RU2457282C1 - Method of processing part surface by arc discharge in vacuum and device to this end - Google Patents
Method of processing part surface by arc discharge in vacuum and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457282C1 RU2457282C1 RU2011105890/02A RU2011105890A RU2457282C1 RU 2457282 C1 RU2457282 C1 RU 2457282C1 RU 2011105890/02 A RU2011105890/02 A RU 2011105890/02A RU 2011105890 A RU2011105890 A RU 2011105890A RU 2457282 C1 RU2457282 C1 RU 2457282C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- arc
- cathode
- vacuum
- positive electrode
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области очистки и обработки поверхности деталей в вакууме на различных этапах технологического процесса, в частности для удаления с поверхности деталей окалины, окисных пленок, технологической смазки, различных загрязнений и отложений с поверхности деталей, образующихся в процессе эксплуатации, для упрочнения или отпуска приповерхностного слоя деталей, удаления заусенец и микровыступов и т.д.The invention relates to the field of cleaning and surface treatment of parts in vacuum at various stages of the technological process, in particular for removing scale, oxide films, technological lubricants, various contaminants and deposits from the surface of parts formed during operation, for hardening or tempering of the surface layer of parts, deburring and microprotrusions, etc.
Известны способы обработки поверхности изделий дуговым разрядом в вакууме и устройства для их осуществления, основанные на воздействии на обрабатываемую поверхность быстроперемещающихся катодных пятен вакуумно-дугового разряда (авт. свид. СССР: №1695704, С23С 14/22, 1987; №1703207, В08B 7/04, 1990; №1806870, В08В 3/10, 1989; патенты РФ: №2139152, В08В 7/04, 1998; №2144096, С23С 14/02, 1998; №2145643, С23С 14/02, 1998; №2145912, В21В 45/06, 1998; №2153025, С23С 14/02; №2158784, С23С 14/04, 1998; №2171721, С23С 14/02, 1999; №2180365, С23С 14/36, 1998; №2181636, В08В 7/00, 2000; №2374046, С23 14/02, 2007; №98120768, С23С 14/04, 1998; №99113978, В08В 9/04, 1999; №2000106238, В08В 7/00, 2000; Булат В.Е., Эстерлис М.Х. Очистка металлических изделий от окалины, окисной пленки и загрязнений электродуговым разрядом в вакууме. Физика и химия обработки материалов, 1987, № 3).Known methods of surface treatment of products by an arc discharge in vacuum and devices for their implementation, based on the impact on the surface being treated of rapidly moving cathode spots of a vacuum-arc discharge (ed. Certificate of the USSR: No. 1695704, C23C 14/22, 1987; No. 1703207, B08B 7 / 04, 1990; No. 1806870, B08B 3/10, 1989; RF patents: No. 2139152, B08B 7/04, 1998; No. 2144096, C23C 14/02, 1998; No. 2145643, C23C 14/02, 1998; No. 2145912 , В21В 45/06, 1998; No. 2153025, С23С 14/02; No. 2158784, С23С 14/04, 1998; No. 2171721, С23С 14/02, 1999; No. 2180365, С23С 14/36, 1998; No. 2181636, В08В 7/00, 2000; No. 2374046, С23 14/02, 2007; No. 98120768, С23С 14/04, 1998; No. 99113978, В08В 9/04, 1999; No. 2000106238, В08В 7/00, 2000; Bulat V.E ., E sterlis M.Kh. Cleaning of metal products from scale, oxide film and pollution by electric arc discharge in vacuum. Physics and Chemistry of Materials Processing, 1987, No. 3).
В перечисленных технических решениях вакуумно-дуговой разряд горит между двумя электродами, один из которых является катодом и к нему подсоединяется отрицательный полюс источника питания, а положительный полюс источника питания подключается к другому электроду, являющемуся анодом. Привязка разряда к катоду осуществляется с помощью катодных пятен вакуумной дуги.In the listed technical solutions, a vacuum-arc discharge burns between two electrodes, one of which is a cathode and a negative pole of a power source is connected to it, and a positive pole of a power source is connected to another electrode, which is an anode. The discharge is linked to the cathode using the cathode spots of a vacuum arc.
Катодные пятна характеризуются высокой плотностью тока (до 1012 А/м2), весьма высокой поверхностной плотностью мощности, превышающей 109 Вт/м2. Температура материала катода в зоне пятна, как правило, превышает температуру кипения. Свойства пятен зависят от многих факторов, таких как вид материала, сила тока разряда и даже время его горения дуги.Cathode spots are characterized by a high current density (up to 10 12 A / m 2 ), a very high surface power density exceeding 10 9 W / m 2 . The temperature of the cathode material in the spot zone, as a rule, exceeds the boiling point. The properties of spots depend on many factors, such as the type of material, the strength of the discharge current, and even the time of its burning.
Благодаря высокой плотности энергии и температуре в каждом катодном пятне происходит испарение поверхностных пленок и в ряде случаев их взрывообразное отделение (например, окалины). В результате этого обнажается чистая поверхность металла. Испаряя поверхностные пленки и другие загрязнения, эти многочисленные дуги создают благоприятную среду для своего горения и, концентрируясь на поверхностных загрязнениях, перемещаясь по ним, осуществляют процесс очистки.Due to the high energy density and temperature in each cathode spot, surface films evaporate and, in some cases, their explosive separation (for example, scale). As a result, a clean metal surface is exposed. Evaporating surface films and other contaminants, these numerous arcs create a favorable environment for their combustion and, concentrating on surface contaminants, moving along them, carry out the cleaning process.
При определенных условиях быстрый нагрев материала в зоне катодного пятна и быстрый отвод тепла в массу изделия после ухода катодного пятна с данного места поверхности может происходить процесс закалки поверхностного слоя металла.Under certain conditions, the rapid heating of the material in the area of the cathode spot and the rapid removal of heat into the mass of the product after the cathode spot leaves this point on the surface, the process of quenching of the surface layer of metal can occur.
Локализация катодных пятен на микровыступах или заусеницах поверхности приводит к их оплавлению, испарению и к сглаживанию поверхностного слоя.Localization of cathode spots on microprotrusions or barbs of the surface leads to their fusion, evaporation and smoothing of the surface layer.
Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ обработки поверхности изделий в вакууме» (патент RU №2145643, С23С 14/02, C23F 4/04, дата публикации - 2000.02.20, дата начала действия патента - 1998.07.06, регистрационный номер заявки - 98112854/02,), который и выбран в качестве прототипа.Of the known methods, the closest to the proposed one is the "Method of surface treatment of products in vacuum" (patent RU No. 2145643, C23C 14/02,
В данном "способе обработки поверхности изделий дуговым разрядом в вакууме, включающем возбуждение разряда, обработку поверхности катодными пятнами дуги и перемещение их вдоль участка обработки, исходное изделие сложной формы вводят в зону обработки и выводят из зоны обработки с помощью механизма перемещения, управляемого оператором или ЭВМ, над обрабатываемой поверхностью изделия сложной формы формируют магнитное поле различной конфигурации, воздействуют им на дуговой разряд, перемещают отрицательный электрод по обрабатываемой поверхности, а положительный электрод над обрабатываемой поверхностью, изменяют точки подключения отрицательного потенциала к обрабатываемой поверхности изделия сложной формы, при этом перемещение катодной области дуги осуществляют посредством изменения во времени и пространстве электрического и магнитного полей, а также посредством перемещения электродов относительно обрабатываемого изделия, управляемых оператором или ЭВМ".In this "method of surface treatment of products by an arc discharge in a vacuum, including excitation of the discharge, surface treatment by cathode spots of the arc and moving them along the processing area, the original product of complex shape is introduced into the processing zone and removed from the processing zone using a movement mechanism controlled by an operator or a computer , a magnetic field of various configurations is formed over the treated surface of the product of complex shape, they act on the arc discharge, the negative electrode is moved along the processed surface surfaces, and the positive electrode above the workpiece surface, change the connection points of the negative potential to the workpiece surface of a complex shape, while moving the cathode region of the arc by changing the time and space of the electric and magnetic fields, as well as by moving the electrodes relative to the workpiece, controlled by the operator or computer. "
По данному способу достижение поставленной цели обеспечивается за счет управления перемещением зоны катодной области горения дуги (зоны обработки) по поверхности изделия путем формирования магнитного поля различной конфигурации над обрабатываемой поверхностью изделия и путем изменения местоположения точки подключения отрицательного потенциала источника питания дуги к обрабатываемой поверхности. При этом перемещение катодной области дуги осуществляют изменением электрического и магнитного полей не только в пространстве, но и во времени. Такой сложный процесс формирования и управления электрическими и магнитными полями над обрабатываемой поверхностью значительно усложняет процесс управления перемещением зоны горения разряда на поверхности изделия и, соответственно, сам процесс обработки поверхности. Создание конфигурации магнитного поля в соответствии со сложной формой обрабатываемой поверхности также является сложной задачей. Кроме того, для обработки изделий сложной формы в вакуумной камере, как следует из описания устройства по предлагаемому способу, располагается набор сменных электромагнитных катушек, которые меняются или оператором или манипулятором, что также значительно усложняет процесс и способ обработки поверхности изделия. Целенаправленное изменение вектора движения катодных пятен вакуумной дуги по поверхности с помощью магнитного поля хорошо реализуется на немагнитных материалах и становится проблематичным на магнитных, что значительно сокращает номенклатуру материалов для обработки по данному способу.According to this method, the achievement of this goal is achieved by controlling the movement of the cathode region of the arc burning (processing zone) on the surface of the product by forming a magnetic field of various configurations over the treated surface of the product and by changing the location of the point of connection of the negative potential of the arc power source to the processed surface. The movement of the cathode region of the arc is carried out by changing the electric and magnetic fields not only in space, but also in time. Such a complex process of forming and controlling electric and magnetic fields above the surface to be treated greatly complicates the process of controlling the movement of the discharge combustion zone on the surface of the product and, accordingly, the surface treatment process itself. Creating a magnetic field configuration in accordance with the complex shape of the processed surface is also a difficult task. In addition, for processing products of complex shape in a vacuum chamber, as follows from the description of the device according to the proposed method, there is a set of replaceable electromagnetic coils, which are changed either by the operator or the manipulator, which also significantly complicates the process and method of processing the surface of the product. A purposeful change in the motion vector of the cathode spots of the vacuum arc over the surface with the help of a magnetic field is well implemented on non-magnetic materials and becomes problematic on magnetic, which significantly reduces the range of materials for processing by this method.
Все это приводит к усложнению процесса обработки и к снижению качества обработки поверхности.All this leads to a complication of the processing process and to a decrease in the quality of surface treatment.
Помимо управления электрическими и магнитными полями изменением местоположения зоны горения разряда на поверхности изделия в данном способе обработки предлагается осуществлять изменением точки подключения отрицательного полюса источника питания дуги. В соответствии с описанием устройства, реализующего данный способ, эту операцию выполняет непосредственно оператор или через пульт управления и манипулятор. При этом используется известное физическое явление для вакуумно-дугового разряда - катодные пятна вакуумной дуги всегда движутся по направлению к месту подключения токоподвода отрицательного полюса источника питания дуги. Осуществить процесс изменения точки подключения токоподвода отрицательного потенциала источника питания дуги на обрабатываемой поверхности можно или остановив процесс обработки, разорвав цепь питания и переместив токоподвод на новое место, или непрерывно передвигая токоподвод по поверхности изделия, не размыкая цепь, при этом обеспечивая надежный электрический контакт.In addition to controlling electric and magnetic fields by changing the location of the discharge combustion zone on the surface of the product, it is proposed in this processing method to change the connection point of the negative pole of the arc power source. In accordance with the description of the device that implements this method, this operation is performed directly by the operator or through the control panel and manipulator. In this case, a well-known physical phenomenon is used for a vacuum-arc discharge - the cathode spots of a vacuum arc always move towards the connection point of the current supply of the negative pole of the arc power source. The process of changing the connection point of the current supply of the negative potential of the arc power source on the surface to be treated can be done either by stopping the processing process, breaking the power supply circuit and moving the current supply to a new place, or continuously moving the current supply along the surface of the product without breaking the circuit, while ensuring reliable electrical contact.
Эти процессы являются трудновыполнимыми, усложняют способ обработка поверхности, снижают его производительность и качество процесса обработки.These processes are difficult to perform, complicate the method of surface treatment, reduce its productivity and the quality of the processing process.
Задачей настоящего изобретения является повышение качества и упрощение процесса обработки поверхности изделия.The objective of the present invention is to improve the quality and simplify the process of surface treatment of the product.
Поставленная задача достигается тем, что в способе обработки поверхности изделий дуговым разрядом в вакууме, включающем возбуждение разряда, обработку поверхности катодными пятнами вакуумной дуги и перемещение их вдоль участка обработки, перемещение катодной области дуги вдоль участка обработки осуществляют за счет изменения токов через токоподводы отрицательного потенциала, подключенные к двум и более точкам обрабатываемой поверхности, при одновременном непрерывном или дискретном перемещении положительного электрода и обрабатываемой поверхности относительно друг друга.The problem is achieved in that in the method of surface treatment of products by an arc discharge in a vacuum, including the initiation of a discharge, surface treatment with cathode spots of a vacuum arc and their movement along the processing area, the cathode region of the arc along the processing area is moved by changing currents through current leads of negative potential, connected to two or more points of the treated surface, with simultaneous continuous or discrete movement of the positive electrode and processing surface relative to each other.
Сущность изобретения заключается в следующем. Если источник питания вакуумно-дугового разряда положительным полюсом подключен к аноду, а отрицательным полюсом к какой-либо точке обрабатываемой поверхности изделия, являющегося катодом, то при зажигании дугового разряда катодные пятна начинают двигаться по поверхности и смещаются в направлении точки подключения отрицательного токоподвода. Зона горения разряда локализуется в районе точки подключения отрицательного полюса источника питания. Если к обрабатываемой поверхности подключить второй токоподвод с возможностью изменения токов через каждый из них, тогда зона горения разряда будет локализована в промежутке между точками подключения токоподводов. При одинаковых токах, текущих через каждый токоподвод, катодные пятна не имеют физически предпочтительных областей локализации и хаотически перемещаются по всей поверхности между точками подключения токоподводов, формируя зону обработки поверхности изделия между данными точками. Если через один из токоподводов, например, увеличить ток, тогда зона горения смещается в сторону данного тоководвода, отодвигаясь от токоподвода с меньшим током. Таким образом, изменяя токи, текущие через токоподводы, можно смещать зону горения разряда между токоподводами, управляя процессом обработки поверхности. При подключении большего числа токоподводов отрицательного потенциала к разным точкам обрабатываемой поверхности и изменяя токи, текущие через токоподводы, можно влиять на перемещение катодной области дуги вдоль участка обработки и значительно расширить возможности управления зоной обработки поверхности.The invention consists in the following. If the vacuum-arc discharge power source is connected to the anode by the positive pole and the cathode by a negative pole to some point on the workpiece surface, then when the arc is ignited, the cathode spots begin to move along the surface and are displaced in the direction of the negative current supply connection point. The combustion zone of the discharge is localized in the vicinity of the point of connection of the negative pole of the power source. If a second current lead is connected to the surface to be treated with the possibility of changing currents through each of them, then the discharge burning zone will be localized in the gap between the points of connection of the current leads. At the same currents flowing through each current lead, the cathode spots do not have physically preferred localization regions and randomly move across the entire surface between the current lead connection points, forming a product surface treatment zone between these points. If, through one of the current leads, for example, the current is increased, then the combustion zone is shifted towards this current lead, moving away from the current lead with a lower current. Thus, by changing the currents flowing through the current leads, it is possible to shift the zone of discharge burning between the current leads, controlling the surface treatment process. By connecting a larger number of current leads of negative potential to different points of the treated surface and changing the currents flowing through the current leads, you can influence the movement of the cathode region of the arc along the treatment area and significantly expand the ability to control the surface treatment zone.
Дополнительно процессом перемещения катодной области дуги вдоль участка обработки поверхности изделия можно управлять посредством перемещения положительного электрода над обрабатываемой поверхностью или обрабатываемой поверхности под положительным электродом. При взаимном смещении положительного электрода и обрабатываемой поверхности происходит смещение зоны горения разряда в сторону за положительным электродом. Это позволит, например, расширить зону обработки поверхности или изменить форму зоны обработки в совокупности с изменением токов через токоподводы отрицательного потенциала к обрабатываемой поверхности.Additionally, the process of moving the cathode region of the arc along the surface treatment section of the product can be controlled by moving the positive electrode above the surface to be treated or the surface to be treated under the positive electrode. With the mutual displacement of the positive electrode and the surface to be treated, the discharge combustion zone is shifted to the side behind the positive electrode. This will allow, for example, to expand the surface treatment zone or change the shape of the treatment zone in conjunction with the change in currents through the current leads of negative potential to the surface being treated.
Кроме того, при обработке открытых внутренних полостей изделий возможно вакууммировать только предварительно загерметизированные внутренние полости. При этом не требуется помещать все изделие в вакуум, а вакууммируют только внутреннюю полость с помощью, например, заглушки или другого устройства. Через заглушку в полость вводится положительный электрод, через нее осуществляют откачку воздуха и подводят положительный потенциал источника питания дугового разряда. При этом значительно упрощается и удешевляется процесс обработки поверхности.In addition, when processing open internal cavities of products, it is possible to vacuum only previously sealed internal cavities. In this case, it is not necessary to place the entire product in a vacuum, and only the internal cavity is vacuumized using, for example, a plug or other device. A positive electrode is inserted through the plug into the cavity, air is pumped out through it and the positive potential of the arc discharge power source is supplied. At the same time, the surface treatment process is greatly simplified and cheapened.
Предлагаемый способ может быть осуществлен устройством, включающим источник питания дуги, положительный электрод и в качестве катода - обрабатываемое изделие, размещенное в вакууме, отличающееся тем, что токоподводы отрицательного потенциала подключены к обрабатываемой поверхности в двух и более точках через регуляторы тока.The proposed method can be implemented by a device including an arc power source, a positive electrode and, as a cathode, a workpiece placed in a vacuum, characterized in that the negative potential current leads are connected to the treated surface at two or more points through current regulators.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.
Фиг.1 - принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа.Figure 1 - schematic diagram of a device for implementing the proposed method.
Фиг.2 - схема устройства для обработки внутренней полости изделия.Figure 2 - diagram of a device for processing the internal cavity of the product.
Устройство (фиг.1) содержит источник питания дуги U, положительный электрод 1, обрабатываемое изделие (катод) 2, размещенное в вакууме, регуляторы тока РТ1, РТ2, РТ3, подключенные к трем точкам "а", "б", "в" поверхности обрабатываемого изделия 2.The device (figure 1) contains a power source for the arc U, a
Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.
После достижения необходимого давления остаточных газов между положительным электродом 1 и обрабатываемым изделием (катодом) 2 возбуждают вакуумно-дуговой разряд. Вакуумно-дуговой разряд на рабочей поверхности катода возникает и развивается в парах материала катода и существует в перемещающихся катодных пятнах. Данный тип разряда относится к вакуумно-дуговому разряду с интегрально-холодным катодом. В этом случае эмиссионным центром разряда является катодное пятно, характеризующееся высокой скоростью перемещения до 100 м/с, малыми геометрическими размерами, в среднем 10-4 м, и в котором выделяющаяся мощность достигает значений 109 Вт/м2, что и обуславливает его интенсивное тепловое воздействие на материал катода.After reaching the required pressure of the residual gases between the
Катодное пятно состоит из нескольких активно эмитирующих участков с размерами много меньшими, чем размеры самого пятна. Катодное пятно, как локальный тепловой источник воздействия на поверхности катода оставляет за собой эрозионный след, исследование которых показало, что плотность тока в катодных пятнах имеет порядок 108-109 А/см2. Для обеспечения таких высоких плотностей тока электрическое поле на поверхности катода должно быть на уровне Е~108 В/см. В катодном пятне вакуумной дуги это поле создается ионами, образовавшимися из испарившихся атомов, поэтому температура катода в пятне должна быть достаточно высока. Так, при плотности тока j~108 А/см2 плотность ионного тока должна быть на уровне 107 А/см2. В этом случае температура в катодном пятне превышает температуру кипения материала катода. Область, разогреваемая катодным пятном на рабочей поверхности катода, превышает размеры самого катодного пятна.The cathode spot consists of several actively emitting sites with dimensions much smaller than the dimensions of the spot itself. The cathode spot, as a local heat source of influence on the cathode surface, leaves behind an erosion trace, the study of which showed that the current density in the cathode spots is of the order of 10 8 -10 9 A / cm 2 . To ensure such high current densities, the electric field on the cathode surface should be at the level of E ~ 10 8 V / cm. In the cathode spot of a vacuum arc, this field is created by ions formed from evaporated atoms, so the cathode temperature in the spot must be sufficiently high. So, at a current density of j ~ 10 8 A / cm 2, the ion current density should be at the level of 10 7 A / cm 2 . In this case, the temperature in the cathode spot exceeds the boiling point of the cathode material. The region heated by the cathode spot on the working surface of the cathode exceeds the size of the cathode spot itself.
Уровень мощности, выделяющейся на катоде, определяется катодным падением напряжения, близким по значению к потенциалу ионизации металла, и величиной разрядного тока.The power level released at the cathode is determined by the cathode voltage drop close in value to the metal ionization potential and the magnitude of the discharge current.
Основная часть катодной области дуги, находящаяся непосредственно у обрабатываемого изделия (катода), имеет вид ярко светящихся, быстро движущихся одного или нескольких пятен. Вследствие высокой плотности тока в катодном пятне материал в зоне катодного пятна разогревается до высокой температуры. В результате окалина, ржавчина, заусеницы и другие загрязнения испаряются и остается чистая поверхность изделия. После ухода катодного пятна с данного места происходит быстрый отвод тепла за счет теплопроводности в тело материала катода, что может приводить к закалке поверхностного слоя.The main part of the cathode region of the arc, located directly at the workpiece (cathode), has the form of brightly glowing, rapidly moving one or more spots. Due to the high current density in the cathode spot, the material in the cathode spot zone is heated to a high temperature. As a result, scale, rust, barbs and other contaminants evaporate and a clean surface of the product remains. After the cathode spot leaves this place, heat is rapidly removed due to the thermal conductivity of the cathode material in the body, which can lead to hardening of the surface layer.
Если к обрабатываемой поверхности 2 подводить ток через токоподводы только к двум точкам, например "а" и "б", с возможностью изменения токов через каждый из них, тогда зона горения разряда будет локализована в промежутке между точками подключения токоподводов "а" и "б". При одинаковых токах, текущих через каждый токоподвод, катодные пятна не имеют физически предпочтительных областей локализации и хаотически перемещаются по всей поверхности между точками подключения токоподводов, формируя зону обработки поверхности изделия между данными точками "а" и "б". Если через один из токоподводов с помощью регуляторов тока, например PT1, увеличить ток, тогда зона горения разряда смещается на поверхности изделия 2 в сторону точки "а" подключения тоководвода, отодвигаясь от точки подключения "б" токоподвода с меньшим током. Таким образом, изменяя токи, текущие через токоподводы, можно смещать зону горения разряда между токоподводами, управляя процессом обработки поверхности. При пропускании токов через текоподводы, подключенные только к точкам "а" и "в", зона горения разряда локализуется между данными точками. При подключении большего числа токоподводов отрицательного потенциала к разным точкам обрабатываемой поверхности 2 и изменяя токи, текущие через токоподводы, можно влиять на перемещение катодной области дуги вдоль участка обработки и значительно расширить возможности управления зоной обработки поверхности.If only two points, for example, “a” and “b”, are supplied with current through the current leads to the
При взаимном смещении положительного электрода 1 и обрабатываемой поверхности 2 происходит смещение зоны горения разряда в сторону за положительным электродом 1. Взаимное смещение можно осуществлять непрерывно или дискретно. Если в какой-то зоне обрабатываемой поверхности, например, толщина поверхностного загрязнения больше, чем в остальной части поверхности, можно остановить взаимное смещение электродов, локализовать зону горения разряда в данном месте, изменяя токи через токоподводы, и осуществить процесс очистки только в данной зоне.When the
На фиг.2 представлено устройство для реализации способа по п.2., включающее источник питания дуги U, положительный электрод 1 и в качестве катода обрабатываемое изделие 2 с внутренней полостью, закрытую заглушками 3 и 4, отличающееся тем, что токоподводы отрицательного потенциала подключены к обрабатываемой поверхности 2 в трех точках "а", "б", "в" через регуляторы тока РТ1, РТ2, РТ3.Figure 2 presents the device for implementing the method according to claim 2., Comprising a power source for the arc U, a
Обрабатываемое изделие произвольной формы 2 имеет внутри открытую, например, цилиндрическую полость. Полость герметично закрыта с помощью двух заглушек 3 и 4. Внутри полости вдоль обрабатываемой поверхности расположен положительный электрод 1, к которому через токоподвод подключен положительный полюс источника питания дуги U. Отрицательный полюс источника питания дуги U подключен через регуляторы тока РТ1, РТ2, РТ3 к обрабатываемой поверхности 2. На фиг.2 представлены три регулятора тока РТ1, РТ2, РТ3. Положительный электрод 1 непрерывно или циклически вращается вдоль обрабатываемой поверхности. Через одну из заглушек (в данном случае 3) осуществляется откачка воздуха до заданного давления. Между обрабатываемой поверхностью и положительным электродом 1 зажигается вакуумно-дуговой разряд и происходит обработка поверхности изделия 2. Перемещение катодной области дуги, как и в устройстве, изображенном на фиг.1, вдоль участка обработки поверхности изделия 2 осуществляют путем изменения силы токов через токоподводы отрицательного потенциала, подключенные к двум и более точкам обрабатываемой поверхности, при одновременном непрерывном или дискретном перемещении положительного электрода 1 и обрабатываемой поверхности изделия 2 относительно друг друга.The workpiece of
В устройстве по п.4 в качестве регуляторов тока РТ1, РТ2, РТ3 включены, например, переменные сопротивления. Изменяя величину соответствующего сопротивления, изменяется величина тока через токоподводы, подключенные к соответствующей точке обрабатываемой поверхности "а", "б", "в", что влияет на перемещение катодной области дуги вдоль участка обработки поверхности изделия 2, и как следствие, способствует управлению процессом обработки поверхности изделия 2.In the device according to
В устройстве по п.5 в качестве регуляторов тока включены два и более регулируемых источников питания тока дуги, отрицательные полюсы которых подключены к обрабатываемой поверхности. В регулируемых источниках питания тока дуги используются внутренние регуляторы тока, и токоподвод соединяет напрямую отрицательный полюс источника питания тока дуги с точкой подключения на поверхности изделия. Поэтому для каждой точки "а", "б", "в" подключения отрицательного полюса источника питания тока дуги используется свой источник питания. Положительные плюсы всех источников питания тока дуги подключаются к положительному электроду 1.In the device according to claim 5, two or more adjustable arc current power sources are included as current regulators, the negative poles of which are connected to the surface to be treated. The regulated arc current sources use internal current regulators, and the current supply directly connects the negative pole of the arc current source to the connection point on the surface of the product. Therefore, for each point "a", "b", "c" of connecting the negative pole of the arc current power source, its own power source is used. The positive pluses of all arc current power sources are connected to the
Предлагаемый способ был реализован для очистки стальной ленты шириной 12 см и толщиной 0,7 мм от технологической смазки и для очистки внутренней поверхности корпуса вагонной буксы от технологических отложений процесса эксплуатации.The proposed method was implemented for cleaning steel tape with a width of 12 cm and a thickness of 0.7 mm from technological lubricant and for cleaning the inner surface of the carriage body of the axle box from technological deposits of the operation process.
Очистку стальной ленты осуществляли в вакуумной камере при непрерывной протяжке ее относительно положительного электрода. При этом одновременно использовали две зоны горения разряда на поверхности ленты. Для каждой зоны использовался свой положительный электрод (анод). Ток горения разряда для каждой зоны составлял 300 А. В каждой зоне использовались две точки подключения отрицательного потенциала, расположенные на краях ленты по ее ширине. В данном случае для каждой точки использовался свой регулируемый источник питания тока дуги (устройство по п.5). Равномерная и полная очистка по всей ширине ленты осуществлялась при скорости ее протяжки, равной 0,5 м/с.The steel strip was cleaned in a vacuum chamber while continuously drawing it relative to the positive electrode. In this case, two zones of discharge burning on the surface of the tape were simultaneously used. Each zone used its own positive electrode (anode). The discharge burning current for each zone was 300 A. In each zone, two connection points of negative potential were used, located at the edges of the tape along its width. In this case, for each point, its own adjustable arc current power source was used (the device according to claim 5). Uniform and complete cleaning along the entire width of the tape was carried out at a speed of pulling it equal to 0.5 m / s.
Очистку внутренней поверхности корпуса вагонной буксы осуществляли способом по п.2. Внутренняя поверхность буксы цилиндрической формы с двух сторон герметизировалась заглушками. Внутри цилиндра над поверхностью буксы устанавливался положительный электрод, токоподвод которого герметично выводился наружу через заглушку. Положительный токоподвод мог вращаться над поверхностью буксы. Отрицательные полюсы источника питания через переменные сопротивления (балластные сопротивления) подключались к противоположным торцам цилиндрической полости. Питание осуществлялось от сварочного выпрямителя с суммарным током к двум точкам подключения 300 А. Учитывая неравномерный характер распределения технологических отложений по толщине вдоль поверхности буксы, при очистке использовали прерывистый характер вращения положительного электрода вдоль поверхности и регулирование токов через каждую точку подключения отрицательного полюса источника. Очистка осуществлялась с визуальным контролем через смотровое окно.Cleaning the inner surface of the casing of the wagon was carried out by the method according to
Исследования поверхностного слоя буксы после очистки показали ее экономическую эффективность. Процесс обработки поверхности буксы способствовал дополнительно уменьшению шероховатости поверхности, а также приводил к образованию на поверхности пассивирующего слоя, уменьшающего процесс коррозии металла. Длительность процесса очистки вместе с процессом откачки не превышала 5 мин.Studies of the surface layer of the axle box after cleaning showed its economic efficiency. The surface treatment of the axle box additionally contributed to the reduction of surface roughness, and also led to the formation of a passivating layer on the surface, which reduces the process of metal corrosion. The duration of the cleaning process along with the pumping process did not exceed 5 minutes.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипом и другими способами и устройствами аналогичного назначения обеспечивают повышение качества обработки поверхности и упрощение процесса обработки, в ряде случаев со значительной экономической эффективностью.Thus, the proposed method and device in comparison with the prototype and other methods and devices for similar purposes provide improved surface treatment and simplified processing, in some cases with significant economic efficiency.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011105890/02A RU2457282C1 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Method of processing part surface by arc discharge in vacuum and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011105890/02A RU2457282C1 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Method of processing part surface by arc discharge in vacuum and device to this end |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2457282C1 true RU2457282C1 (en) | 2012-07-27 |
Family
ID=46850719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011105890/02A RU2457282C1 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Method of processing part surface by arc discharge in vacuum and device to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2457282C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2642243C2 (en) * | 2015-10-09 | 2018-01-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН) | Method of forming microrelief on surface of metal articles |
| RU2670958C1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-10-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Installation for removing metal coatings (options) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2144096C1 (en) * | 1998-05-18 | 2000-01-10 | Антипов Борис Федорович | Method of treatment of surfaces of articles by arc discharge in vacuum |
| RU2145645C1 (en) * | 1999-02-16 | 2000-02-20 | Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения | Method of electric arc treatment of surfaces of metal articles and plant for realization of this method |
| RU2145643C1 (en) * | 1998-07-06 | 2000-02-20 | Сидоров Игорь Петрович | Method and device for treatment of surfaces by arc discharge in vacuum |
| JP2008144247A (en) * | 2006-12-13 | 2008-06-26 | Tokyo Gas Co Ltd | Cathode corrosion prevention system and cathode corrosion prevention method |
-
2011
- 2011-02-18 RU RU2011105890/02A patent/RU2457282C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2144096C1 (en) * | 1998-05-18 | 2000-01-10 | Антипов Борис Федорович | Method of treatment of surfaces of articles by arc discharge in vacuum |
| RU2145643C1 (en) * | 1998-07-06 | 2000-02-20 | Сидоров Игорь Петрович | Method and device for treatment of surfaces by arc discharge in vacuum |
| RU2145645C1 (en) * | 1999-02-16 | 2000-02-20 | Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения | Method of electric arc treatment of surfaces of metal articles and plant for realization of this method |
| JP2008144247A (en) * | 2006-12-13 | 2008-06-26 | Tokyo Gas Co Ltd | Cathode corrosion prevention system and cathode corrosion prevention method |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2642243C2 (en) * | 2015-10-09 | 2018-01-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН) | Method of forming microrelief on surface of metal articles |
| RU2670958C1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-10-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Installation for removing metal coatings (options) |
| RU2670958C9 (en) * | 2017-11-07 | 2018-11-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Installation for removing metal coatings (options) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6933460B2 (en) | Method and device for plasma treatment of moving metal substrates | |
| CZ181893A3 (en) | Process of metal workpiece surface treatment and apparatus for making the same | |
| KR20100071062A (en) | Method of treating a surface of at least one part by means of individual sources of an electron cyclotron resonance plasma | |
| Bystrov et al. | Cathode spots of vacuum arc discharges: Motion control on the working surface | |
| RU2457282C1 (en) | Method of processing part surface by arc discharge in vacuum and device to this end | |
| AU677214B2 (en) | Method and apparatus for carrying out surface processes | |
| EP1683888A2 (en) | Method and apparatus for cathodic arc deposition | |
| Borisov et al. | Effective processes for arc-plasma treatment in large vacuum chambers of technological facilities | |
| Kim et al. | Hybrid deburring process assisted by a large pulsed electron beam (LPEB) for laser-fabricated patterned metal masks | |
| KR100552388B1 (en) | Atmospheric pressure plasma processing apparatus and its process | |
| RU2478141C2 (en) | Modification method of material surface by plasma treatment | |
| RU2509824C1 (en) | Surface processing by arc discharge in vacuum | |
| RU2642243C2 (en) | Method of forming microrelief on surface of metal articles | |
| Shi et al. | Removing oxide layers from carbon-steel tubular surfaces using vacuum arcs driven by transverse magnetic field | |
| RU2711067C1 (en) | Method of ion nitriding in crossed electric and magnetic fields | |
| Kuznetsov | Vacuum-arc hardening of metals surface | |
| RU2104313C1 (en) | Method and apparatus for treating surface of metal blank by arc discharge | |
| RU2532779C1 (en) | Method and device for accelerated nitration of machined parts by electromagnetic field pulses | |
| RU2139151C1 (en) | Method of cleaning of metal surfaces and device for its embodiment | |
| Natalia | EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE BEHAVIOR OF TOOL-ELECTRODES MADE OF CONDUCTIVE MATERIALS BY APPLYING DEI | |
| Borisov et al. | Effective vacuum-plasma-arc techniques for product surface modification | |
| RU79892U1 (en) | DEVICE FOR ELECTRIC ARC EVAPORATION OF METALS IN VACUUM | |
| Sugimoto et al. | Strange collective behaviors of cathode spots in low vacuum arc | |
| RU2526654C2 (en) | Method for pulse-periodic ion-beam cleaning of surface of articles made of dielectric material or conducting material with dielectric inclusions | |
| Li et al. | The influence of gap distance on cathode spot motion in removing oxide layer on metal surface by vacuum arc |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160110 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170219 |