, излучатель выполнен с изолирующей пластиной контактирующей с обоими электродами. And also, in a device for surface treatment of parts containing a pulsed current source, an emitter having electrodes connected to a current source through lead wires, the device is equipped with a high-frequency electromagnetic field of the radio range, the emitter is made with an insulating plate in contact with both electrodes.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для обработки поверхности деталей с использованием токопроводящей проволоки или нити инициирующей первоначальный канал разряда. In FIG. 1 schematically shows a device for surface treatment of parts using a conductive wire or thread initiating the initial discharge channel.

На фиг. 2 схематично изображено устройство для обработки поверхности деталей с расположением электродов и подводящих проводов снижающем механические деформации, обусловленные действием импульсного магнитного поля на обрабатываемую деталь. In FIG. 2 schematically shows a device for surface treatment of parts with an arrangement of electrodes and lead wires that reduces mechanical deformation due to the action of a pulsed magnetic field on the workpiece.

На фиг. 3 схематично изображено устройство для обработки поверхностей деталей содержащее лазер, излучение которого инициирует первоначальный канал разряда. In FIG. 3 schematically shows a device for surface treatment of parts containing a laser, the radiation of which initiates the initial discharge channel.

На фиг. 4 схематично изображено устройство для обработки поверхности деталей включающее блок, обеспечивающий радиочастотный импульс электромагнитного поля для инициирования разряда между электродами. In FIG. 4 schematically shows a device for surface treatment of parts comprising a unit providing a radio frequency pulse of an electromagnetic field to initiate a discharge between electrodes.

Устройство для обработки поверхности деталей с использованием токопроводящей проволоки или нити (фиг. 1) включает импульсный источник тока 1 с коммутирующим элементом, например, разрядником 2, подводящие провода 3, электроды 4, токопроводящую проволоку или нить 5. Обрабатываемая деталь на фиг. 1 показана позицией 6. Для повышения концентрации света на поверхности детали может быть использован конденсор света 7, а при необходимости падающее на деталь излучение может быть отфильтровано спектральным фильтром 8, который не пропускает к детали вредную для нее часть спектра. A device for surface treatment of parts using a conductive wire or thread (Fig. 1) includes a pulsed current source 1 with a switching element, for example, a spark gap 2, lead wires 3, electrodes 4, conductive wire or thread 5. The workpiece in FIG. 1 is shown at 6. To increase the concentration of light on the surface of the part, a light condenser 7 can be used, and if necessary, the radiation incident on the part can be filtered by a spectral filter 8, which does not allow the part of the spectrum harmful to it to pass to the part.

Устройство работает следующим образом. После срабатывания разрядника 2 источник тока 1 оказывается подключенным к электродам 4. Проволока или нить 5 обеспечивают начальный канал разряда. Между электродами образуется расширяющийся плазменный шнур. Свет этого шнура падает на обрабатываемую деталь 6. The device operates as follows. After operation of the spark gap 2, the current source 1 is connected to the electrodes 4. A wire or thread 5 provides the initial discharge channel. An expanding plasma cord forms between the electrodes. The light of this cord falls on the workpiece 6.

Устройство для обработки поверхности деталей с расположением электродов и подводящих проводов, снижающем механические деформации, обусловленные действием импульсного магнитного поля на обрабатываемую деталь (фиг. 2), включает импульсный источник тока 1 с коммутирующим элементом, например разрядником 2, подводящие провода 3, электроды 4, проволоку или нить 5, между подводящими проводами установлена электроизоляционная прокладка 9. A device for treating the surface of parts with an arrangement of electrodes and lead wires that reduces mechanical deformation caused by the action of a pulsed magnetic field on the workpiece (Fig. 2), includes a pulsed current source 1 with a switching element, for example a spark gap 2, lead wires 3, electrodes 4, wire or thread 5, between the lead wires installed electrical insulation strip 9.

Устройство работает следующим образом. После срабатывания разрядника 2 источник тока 1 оказывается подключенным к электродам 4. Проволока или нить 5 обеспечивают начальный канал разряда. Между электродами образуется расширяющийся плазменный шнур. Свет этого шнура падает на обрабатываемую деталь. Поскольку в области электродов токи проводов и канала разряда расположены близко и магнитные их поля противоположно направлены, результирующее поле, воздействующее на обрабатываемую деталь 6, значительно уменьшается, что позволяет обрабатывать тонкостенные и хрупкие детали. The device operates as follows. After operation of the spark gap 2, the current source 1 is connected to the electrodes 4. A wire or thread 5 provides the initial discharge channel. An expanding plasma cord forms between the electrodes. The light of this cord falls on the workpiece. Since the currents of the wires and the discharge channel are close in the electrode region and their magnetic fields are oppositely directed, the resulting field acting on the workpiece 6 is significantly reduced, which allows the processing of thin-walled and brittle parts.

Устройство для обработки поверхности деталей (фиг. 3), содержащее лазер, излучение которого инициирует первоначальный канал разряда, включает импульсный источник тока 1, например конденсаторную батарею, подводящие провода 2, электроды 3 и 4, в одном из электродов выполнено отверстие, импульсный лазер 5. Обрабатываемая деталь на фиг. 3 показана позицией 6. Наличие коммутирующего элемента в источнике тока 1 в этом случае необязательно. A device for surface treatment of parts (Fig. 3), containing a laser whose radiation initiates the initial discharge channel, includes a pulsed current source 1, for example, a capacitor bank, lead wires 2, electrodes 3 and 4, an opening is made in one of the electrodes, a pulsed laser 5 The workpiece in FIG. 3 is shown at 6. The presence of a switching element in the current source 1 is optional in this case.

Устройство работает следующим образом. Импульсное излучение лазера 5 проходит через отверстие в электроде 4 и инициирует оптический пробой между электродами. Плазма, которая образуется при этом, служит инициатором первоначального канала разряда для источника импульсного тока. Между электродами образуется расширяющийся плазменный шнур. Свет этого шнура падает на обрабатываемую деталь 6. The device operates as follows. The pulse radiation of the laser 5 passes through the hole in the electrode 4 and initiates an optical breakdown between the electrodes. The plasma that is formed in this case serves as the initiator of the initial discharge channel for the pulse current source. An expanding plasma cord forms between the electrodes. The light of this cord falls on the workpiece 6.

Устройство для обработки поверхности деталей с радиочастотным инициированием (фиг. 4) включает импульсный источник тока, например конденсаторную батарею, подводящие провода 2, электроды 3, изолирующую пластину 4, кабель для подвода высокочастотного электромагнитного поля радиодиапазона 5 от блока высокочастотного диапазона (4 не показан). Обрабатываемая деталь на фиг. 4 показана позицией 6. A device for surface treatment of parts with radio-frequency initiation (Fig. 4) includes a pulsed current source, for example, a capacitor bank, lead wires 2, electrodes 3, an insulating plate 4, a cable for supplying a high-frequency electromagnetic field of radio frequency 5 from a high-frequency range unit (4 not shown) . The workpiece in FIG. 4 is shown at 6.

Устройство работает следующим образом. При подаче импульса на деталь 5 между электродами 3 наводятся токи смещения, что приводит к падению электрической прочности межэлектродного пространства, и происходит разряд между электродами конденсаторной батареи 1. Между электродами образуется расширяющийся плазменный шнур. Свет этого шнура падает на обрабатываемую деталь 6. The device operates as follows. When a pulse is applied to the part 5, bias currents are induced between the electrodes 3, which leads to a decrease in the electric strength of the interelectrode space, and a discharge occurs between the electrodes of the capacitor bank 1. An expanding plasma cord is formed between the electrodes. The light of this cord falls on the workpiece 6.

Заявляемое устройство позволяет обеспечить стабильное повторение технологических параметров поверхностной обработки деталей от одного цикла к другому, от одной детали к другой; создает возможность выбирать и регулировать технологические параметры поверхностной обработки, точно регулировать и дозировать необходимый энерговклад в процессе осуществления технологического процесса. The inventive device allows for a stable repetition of technological parameters of surface treatment of parts from one cycle to another, from one part to another; creates the ability to select and adjust the technological parameters of surface treatment, precisely regulate and meter the required energy input in the process.

Claims

1. A device for surface treatment of parts containing a pulsed current source and a radiator having electrodes connected to a current source by means of lead wires, characterized in that the radiator is made with at least one conductive wire or thread connecting the electrodes and initiating the initial discharge channel.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with an insulating gasket installed between the wires and electrodes to prevent electrical breakdown.

3. A device for surface treatment of parts containing a pulsed current source and an emitter having electrodes connected to a current source via lead wires, characterized in that the emitter is made with a laser, at least one electrode has an opening, and the laser is mounted so that its optical axis of radiation is placed coaxially with the hole in the electrode and in a straight line connecting the electrodes with the possibility of initiating the initial discharge channel.

4. A device for surface treatment of parts containing a pulsed current source, an emitter having electrodes connected to a current source through lead wires, characterized in that the device is equipped with a high-frequency electromagnetic field of the radio frequency range, the emitter is made with an insulating plate in contact with both electrodes.