RU2422560C1

RU2422560C1 - Device for micro-arc oxidation of metals and their alloys

Info

Publication number: RU2422560C1
Application number: RU2009139712/02A
Authority: RU
Inventors: Лидия Игоревна Чубраева (RU); Лидия Игоревна Чубраева; Александр Александрович Мартынов (RU); Александр Александрович Мартынов; Евгений Николаевич Андреев (RU); Евгений Николаевич Андреев; Алексей Руфимович Орлов (RU); Алексей Руфимович Орлов; Николай Васильевич Антоновский (RU); Николай Васильевич Антоновский
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-06-27
Also published as: RU2009139712A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: here is disclosed device consisting of power source connected to secondary power source, and of bath for electrolyte, case of which is connected with oxidised part via successively connected voltage sensor and current sensor. Further, the device consists of a control machine on base of personal computer and of a step-up transformer. Additionally, the device consists of a thyristor voltage converter, of system of pulse-phase control, of driver unit, of the first and the second analogue-digital converters, of a manual control panel, of a micro-controller, of a remote control panel, of successively connected the first rectifier, the first filter, the first pulse voltage converter and operation mode switch, and also, successively connected the second rectifier, the second filter and the second pulse voltage converter.

EFFECT: extended assortment of treated materials and versatility of process of treatment for various metals and their alloys.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к оборудованию для электролитической обработки поверхности металлов и их сплавов, и может быть использовано в машиностроении, авиационной, космической, военной, химической, ювелирной, радиоэлектронной промышленности, медицине, в ремонтном производстве для повышения коррозионной и износостойкости, теплостойкости, получения электроизоляционных и декоративных покрытий, упрочнения и восстановления деталей металлопокрытиями.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to equipment for electrolytic surface treatment of metals and their alloys, and can be used in mechanical engineering, aviation, space, military, chemical, jewelry, electronic industries, medicine, in repair production to increase corrosion and wear resistance, heat resistance, obtaining electrical insulating and decorative coatings, hardening and restoration of parts by metal coatings.

Известно «Устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов» (патент RU №2248416 С1, МПК 7 C25D 21/12, C25D 11/02. 2005), содержащее два блока конденсаторов, первые обкладки которых подсоединены к первой клемме источника питания, два управляемых ключа, первые выводы каждого из которых соединены со вторыми обкладками соответственно первого и второго блоков конденсаторов, две ванны с электролитом, одна из которых токоподводом детали, а другая корпусом соединены со вторыми выводами соответственно первого и второго ключей, а токоподвод детали второй ванны подсоединен ко второй клемме источника питания, и схему управления, нагруженную на управляемые ключи, третий блок конденсаторов и два управляемых ключа, первые выводы которых соединены между собой и с одной из обкладок третьего блока конденсаторов, а вторые соответственно - с токоподводом детали первой и корпусом второй ванн, при этом вторые обкладки третьего блока конденсаторов и корпус первой ванны подсоединены соответственно к первой и второй клеммам источника питания.It is known "Device for microarc oxidation of metals and their alloys" (patent RU No. 2248416 C1, IPC 7 C25D 21/12, C25D 11/02. 2005), containing two blocks of capacitors, the first plates of which are connected to the first terminal of the power source, two controlled key, the first conclusions of each of which are connected to the second plates of the first and second capacitor blocks, respectively, two baths with electrolyte, one of which is connected to the current supply of the part, and the other is connected to the second terminals of the first and second keys, respectively, and the current supply of the part the second bath is connected to the second terminal of the power source, and the control circuit loaded on the controlled keys, the third block of capacitors and two controlled keys, the first conclusions of which are connected to each other and to one of the plates of the third block of capacitors, and the second, respectively, with the current supply of the first and the housing of the second bath, while the second plates of the third block of capacitors and the housing of the first bath are connected respectively to the first and second terminals of the power source.

Недостатком известного устройства является жесткая зависимость частоты следования импульсов напряжения, подаваемого на оксидируемую деталь, и частоты смены режимов от частоты напряжения питающей сети.A disadvantage of the known device is the rigid dependence of the pulse repetition rate of the voltage supplied to the oxidizable part, and the frequency of the change of modes from the frequency of the supply voltage.

Недостаток вызван тем, что устройство напрямую подключается к питающей сети, из-за чего на оксидируемую деталь подаются импульсы напряжения с частотой, равной частоте напряжения питающей сети.The disadvantage is caused by the fact that the device is directly connected to the supply network, which is why voltage pulses are applied to the oxidized part with a frequency equal to the frequency of the supply network voltage.

Известно «Устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов» (патент RU №2083731 С1, МПК 6 C25D 11/02, C25D 21/00. 1994), содержащее две клеммы для подключения к сети электропитания, ванну для электролита, корпус которой подсоединен к первой клемме, токоподвод для оксидируемой детали, первый и второй блоки конденсаторов, первый и второй вентили, блок циклирования режимов, а также снабженное несколькими анодными и катодными силовыми модулями и системой управления, входы которой соединены с выходами блока циклирования режимов, при этом каждый силовой модуль состоит из блока конденсаторов, вентиля и двух тиристоров, при этом первая обкладка первого блока конденсаторов подключена к катоду первого тиристора и аноду первого вентиля, первая обкладка второго блока конденсаторов - к аноду второго тиристора и катоду второго вентиля, катод третьего тиристора соединен со второй обкладкой первого блока конденсаторов, анод четвертого тиристора соединен со второй обкладкой первого блока конденсаторов, первый вентиль, первый тиристор, первый блок конденсаторов и третий тиристор образуют катодный силовой модуль, в котором катод первого вентиля является первым контактом, анод первого тиристора - вторым контактом, управляющий электрод первого тиристора - третьим контактом, анод третьего тиристора - четвертым контактом, управляющий электрод третьего тиристора - пятым контактом, катод третьего тиристора - шестым контактом, второй вентиль, второй тиристор, второй блок конденсаторов и четвертый тиристор образуют анодный силовой модуль, в котором анод второго вентиля является первым контактом, катод второго тиристора - вторым контактом, управляющий электрод второго тиристора - третьим контактом, катод четвертого тиристора - четвертым контактом, управляющий электрод четвертого тиристора - пятым контактом, анод четвертого тиристора - шестым контактом, анодные силовые модули образуют анодную группу, катодные силовые модули образуют катодную группу, при этом в каждой группе шестой контакт предыдущего начиная с первого модуля соединен со вторым контактом следующего за ним модуля, кроме последнего в группе модуля, шестой контакт которого соединен с первой клеммой, вторые контакты первых модулей соединены с токоподводом для оксидируемой детали, первые контакты всех модулей соединены со второй клеммой, четвертые контакты - с первой клеммой, третьи контакты катодной группы соединены с первым выходом системы управления, пятые контакты - со вторым выходом, третьи контакты анодной группы - с третьим выходом, пятые контакты - с четвертым выходом.It is known "Device for microarc oxidation of metals and their alloys" (patent RU No. 2083731 C1, IPC 6 C25D 11/02, C25D 21/00. 1994), containing two terminals for connecting to the power supply, an electrolyte bath, the body of which is connected to the first terminal, the current lead for the oxidizable part, the first and second capacitor blocks, the first and second valves, the mode cycling unit, and also equipped with several anode and cathode power modules and a control system, the inputs of which are connected to the outputs of the mode cycling unit, each the power module consists of a capacitor block, a valve and two thyristors, with the first lining of the first capacitor block connected to the cathode of the first thyristor and the anode of the first valve, the first lining of the second capacitor block connected to the anode of the second thyristor and the cathode of the second valve, the cathode of the third thyristor the lining of the first block of capacitors, the anode of the fourth thyristor is connected to the second lining of the first block of capacitors, the first valve, the first thyristor, the first block of capacitors and the third thyristor form t is the cathode power module, in which the cathode of the first gate is the first contact, the anode of the first thyristor is the second contact, the control electrode of the first thyristor is the third contact, the anode of the third thyristor is the fourth contact, the control electrode of the third thyristor is the fifth contact, the cathode of the third thyristor is the sixth contact , the second valve, the second thyristor, the second block of capacitors and the fourth thyristor form an anode power module, in which the anode of the second valve is the first contact, the cathode of the second thyristor is the second contact, the control electrode of the second thyristor - the third contact, the cathode of the fourth thyristor - the fourth contact, the control electrode of the fourth thyristor - the fifth contact, the anode of the fourth thyristor - the sixth contact, the anode power modules form the anode group, the cathode power modules form the cathode group, with each group the sixth contact of the previous one starting from the first module is connected to the second contact of the module following it, except for the last in the group of the module, the sixth contact of which is connected to the first terminal, the second contacts of the first modules are connected to the current supply for the oxidizable part, the first contacts of all modules are connected to the second terminal, the fourth contacts to the first terminal, the third contacts of the cathode group are connected to the first output of the control system, the fifth contacts to the second output, the third contacts of the anode group are with the third output, fifth contacts - with the fourth output.

Недостатками известного устройства являются необходимость аппаратного вмешательства для регулирования в широких пределах напряжения, подаваемого на оксидируемую деталь, жесткая зависимость частоты следования импульсов напряжения, подаваемого на оксидируемую деталь, и частоты смены режимов от частоты напряжения питающей сети.The disadvantages of the known device are the need for hardware intervention to control over a wide range of the voltage supplied to the oxidized part, the strict dependence of the frequency of the pulse repetition of the voltage supplied to the oxidized part, and the frequency of the change of modes on the frequency of the supply voltage.

Недостатки вызваны особенностью конструкции устройства, а именно блочной аппаратной схемой организации анодного и катодного силовых модулей, из-за чего изменение амплитудных значений напряжения, подаваемого на оксидируемую деталь, требует изменения числа силовых модулей, устройство напрямую подключается к питающей сети, из-за чего на оксидируемую деталь подаются импульсы напряжения с частотой, равной частоте напряжения питающей сети.The disadvantages are caused by the design feature of the device, namely, the block hardware diagram of the organization of the anode and cathode power modules, which is why changing the amplitude of the voltage supplied to the oxidizable part requires changing the number of power modules, the device is directly connected to the mains, which is why the oxidized part is supplied with voltage pulses with a frequency equal to the frequency of the supply voltage.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является «Устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов» (патент RU №2181392 С1, МПК 7 C25D 11/00, C25D 11/02. 2002), содержащее источник питания с двумя клеммами, ванну для электролита, корпус которой соединен с первой клеммой источника питания, два вентиля, токоподвод для оксидируемой детали, соединенной со второй клеммой источника питания, а также снабженное управляющей машиной на базе персонального компьютера с периферийными цифроаналоговыми устройствами, а источник питания содержит два повышающих трансформатора, дополнительный вентиль, микроконтроллер управления вентилями, датчик тока, датчик напряжения и датчик импульсов, вторичный источник питания, причем первая клемма источника питания заземлена и соединена через датчик импульсов с двумя повышающими трансформаторами, а вторая клемма источника питания соединена через датчик тока, три управляемых вентиля с двумя повышающими трансформаторами, и, кроме того, датчик напряжения установлен между токоподводом к заземленному корпусу ванны для электролита и токоподводом к детали, микроконтроллер управления соединен со вторичным источником питания и управляющей машиной, а также вентилями и датчиками тока, напряжения и импульсов.Closest to the proposed invention is a "Device for microarc oxidation of metals and their alloys" (patent RU No. 2181392 C1, IPC 7 C25D 11/00, C25D 11/02. 2002), containing a power source with two terminals, a bath for the electrolyte, the housing which is connected to the first terminal of the power source, two valves, a current supply for the oxidizable part connected to the second terminal of the power source, and also equipped with a control machine based on a personal computer with peripheral digital-analog devices, and the power source contains two and step-up transformers, an additional valve, a microcontroller controlling the valves, a current sensor, a voltage sensor and a pulse sensor, a secondary power source, the first terminal of the power source being grounded and connected via a pulse sensor to two step-up transformers, and the second terminal of the power source is connected through a current sensor, three controlled valves with two step-up transformers, and, in addition, a voltage sensor is installed between the current supply to the grounded electrolyte bath body and the current supply m to the workpiece, the control microcontroller is connected to the secondary power supply and the control computer, as well as valves and the current sensors and voltage pulses.

Недостатками известного устройства являются ограниченный диапазон частот следования импульсов напряжения, подаваемого на оксидируемую деталь, жесткая зависимость частоты следования импульсов напряжения, подаваемого на оксидируемую деталь, и частоты смены режимов от частоты напряжения питающей сети.The disadvantages of the known device are the limited frequency range of the voltage pulses supplied to the oxidizable part, the rigid dependence of the frequency of the voltage pulses supplied to the oxidized part, and the frequency of the change of modes on the frequency of the supply voltage.

Недостатки вызваны тем, что устройство напрямую подключается к питающей сети, из-за чего на оксидируемую деталь подаются импульсы напряжения с частотой, равной частоте напряжения питающей сети. Формирование анодного и катодного напряжения осуществляется одним силовым блоком, поэтому при быстрой смене режимов амплитуда напряжения равна сумме амплитуд анодного и катодного напряжения, что обуславливает большие знакопеременные кратковременные нагрузки.The disadvantages are caused by the fact that the device is directly connected to the supply network, due to which voltage pulses are applied to the oxidized part with a frequency equal to the frequency of the supply network voltage. The formation of the anode and cathode voltage is carried out by one power unit, therefore, with a rapid change of modes, the voltage amplitude is equal to the sum of the amplitudes of the anode and cathode voltage, which causes large alternating short-term loads.

Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый объект «Устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов», является реализация независимости частоты следования импульсов напряжения, подаваемого на оксидируемую деталь, и частоты смены режимов от частоты напряжения питающей сети, независимое формирование анодного и катодного напряжений.The main task to be solved by the claimed object “A device for microarc oxidation of metals and their alloys” is the realization of the independence of the frequency of the voltage pulses supplied to the oxidized part, and the frequency of the change of modes from the frequency of the voltage of the supply network, the independent formation of anode and cathode voltages.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является расширение номенклатуры обрабатываемых материалов, универсализация процессов обработки для различных металлов и их сплавов, например алюминия, магния, титана, железоуглеродистых сплавов и др.The technical result achieved by the implementation of the claimed invention is the expansion of the range of processed materials, the universalization of processing processes for various metals and their alloys, for example aluminum, magnesium, titanium, iron-carbon alloys, etc.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов, содержащее источник питания, соединенный со вторичным источником питания, ванну для электролита, корпус которой соединен через последовательно соединенные датчик напряжения и датчик тока с оксидируемой деталью, управляющую машину на базе персонального компьютера, повышающий трансформатор, дополнительно введены тиристорный преобразователь напряжения, система импульсно-фазового управления, блок драйверов, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, пульт ручного управления, микроконтроллер, пульт дистанционного управления, последовательно соединенные первый выпрямитель, первый фильтр, первый импульсный преобразователь напряжения и переключатель режимов работы, а также последовательно соединенные второй выпрямитель, второй фильтр и второй импульсный преобразователь напряжения, причем первый выход повышающего трансформатора соединен с входом первого выпрямителя, второй его выход - со входом второго выпрямителя, а вход повышающего трансформатора - с выходом тиристорного преобразователя напряжения, первый вход которого соединен с источником питания, а второй вход - с выходом системы импульсно-фазового управления, третий вход которой соединен с первым выходом микроконтроллера, второй вход - с выходом пульта ручного управления, а первый вход - с первым выходом вторичного источника питания, второй выход которого соединен с первым входом блока драйверов, а третий выход - с первым входом пульта дистанционного управления, второй вход которого соединен с управляющей машиной на базе персонального компьютера, а выход - с третьим входом микроконтроллера, второй выход которого соединен со вторым входом блока драйверов, первый выход которого соединен со вторым входом первого импульсного преобразователя напряжения, а второй - со вторым входом второго импульсного преобразователя напряжения, выход которого соединен со вторым входом переключателя режимов работы, третий вход которого соединен с третьим выходом блока драйверов, первый выход которого соединен с датчиком тока, а второй - с корпусом ванны для электролита, вход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с датчиком напряжения, а выход - с первым входом микроконтроллера, второй вход которого соединен с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с датчиком тока. Введение новых блоков и связей позволяет регулировать частоту следования анодных и катодных импульсов независимо от частоты питающей сети, что приводит к расширению номенклатуры обрабатываемых деталей.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for microarc oxidation of metals and their alloys, containing a power source connected to a secondary power source, an electrolyte bath, the casing of which is connected through a voltage sensor and a current sensor with an oxidized part, a control machine based on a personal computer, step-up transformer, additionally introduced a thyristor voltage converter, a pulse-phase control system, a driver unit, the first the second analog-to-digital converters, a hand-held control unit, a microcontroller, a remote control, a first rectifier, a first filter, a first pulse voltage converter and a mode switch connected in series, and a second rectifier, a second filter and a second pulse voltage converter connected in series, the first the output of the step-up transformer is connected to the input of the first rectifier, its second output is connected to the input of the second rectifier, and the input of the step-up trans the formatter - with the output of the thyristor voltage converter, the first input of which is connected to the power source, and the second input - with the output of the pulse-phase control system, the third input of which is connected to the first output of the microcontroller, the second input - with the output of the hand control panel, and the first input - with the first output of the secondary power source, the second output of which is connected to the first input of the driver unit, and the third output is with the first input of the remote control, the second input of which is connected to the control machine on a personal computer, and the output is with the third input of the microcontroller, the second output of which is connected to the second input of the driver unit, the first output of which is connected to the second input of the first pulse voltage converter, and the second to the second input of the second pulse voltage converter, the output of which is connected to the second the input of the operating mode switch, the third input of which is connected to the third output of the driver unit, the first output of which is connected to the current sensor, and the second to the electrolyte bath body, the course of the first analog-to-digital converter is connected to the voltage sensor, and the output to the first input of the microcontroller, the second input of which is connected to the output of the second analog-to-digital converter, the input of which is connected to the current sensor. The introduction of new blocks and connections allows you to adjust the repetition rate of the anode and cathode pulses regardless of the frequency of the supply network, which leads to an expansion of the range of processed parts.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного объекта «Устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов», отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».The analysis of the prior art by the applicant has established that there are no analogues that are characterized by sets of features identical to all the features of the claimed object “Device for microarc oxidation of metals and their alloys”, therefore, the claimed invention meets the condition of “novelty”.

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.Search results for known technical solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention from the prototype have shown that they do not follow explicitly from the prior art.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, и изобретение основано на:From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the indicated technical result has not been revealed, and the invention is based on:

- дополнении известного устройства-аналога какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именного этого дополнения;- supplementing the known analogue device with any known part, attached to it according to known rules, in order to achieve a technical result in respect of which the influence of this addition is identified;

- замене какой-либо части устройства аналога другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно этого дополнения;- replacing any part of the analog device with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of this addition is established;

- исключение какой-либо части устройства-аналога с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением обычного для такого исключения результата;- the exclusion of any part of the analog device with the simultaneous exclusion due to its presence of the function and the achievement of the usual result for such exclusion;

- увеличении количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в устройстве именно таких элементов;- increasing the number of elements of the same type to enhance the technical result due to the presence in the device of just such elements;

- выполнении известного устройства-аналога или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;- the implementation of a known analog device or part of a known material to achieve a technical result due to the known properties of the material;

- создание устройства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого устройства и связей между ними;- the creation of a device consisting of known parts, the choice of which and the connection between them are based on known rules, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this device and the connections between them;

- изменении количественного признака (признаков) устройства и предоставлении таких признаков во взаимосвязи либо изменение вида взаимосвязи, если известен факт влияния каждого из них на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, следовательно, заявленное изобретение соответствует «изобретательскому уровню».- a change in the quantitative sign (s) of the device and the provision of such signs in the relationship, or a change in the type of relationship, if the fact of the influence of each of them on the technical result is known, and new values of these signs or their relationship could be obtained on the basis of known dependencies, therefore, the claimed invention corresponds to the "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, на фиг.2 приведены временные диаграммы формирования напряжения, подаваемого на оксидируемую деталь, и введены следующие обозначения:The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a schematic diagram of a device, figure 2 shows the timing diagram of the formation of voltage supplied to the oxidized part, and the following notation is introduced:

1 - источник питания,1 - power source

2 - тиристорный преобразователь напряжения,2 - thyristor voltage converter,

3 - повышающий трансформатор,3 - step-up transformer,

4 - первый выпрямитель,4 - the first rectifier,

5 - первый фильтр,5 - the first filter

6 - первый импульсный преобразователь напряжения,6 - the first pulse voltage Converter,

7 - второй выпрямитель,7 - second rectifier,

8 - второй фильтр,8 - second filter,

9 - второй импульсный преобразователь напряжения,9 - second pulse voltage Converter,

10 - переключатель режимов работы,10 - mode switch,

11 - датчик тока,11 - current sensor,

12 - датчик напряжения,12 - voltage sensor,

13 - ванна для электролита,13 - bath for electrolyte,

14 - электролит,14 - electrolyte,

15 - оксидируемая деталь,15 - oxidizable part,

16 - система импульсно-фазового управления,16 is a pulse phase control system,

17 - блок драйверов,17 - driver block,

18 - первый аналого-цифровой преобразователь,18 is the first analog-to-digital Converter,

19 - второй аналого-цифровой преобразователь,19 is a second analog-to-digital Converter,

20 - вторичный источник питания,20 - secondary power source,

21 - пульт ручного управления,21 - remote control,

22 - микроконтроллер,22 - microcontroller,

23 - пульт дистанционного управления,23 - remote control

24 - управляющая машина на базе персонального компьютера,24 - control machine based on a personal computer,

U₁ - фазовые напряжения первого управляемого выпрямителя,U ₁ - phase voltage of the first controlled rectifier,

U₂ - фазовые напряжения второго управляемого выпрямителя,U ₂ - phase voltage of the second controlled rectifier,

U_map - амплитудное напряжение анодного режима,U _map - the amplitude voltage of the anode mode,

U_mкр - амплитудное напряжение катодного режима,U _mcr is the amplitude voltage of the cathode mode,

U_ИП1 - напряжение на выходе первого импульсного преобразователя,U _IP1 - voltage at the output of the first pulse converter,

U_ИП2 - напряжение на выходе второго импульсного преобразователя,U _IP2 - voltage at the output of the second pulse converter,

Т_А - длительность анодного режима,T _And - the duration of the anode mode,

Т_К - длительность катодного режима,T _To - the duration of the cathode regime,

Т_П - длительность паузы.T _P - the duration of the pause.

Устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов содержит последовательно соединенные источник питания 1, тиристорный преобразователь напряжения 2, повышающий трансформатор 3, первый выпрямитель 4, первый фильтр 5 и первый импульсный преобразователь напряжения 6. Второй выход повышающего трансформатора 3 подключен к последовательно соединенным второму выпрямителю 7, второму фильтру 8, второму импульсному преобразователю напряжения 9 и переключателю режимов работы 10, первый вход которого соединен с выходом первого импульсного преобразователя напряжения 6, первый выход - с датчиком тока 11 и датчиком напряжения 12, а второй - с ванной 13 для электролита 14 и датчиком напряжения 12. В электролит 14 помещена оксидируемая деталь 15, соединенная с датчиком тока 11. Выход системы импульсно-фазового управления 16 соединен со входом тиристорного преобразователя напряжения 2. Первый выход блока драйверов 17 соединен со вторым входом первого импульсного преобразователя напряжения 6, второй выход - со вторым входом второго импульсного преобразователя 9, а третий выход - с третьим входом переключателя режимов работы 10. Вход первого аналого-цифрового преобразователя 18 соединен с выходом датчика напряжения 12, вход второго аналого-цифрового преобразователя 19 - с выходом датчика тока 11. Второй выход вторичного источника питания 20 соединен с первым входом блока драйверов 17, первый выход - с первым входом системы импульсно-фазового управления 16, второй вход которой соединен с выходом пульта ручного управления 21, а третий - с первым выходом микроконтроллера 22, второй выход которого соединен со вторым входом блока драйверов 17, первый вход - с выходом первого аналого-цифрового преобразователя 18, второй вход - с выходом второго аналого-цифрового преобразователя 19, а третий вход - с выходом пульта дистанционного управления 23, первый вход которого соединен с третьим выходом вторичного источника питания 20, а второй вход - с выходом управляющей машины на базе персонального компьютера 24.A device for microarc oxidation of metals and their alloys contains a serially connected power source 1, a thyristor voltage converter 2, a step-up transformer 3, a first rectifier 4, a first filter 5 and a first pulse voltage converter 6. The second output of the step-up transformer 3 is connected to a second rectifier 7 connected in series , the second filter 8, the second pulse voltage Converter 9 and the mode switch 10, the first input of which is connected to the output of the first pulse voltage transformer 6, the first output with a current sensor 11 and a voltage sensor 12, and the second with a bath 13 for electrolyte 14 and a voltage sensor 12. An oxidized part 15 is placed in the electrolyte 14, connected to the current sensor 11. The output of the pulse-phase system control 16 is connected to the input of the thyristor voltage converter 2. The first output of the driver unit 17 is connected to the second input of the first pulse voltage converter 6, the second output to the second input of the second pulse converter 9, and the third output to the third the input of the operating mode switch 10. The input of the first analog-to-digital converter 18 is connected to the output of the voltage sensor 12, the input of the second analog-to-digital converter 19 is connected to the output of the current sensor 11. The second output of the secondary power source 20 is connected to the first input of the driver unit 17, the first output - with the first input of the pulse-phase control system 16, the second input of which is connected to the output of the hand control 21, and the third - with the first output of the microcontroller 22, the second output of which is connected to the second input of the driver unit 17, the first input is with the output of the first analog-to-digital converter 18, the second input is with the output of the second analog-to-digital converter 19, and the third input is with the output of the remote control 23, the first input of which is connected to the third output of the secondary power source 20, and the second input - with the output of the control machine based on a personal computer 24.

В качестве источника питания 1 выступает промышленная сеть.As a power source 1 is an industrial network.

Первый и второй импульсные преобразователи напряжения 6 и 9 представляют из себя транзисторные ключи [1].The first and second pulse voltage converters 6 and 9 are transistor switches [1].

Переключатель режимов работы 10 собран по схеме инвертор напряжения [2].The operating mode switch 10 is assembled according to the voltage inverter circuit [2].

Система импульсно-фазового управления 16 [3].The system of pulse-phase control 16 [3].

Блок драйверов 17 - это завершенные модули управления транзисторами первого и второго импульсных преобразователей напряжения 6 и 9 и переключателя режимов работы 10 [4].The driver block 17 is the completed transistor control modules of the first and second pulse voltage converters 6 and 9 and the operating mode switch 10 [4].

Первый и второй аналого-цифровые преобразователи 18 и 19 [5].The first and second analog-to-digital converters 18 and 19 [5].

Вторичный источник питания [6].Secondary power supply [6].

Микроконтроллер представляет из себя программируемый микрочип.The microcontroller is a programmable microchip.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Управляющая машина на базе персонального компьютера 24 вырабатывает управляющий сигнал и подает его через пульт дистанционного управления 23 на третий вход микроконтроллера 22, который в свою очередь формирует управляющие сигналы, подаваемые на третий вход системы импульсно-фазового управления 16 и второй вход блока драйверов 17. Пульт ручного управления 21 подает управляющие сигналы на второй вход системы импульсно-фазового управления. Тиристорный преобразователь напряжения 2 изменяет амплитуду напряжения, полученного от источника питания 1, в соответствии с управляющим сигналом от системы импульсно-фазового управления 16 и передает измененное напряжение повышающему трансформатору 3. Вторичный источник питания 20 обеспечивает энергией систему импульсно-фазового управления 16, блок драйверов 17 и пульт дистанционного управления 23 от источника питания 1. Первый выпрямитель 4 преобразует переменное трехфазное напряжение, поступающее с первого выхода повышающего трансформатора 3, в пульсирующее выпрямленное анодное напряжение и передает его на вход первого фильтра 5, который сглаживает пульсации выпрямленного анодного напряжения и через выход подает выпрямленное анодное напряжение без пульсаций на первый вход первого импульсного преобразователя напряжения 6, который преобразует его в прямоугольные импульсы анодного напряжения, частота и скважность которых регулируется управляющим сигналом, поступающим на второй вход с первого выхода блока драйверов 17. Второй выпрямитель 7 преобразует переменное трехфазное напряжение, поступающее со второго выхода повышающего трансформатора 3, в пульсирующее выпрямленное катодное напряжение и передает его на вход второго фильтра 8, который сглаживает пульсации выпрямленного катодного напряжения и через выход подает выпрямленное катодное напряжение без пульсаций на первый вход второго импульсного преобразователя напряжения 9, который преобразует его в прямоугольные импульсы катодного напряжения, частота и скважность которых регулируется управляющим сигналом, поступающим на второй вход со второго выхода блока драйверов 17. Таким образом, на первый и второй входы переключателя режимов работы 10 поступают соответственно прямоугольные импульсы анодного напряжения с выхода первого импульсного преобразователя напряжения 6 и прямоугольные импульсы катодного напряжения с выхода второго импульсного преобразователя напряжения 9. Переключатель режимов работы 10 в зависимости от управляющего сигнала, поступающего на третий вход с третьего выхода блока драйверов 17, осуществляет четыре режима работы. В первом анодном режиме (фиг.2, а) на ванну 13 с электролитом 14 и помещенную в электролит оксидируемую деталь 15 переключатель режимов работы 10 через выходы пропускает импульсы анодного напряжения от первого импульсного преобразователя напряжения 6, при этом импульсы от второго импульсного преобразователя 9 не проходят. Во втором катодном режиме (фиг.2, б) переключатель режимов работы 10 пропускает импульсы катодного напряжения от второго импульсного преобразователя напряжения 9, при этом импульсы от первого импульсного преобразователя напряжения 6 не проходят. В третьем режиме паузы переключатель режимов работы 10 блокирует импульсы и анодного и катодного напряжений соответственно от первого импульсного преобразователя напряжения 6 и второго импульсного преобразователя 9. Комбинации трех режимов дают четвертый - анодно-катодный (фиг.2, в). Датчик напряжения 12 измеряет напряжение между ванной 13 и оксидируемой деталью 15 и передает эту информацию первому аналого-цифровому преобразователю 18, который оцифровывает сигнал и передает этот цифровой сигнал на первый вход микроконтроллера 22. Датчик тока 11 измеряет силу тока, протекающего через оксидируемую деталь 15, и передает информацию второму аналого-цифровому преобразователю 19, который оцифровывает сигнал и передает этот цифровой сигнал на второй вход микроконтроллера 22. Сигналы от датчиков тока и напряжения необходимы для организации обратных связей и формирования управляющих сигналов для системы импульсно-фазового управления 16 и блока драйверов 17.A control machine based on a personal computer 24 generates a control signal and feeds it through a remote control 23 to the third input of the microcontroller 22, which in turn generates control signals supplied to the third input of the pulse-phase control system 16 and the second input of the driver unit 17. The remote control manual control 21 supplies control signals to the second input of the pulse-phase control system. The thyristor voltage converter 2 changes the amplitude of the voltage received from the power source 1, in accordance with the control signal from the pulse-phase control system 16 and transfers the changed voltage to the step-up transformer 3. The secondary power source 20 provides energy to the pulse-phase control system 16, driver block 17 and a remote control 23 from the power source 1. The first rectifier 4 converts an alternating three-phase voltage coming from the first output of the boost transform ator 3, into a pulsed rectified anode voltage and transfers it to the input of the first filter 5, which smoothes the pulsations of the rectified anode voltage and supplies the rectified anode voltage without ripples to the first input of the first pulse voltage converter 6, which converts it into rectangular pulses of the anode voltage, the frequency and duty cycle of which is controlled by a control signal supplied to the second input from the first output of the driver unit 17. The second rectifier 7 converts the three-phase variable the basic voltage supplied from the second output of the step-up transformer 3 to the pulsating rectified cathode voltage and transfers it to the input of the second filter 8, which smooths the pulsations of the rectified cathode voltage and through the output supplies the rectified cathode voltage without ripples to the first input of the second pulse voltage converter 9, which converts it into rectangular cathode voltage pulses, the frequency and duty cycle of which is controlled by a control signal supplied to the second input from the second the output of the driver unit 17. Thus, the rectangular pulses of the anode voltage from the output of the first pulse voltage converter 6 and the rectangular pulses of the cathode voltage from the output of the second pulse voltage converter 9 are received respectively at the first and second inputs of the operating mode switch 10. The operating mode switch 10, depending on the control signal supplied to the third input from the third output of the driver block 17, carries out four modes of operation. In the first anode mode (Fig. 2, a) to the bath 13 with electrolyte 14 and the oxidizable part 15 placed in the electrolyte, the operating mode switch 10 passes the anode voltage pulses from the first pulse voltage converter 6 through the outputs, while the pulses from the second pulse converter 9 are not pass. In the second cathode mode (Fig.2, b), the mode switch 10 passes the cathode voltage pulses from the second pulse voltage converter 9, while the pulses from the first pulse voltage converter 6 do not pass. In the third pause mode, the mode switch 10 blocks the pulses of both the anode and cathode voltages, respectively, from the first pulse voltage converter 6 and the second pulse converter 9. Combinations of three modes give a fourth - anode-cathode (Fig. 2, c). The voltage sensor 12 measures the voltage between the bath 13 and the oxidized part 15 and transmits this information to the first analog-to-digital converter 18, which digitizes the signal and transmits this digital signal to the first input of the microcontroller 22. The current sensor 11 measures the strength of the current flowing through the oxidized part 15, and transmits the information to the second analog-to-digital converter 19, which digitizes the signal and transmits this digital signal to the second input of the microcontroller 22. The signals from the current and voltage sensors are necessary for org feedback feedback and control signal generation for the pulse-phase control system 16 and the driver block 17.

Как следует из вышеизложенного, достижение технического результата - расширение номенклатуры обрабатываемых материалов и универсализация процессов обработки для различных металлов и их сплавов - обеспечивается введением импульсного преобразователя напряжения, что позволило организовать независимость частоты напряжения, подаваемого на оксидируемую деталь, от частоты напряжения сети, значительно расширить диапазон частот следования импульсов напряжения и частоты смены режимов работы.As follows from the foregoing, the achievement of the technical result — the expansion of the range of processed materials and the universalization of processing processes for various metals and their alloys — is ensured by the introduction of a pulse voltage converter, which made it possible to organize the independence of the frequency of the voltage supplied to the oxidized part from the frequency of the network voltage, significantly expanding the range repetition rates of voltage pulses and frequencies of change of operating modes.

Кроме указанного технического результата и преимуществ заявленного устройства следует отметить также дополнительный технический эффект - двухплечевое схемное решение для независимого регулирования анодного и катодного напряжения, что обеспечивает рациональную работу устройства при вентильном характере нагрузки оксидного покрытия в анодном режиме и активном характере нагрузки в катодном режиме, а также освобождает выпрямители от больших знакопеременных напряжений.In addition to the indicated technical result and the advantages of the claimed device, an additional technical effect should also be noted - a two-arm circuit solution for independent regulation of the anode and cathode voltage, which ensures the rational operation of the device with the valve load of the oxide coating in the anode mode and the active nature of the load in the cathode mode, as well frees rectifiers from large alternating voltages.

Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:Thus, the above information proves that when implementing the claimed invention, the following conditions are met:

- средство, воплощающее устройство-изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в области электротехники, а именно в машиностроении, авиационной, космической, военной, химической, ювелирной, радиоэлектронной промышленности, медицине, в ремонтном производстве для повышения коррозионной и износостойкости, теплостойкости, получения электроизоляционных и декоративных покрытий, упрочнения и восстановления деталей металлопокрытиями;- a tool embodying the device of the invention in its implementation, is intended for use in the field of electrical engineering, namely in mechanical engineering, aviation, space, military, chemical, jewelry, electronic industry, medicine, in the repair industry to increase corrosion and wear resistance, heat resistance, obtaining electrical insulating and decorative coatings, hardening and restoration of parts by metal coatings;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств;- for the claimed invention in the form described in the independent claim, the possibility of its implementation using the described or other means known prior to the filing date of the application has been confirmed;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to provide the specified technical result.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "industrial applicability".

Источники информацииInformation sources

1. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: «Энергия», 1977.1. Stepanenko I.P. Fundamentals of the theory of transistors and transistor circuits. Ed. 4th, rev. and add. M .: "Energy", 1977.

2. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - Москва, издательство Энергоатомиздат, 1992.2. Rozanov Yu.K. The basics of power electronics. - Moscow, publishing house Energoatomizdat, 1992.

3. Барский В.А. Раздельное управление реверсивными тиристорными преобразователями. - М.: Энергия, 1973.3. Barsky V.A. Separate control of reversible thyristor converters. - M .: Energy, 1973.

4. Колпаков А. Особенности применения драйверов MOSFET и IGBT, http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_06/stat_34.htm.4. Kolpakov A. Features of the use of MOSFET and IGBT drivers, http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_06/stat_34.htm.

5. Райс В. (Wolfgang Reis, WBC GmbH) Журнал "Компоненты и технологии", 2005, №3.5. Rice W. (Wolfgang Reis, WBC GmbH) Journal "Components and Technologies", 2005, No. 3.

6. Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Радио и связь, 1981.6. Romash E.M. Sources of secondary power supply of electronic equipment. - M.: Radio and Communications, 1981.

Claims

A device for microarc oxidation of metals and their alloys, containing a power source connected to a secondary power source, an electrolyte bath, the casing of which is connected through a voltage sensor and a current sensor with an oxidizable component, a control machine based on a personal computer, increasing the transformer, characterized in that it additionally contains a thyristor voltage converter, a pulse-phase control system, a driver block, the first and second analog-to-digital pre educators, a hand control panel, a microcontroller, a remote control, a first rectifier, a first filter, a first pulse voltage converter and an operating mode switch connected in series, and a second rectifier, a second filter and a second pulse voltage converter connected in series, the first output of a step-up transformer connected with the input of the first rectifier, its second output with the input of the second rectifier, and the input of the step-up transformer with the output of tiris A voltage transformer, the first input of which is connected to the power source, and the second input to the output of the pulse-phase control system, the third input of which is connected to the first output of the microcontroller, the second input to the output of the manual control unit, and the first input to the first output of the secondary a power source, the second output of which is connected to the first input of the driver unit, and the third output - with the first input of the remote control, the second input of which is connected to the control machine based on a personal computer pa, and the output - with the third input of the microcontroller, the second output of which is connected to the second input of the driver unit, the first output of which is connected to the second input of the first pulse voltage converter, and the second - to the second input of the second pulse voltage converter, the output of which is connected to the second input of the switch operating modes, the third input of which is connected to the third output of the driver unit, the first output is connected to a current sensor, and the second to the bath body for the electrolyte, the input of the first analog-to-digital converter The indicator is connected to the voltage sensor, and the output is connected to the first input of the microcontroller, the second input of which is connected to the output of the second analog-to-digital converter, the input of which is connected to the current sensor.