RU2482943C2 - Method of defining power efficiency of spark doping - Google Patents
Method of defining power efficiency of spark doping Download PDFInfo
- Publication number
- RU2482943C2 RU2482943C2 RU2011135300/02A RU2011135300A RU2482943C2 RU 2482943 C2 RU2482943 C2 RU 2482943C2 RU 2011135300/02 A RU2011135300/02 A RU 2011135300/02A RU 2011135300 A RU2011135300 A RU 2011135300A RU 2482943 C2 RU2482943 C2 RU 2482943C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- pulses
- recorded
- power
- efficiency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к методам импульсной обработки материалов и может быть использовано при создании новой техники для электрофизических способов обработки металлических поверхностей, технологических испытаниях оборудования, отработке прикладных технологий, а также сравнительных испытаниях такого технологического оборудования одинакового назначения.The invention relates to methods of pulsed processing of materials and can be used to create new equipment for electrophysical methods of processing metal surfaces, technological testing of equipment, development of applied technologies, as well as comparative tests of such technological equipment for the same purpose.
Технический уровеньTechnical level
Оборудование для процессов электроискровой обработки материалов обеспечивает формирование поверхностных слоев с измененными свойствами за счет многократного воздействия на обрабатываемое изделие электрическими импульсами. Эффективность обработки зависит от стабильности параметров этих импульсов, которые в пределах одного электрического режима часто различаются в значительных пределах, что приводит к снижению технико-экономических результатов импульсной обработки поверхности металлических материалов.Equipment for the processes of electrospark processing of materials provides the formation of surface layers with modified properties due to repeated exposure to the workpiece by electric pulses. The processing efficiency depends on the stability of the parameters of these pulses, which often vary significantly within a single electric mode, which leads to a decrease in the technical and economic results of pulsed surface treatment of metal materials.
Как правило, эффективность оборудования для электроискрового легирования металлической поверхности оценивается по интенсивности переноса материала электрода на легируемую поверхность и по характеристикам нанесенного легированного слоя. Соответственно для каждого легирующего материала получаем свои характеристики.As a rule, the efficiency of equipment for electrospark alloying of a metal surface is evaluated by the intensity of transfer of the electrode material to the alloyed surface and by the characteristics of the applied alloy layer. Accordingly, for each alloying material we obtain our own characteristics.
Известен способ оценки эффективности процесса электроискрового легирования металлической поверхности на различных режимах для различных легирующих металлов, в соответствии с которым для оценки эффективности процесса для каждого легирующего металла определяют величину привеса (эффективность массопереноса), средний коэффициент переноса материала анода (электрод) на катод (легируемая поверхность) и характеристики нанесенного покрытия, оцениваемые по времени хрупкого разрушения, эксплуатационные характеристики легированного слоя и аналогичные характеристики для основного материала. Используя эти показатели определяют обобщенный коэффициент эффективности, представляющий собой коэффициент повышения эксплуатационных характеристик по отношению к энергетическим затратам на получение качественного легированного слоя (см. А.Д.Верхотуров и др. Критерии оценки эффективности процесса электроискрового легирования. - Труды ГОСНИТИ, 1 полугодие 2011, том 107, часть 2, стр.131-137). Известный способ дает возможность выбрать энергетически выгодный, с точки зрения затрат энергии, режим для электроискрового легирования для формирования легированного слоя на металлической поверхности.A known method for evaluating the effectiveness of the process of electrospark alloying of a metal surface in various modes for various alloying metals, according to which to assess the effectiveness of the process for each alloying metal, determine the gain (mass transfer efficiency), the average transfer coefficient of the anode material (electrode) to the cathode (alloyed surface ) and the characteristics of the applied coating, evaluated by the brittle fracture time, the operational characteristics of the alloyed layer and nalogichnye characteristics for the base material. Using these indicators, a generalized coefficient of efficiency is determined, which is the coefficient of increase in operational characteristics in relation to the energy costs of obtaining a high-quality alloy layer (see A.D. Verkhoturov et al. Criteria for evaluating the effectiveness of the process of electric spark alloying. - Proceedings of GOSNITI, 1 half of 2011, Volume 107,
Однако данный способ не дает ответа, насколько эффективно работает само оборудование для электроискрового легирования.However, this method does not give an answer to how effectively the equipment for electrospark alloying itself works.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка способа определения энергетической эффективности процессов обработки материалов электроискровым легированием, используя который, можно определить, насколько эффективно используется мощность, затраченная установкой для электроискрового легирования, для формирования легированного слоя. Еще одной задачей настоящего изобретения является выбор параметров, характеризующих энергетическую эффективность оборудования для импульсных методов электроискровой обработки металлических материалов и отдельных режимов работы этого оборудования.The problem to which the present invention is directed, is to develop a method for determining the energy efficiency of materials processing processes by electrospark alloying, using which one can determine how effectively the power consumed by the apparatus for electrospark alloying is used to form the alloyed layer. Another objective of the present invention is the selection of parameters characterizing the energy efficiency of the equipment for pulsed methods of electric spark treatment of metal materials and the individual modes of operation of this equipment.
Для решения поставленной задачи предлагается способ определения энергетической эффективности процесса обработки материалов на установке электроискрового легирования, включающий:To solve this problem, a method is proposed for determining the energy efficiency of the process of processing materials at the installation of electrospark alloying, including:
запись всех электрических импульсов при выполнении электроискрового легирования поверхностного слоя в течение базового временного периода,recording all electrical impulses when performing electrospark alloying of the surface layer during the base time period,
определение количества всех записанных электрических импульсов N∑ в течение этого базового временного периода,determination of the number of all recorded electrical pulses N ∑ during this basic time period,
определение энергии каждого записанного электрического импульса и определение полного диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов,determining the energy of each recorded electrical impulse and determining the full range of changes in the energy of the recorded electrical impulses,
разделение указанного полного диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов на, по меньшей мере, три зоны: высокоэнергетическую верхнюю зону с энергией электрического импульса не ниже 70% от максимальной записанной энергии электрического импульса, низкоэнергетическую нижнюю зону с энергией электрического импульса не выше 20% от максимальной записанной энергии электрического импульса и размещенную между ними среднюю зону,dividing said full range of energy changes of recorded electrical pulses into at least three zones: a high-energy upper zone with an electric pulse energy of at least 70% of the maximum recorded electric pulse energy, a low-energy lower zone with an electric pulse energy of not higher than 20% of the maximum recorded energy of an electric impulse and the middle zone located between them,
подсчет количества записанных электрических импульсов за базовый временной период для каждой из указанных зон и определение количества рабочих электрических импульсов Nмощ установки как суммы записанных электрических импульсов в высокоэнергетической и средней зонах,counting the number of recorded electrical pulses for the base time period for each of these zones and determining the number of working electrical pulses N power installation as the sum of the recorded electrical pulses in the high-energy and middle zones,
подсчет суммарной энергии Е∑ всех записанных электрических импульсов за базовый временной период и суммарной энергии записанных рабочих электрических импульсов Емощ,calculation of the total energy E ∑ of all recorded electrical pulses for the base time period and the total energy of recorded working electrical pulses E power ,
определение показателей энергетической эффективности процесса обработки материалов электроискровым легированием, включающих, по меньшей мере, коэффициент SN эффективности генерирования рабочих импульсов установки, определяемый по формуле:determination of energy efficiency indicators of the process of processing materials by spark alloying, including at least the coefficient S N of the efficiency of generating the operating pulses of the installation, determined by the formula:
SN=Nмощ/N∑,S N = N power / N ∑ ,
характеризующий удельное количество рабочих импульсов в общем количестве импульсов при обработке материалов электроискровым легированием в установке, иcharacterizing the specific number of working pulses in the total number of pulses in the processing of materials by electrospark alloying in the installation, and
энергетический коэффициент SE использования эффективной мощности процесса обработки материалов электроискровым легированием, определяемый по формуле:energy coefficient S E using the effective power of the process of processing materials by spark alloying, determined by the formula:
SE=Eмощ/E∑,S E = E power / E ∑ ,
характеризующий удельное количество суммарной энергии рабочих импульсов в суммарной энергии всех записанных электрических импульсов при обработке материалов электроискровым легированием,characterizing the specific amount of the total energy of the working pulses in the total energy of all recorded electrical pulses in the processing of materials by spark spark alloying,
и по полученным значениям коэффициентов оценивают эффективность установки электроискрового легирования для формирования легированной слоя.and the obtained values of the coefficients evaluate the effectiveness of the installation of electrospark alloying for forming a doped layer.
Дополнительно определяют комплексный энергетический параметр ∈=SN×SE, характеризующий комплексную эффективность использования технических характеристик оборудования при выполнении обработки материалов электроискровым легированием.Additionally, the complex energy parameter ∈ = S N × S E is determined, which characterizes the integrated efficiency of using the technical characteristics of the equipment when performing materials processing with spark spark alloying.
Предпочтительно, что базовый временной период выбирают длительностью 1-10 с.Preferably, a base time period of 1-10 s is selected.
Предлагаемое изобретение обеспечивает полный учет всех электрических импульсов между электродом (анод) и металлической поверхностью, подвергающейся легированию (катод), выделение из них рабочих импульсов с энергией, достаточной для переноса материала на легируемую поверхность, и низкоэнергетических импульсов с энергией импульса не выше 20% от максимальной записанной энергии электрического импульса, энергии которых недостаточно для переноса материала на легируемую поверхность и которые поэтому не участвуют в процессе легирования металлической поверхности, выделить затраты энергии на низкоэнергетические импульсы из суммарной энергии, подведенной в рабочую зону при выполнении легирования, и оценить эффективность процесса электроискрового легирования по степени использования генерирования импульсов при обработке материала электроискровым легированием (удельное количество рабочих импульсов в общем числе импульсов) и по удельному количеству энергии, затраченному непосредственно на перенос материала, в общих затратах энергии на перенос материала.The present invention provides a complete account of all electrical pulses between the electrode (anode) and the metal surface subjected to alloying (cathode), the allocation of them working pulses with energy sufficient to transfer the material to the alloyed surface, and low-energy pulses with pulse energy not higher than 20% of the maximum recorded energy of the electric pulse, the energy of which is not enough to transfer the material to the alloyed surface and which therefore do not participate in the alloying process on a surface, select the energy consumption for low-energy pulses from the total energy supplied to the working zone during alloying, and evaluate the efficiency of the spark-alloying process by the degree of use of pulse generation when processing material with spark-alloying (specific number of working pulses in the total number of pulses) and by specific the amount of energy spent directly on the transfer of material, in the total cost of energy on the transfer of material.
Для достоверного определения указанных коэффициентов достаточно проводить запись электрических импульсов в течение 1-10 секунд, чтобы набрать достаточное для определения энергетической эффективности количество рабочих импульсов.To reliably determine these coefficients, it is enough to record electrical pulses for 1-10 seconds in order to gain enough working pulses to determine energy efficiency.
Предлагаемое изобретение дает возможность определить для каждого конкретного случая, насколько полно при выполнении обработки материалов электроискровым легированием используются заложенные в оборудование технические характеристики. Предлагаемое изобретение также дает возможность выбрать из имеющихся вариантов наиболее эффективный режим обработки материала электроискровым легированием. Кроме того, предлагаемое изобретение дает возможность сравнить энергетическую эффективность имеющихся и предлагаемых образцов оборудования для обработки материалов электроискровым легированием и выбрать из них наиболее эффективное оборудование.The present invention makes it possible to determine for each specific case, to what extent the technical characteristics incorporated in the equipment are used when performing the processing of materials by electrospark alloying. The present invention also makes it possible to choose from the available options the most effective mode of processing material by electrospark alloying. In addition, the present invention makes it possible to compare the energy efficiency of existing and proposed samples of equipment for processing materials by spark alloying and choose the most effective equipment from them.
Изобретение позволяет оценить качественный уровень оборудования для электроискрового легирования и его отдельных электрических режимов при создании новой техники, отработке прикладных технологий, а также сравнивать имеющееся оборудование с другим оборудованием аналогичного назначения.The invention allows to evaluate the quality level of equipment for electrospark alloying and its individual electrical modes when creating new equipment, developing applied technologies, as well as comparing existing equipment with other equipment for a similar purpose.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Приложенные чертежи поясняют примеры осуществления изобретения и ни в какой мере не ограничивают объема изобретения.The attached drawings illustrate examples of carrying out the invention and in no way limit the scope of the invention.
На фиг.1 приведена блок-схема комплекса для измерения энергетических характеристик установок электроискрового легирования для определения энергетической эффективности процессов обработки материалов электроискровым легированием.Figure 1 shows a block diagram of a complex for measuring the energy characteristics of electrospark alloying plants to determine the energy efficiency of processes for processing materials with electrospark alloying.
На фиг.2-8 показаны диаграммы (на экране монитора ЭВМ), используемые для определения энергетической эффективности процесса обработки материалов электроискровым легированием в соответствии с предлагаемым изобретением.Figure 2-8 shows a diagram (on a computer monitor screen) used to determine the energy efficiency of the process of processing materials with spark spark alloying in accordance with the invention.
На фиг.2 показана запись электрических импульсов в соответствии с заявленным изобретением.Figure 2 shows the recording of electrical pulses in accordance with the claimed invention.
На фиг 3 показана типовая диаграмма, отображающая распределение мощности электрических импульсов в пределах исследуемого базового временного периода (3016 импульсов).Fig. 3 is a typical diagram showing the power distribution of electric pulses within the studied base time period (3016 pulses).
На фиг.4 показана диаграмма для определения диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов максимальной записанной энергии электрического импульса.Figure 4 shows a diagram for determining the range of the energy of the recorded electrical pulses of the maximum recorded energy of the electrical pulse.
На фиг.5 показана диаграмма для определения суммарной мощности всех записанных электрических импульсов.5 is a diagram for determining the total power of all recorded electrical pulses.
На фиг.6 показана диаграмма для определения характеристик импульсов в низкоэнергетической зоне.Figure 6 shows a diagram for determining the characteristics of the pulses in the low-energy zone.
На фиг.7 показана диаграмма для определения характеристик импульсов в высокоэнергетической зоне.7 shows a diagram for determining the characteristics of the pulses in the high-energy zone.
На фиг.8 показана диаграмма для определения характеристик импульсов в средней энергетической зоне.On Fig shows a diagram for determining the characteristics of the pulses in the middle energy zone.
На фиг.9 показан пример использования предлагаемого способа при сравнении энергетической эффективности режимов обработки материала электроискровым легированием для одной из установок электроискрового легирования.Figure 9 shows an example of the use of the proposed method when comparing the energy efficiency of the processing modes of the material by electrospark alloying for one of the installations of electrospark alloying.
Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention
Основными элементами комплекса для определения эффективности процесса обработки материала электроискровым легированием являются исследуемая установка 1 для электроискрового легирования (ЭИЛ), сопротивление 2 (Rш), усилитель 3, аналоговый цифровой преобразователь 4 (АЦП, здесь Е-20-10), компьютер 5 и блок питания 6.The main elements of the complex for determining the effectiveness of the process of material processing by spark doping are the investigated
При выполнении электроискрового легирования установка 1 для электроискрового легирования генерирует электрические импульсы, которые подаются на анод (например, вибрирующий электрод установки электроискрового легирования). При прохождении отдельного электрического импульса через сопротивление 2 снимается сигнал, пропорциональный мощности этого электрического импульса, который далее усиливается усилителем 3 и поступает в аналоговый цифровой преобразователь 4, и оцифрованный сигнал передается в компьютер 5. В компьютере 5 принятый сигнал обрабатывается в соответствии с предлагаемым способом определения энергетической эффективности процессов обработки материалов электроискровым легированием.When performing electrospark alloying, the
Для определения мощности отдельного электрического импульса первоначально генерируют эталонный электрический импульс заданной мощности, например 1 Дж, и записывают сигнал, соответствующий этой эталонной мощности, который является базой для определения мощности всех последующих записываемых сигналов.To determine the power of an individual electric pulse, a reference electric pulse of a given power, for example 1 J, is initially generated and a signal corresponding to this reference power, which is the basis for determining the power of all subsequent recorded signals, is recorded.
Для пояснения реализации изобретения в настоящем примере используются диаграммы, но можно использовать любые другие типы представления информации. Как показано на фиг.2, в течение заданного базового временного периода каждый электрический импульс записывается в виде единичного импульса, амплитуда которого соответствует мощности этого электрического импульса. Каждому записанному импульсу присваивают соответствующий порядковый номер, что обеспечивает определение количества всех импульсов, записанных в течение заданного базового временного периода, определяют импульс с максимальной амплитудой, который будет соответствовать электрическому импульсу с максимальной энергией, и определяют энергию этого электрического импульса, используя предварительно записанный сигнал от эталонного электрического импульса. Амплитуду каждого записанного единичного импульса сравнивают с амплитудой эталонного электрического импульса и таким образом определяют энергию каждого записанного электрического импульса. Таким образом, для заданного базового временного периода получают банк данных, содержащий порядковый номер каждого электрического импульса и его мощность. Используя этот банк данных, строят диаграмму, отображающую распределение мощности электрических импульсов в пределах исследуемого базового временного периода, на которой каждый импульс отображается в виде отдельной точки, как это показано на фиг.3-8.To illustrate the implementation of the invention, diagrams are used in the present example, but any other types of presentation of information can be used. As shown in figure 2, during a given basic time period, each electrical pulse is recorded as a single pulse, the amplitude of which corresponds to the power of this electrical pulse. Each recorded pulse is assigned an appropriate serial number, which ensures the determination of the number of all pulses recorded during a given basic time period, a pulse with a maximum amplitude that will correspond to an electric pulse with a maximum energy is determined, and the energy of this electric pulse is determined using a previously recorded signal from reference electrical pulse. The amplitude of each recorded single pulse is compared with the amplitude of the reference electrical pulse, and thus the energy of each recorded electrical pulse is determined. Thus, for a given base time period, a data bank is obtained containing the serial number of each electrical pulse and its power. Using this data bank, a diagram is constructed showing the distribution of the power of electric pulses within the studied base time period, on which each pulse is displayed as a separate point, as shown in Figs. 3-8.
В общем виде диаграмма, отображающая распределение мощности электрических импульсов, показана на фиг.3. На диаграмме нанесено 3016 точек, каждая из которых отображает соответствующий электрический импульс.In general, a diagram showing the power distribution of electric pulses is shown in FIG. 3. The diagram shows 3016 points, each of which displays a corresponding electrical impulse.
Полный диапазон изменения энергии записанных электрических импульсов определяется полосой в пределах нижней и верхней границ. Нижняя граница совпадает с горизонтальной координатной осью. Верхняя граница диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов соответствует самой верхней точке, отображающей электрический импульс с максимальной энергией. Как показано на Фиг.4, максимальная энергия электрического импульса равна 0,42039 Дж и зарегистрирована для импульса №7369.The full range of the energy changes of the recorded electrical pulses is determined by the band within the lower and upper boundaries. The lower boundary coincides with the horizontal coordinate axis. The upper limit of the energy range of the recorded electrical pulses corresponds to the highest point representing the electrical pulse with maximum energy. As shown in FIG. 4, the maximum energy of the electric pulse is 0.42039 J and is recorded for pulse No. 7369.
Таким образом, диапазон изменения энергии записанных электрических импульсов изменяется от горизонтальной координатной оси (0 Дж.) до 0,42 Дж, и этот диапазон выделен на фиг.5 как зона между горизонтальной линией на уровне 0,42 Дж. и горизонтальной координатной осью. Суммарная мощность всех записанных электрических импульсов равна 204,53 Дж.Thus, the energy variation range of the recorded electrical pulses varies from the horizontal coordinate axis (0 J.) to 0.42 J, and this range is highlighted in Fig. 5 as the area between the horizontal line at the level of 0.42 J. and the horizontal coordinate axis. The total power of all recorded electrical pulses is 204.53 J.
Указанный диапазон изменения энергии записанных электрических импульсов включает в себя три зоны, как это показано на фиг.6-8.The specified range of changes in the energy of the recorded electrical pulses includes three zones, as shown in Fig.6-8.
Низкоэнергетическая зона включает в себя электрические импульсы с энергией импульса не выше 20% от максимальной записанной энергии электрического импульса, которые отображаются точками, образующими насыщенное поле в нижней части диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов. Верхняя граница низкоэнергетической зоны проходит по верхней границе насыщенного поля точек в нижней части диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов, как это показано на фиг.6. В рассматриваемом примере максимальная энергия записанного электрического импульса равна 0,42 Дж. Верхняя граница насыщенного поля точек в нижней части диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов проходит на уровне 0,05 Дж., что соответствует 12,5% от максимальной записанной энергии электрического импульса. Суммарное количество записанных электрических импульсов для низкоэнергетической зоны равно 2390 импульсов. Их суммарная энергия равна 9,4 Дж. Средняя энергия электрического импульса в низкоэнергетической зоне равна 0, 068 Дж.The low-energy zone includes electrical pulses with a pulse energy of not higher than 20% of the maximum recorded energy of the electrical pulse, which are displayed by points forming a saturated field in the lower part of the energy range of the recorded electrical pulses. The upper boundary of the low-energy zone passes along the upper boundary of the saturated field of points in the lower part of the energy range of the recorded electrical pulses, as shown in Fig.6. In the considered example, the maximum energy of the recorded electric pulse is 0.42 J. The upper boundary of the saturated field of dots in the lower part of the energy range of the recorded electric pulses passes at the level of 0.05 J., which corresponds to 12.5% of the maximum recorded energy of the electric pulse. The total number of recorded electrical pulses for the low-energy zone is 2390 pulses. Their total energy is 9.4 J. The average energy of the electric pulse in the low-energy zone is 0, 068 J.
Высокоэнергетическая зона включает в себя электрические импульсы с энергией отдельного электрического импульса не ниже 70% от максимальной записанной энергии электрического импульса, которые отображаются точками, образующими насыщенное поле в верхней части диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов. В рассматриваемом примере максимальная энергия записанного электрического импульса равна 0,42 Дж. Таким образом, нижняя граница высокоэнергетической зоны соответствует горизонтальной линии на уровне 0,3 Дж, как это показано на фиг.7. Суммарное количество записанных электрических импульсов для высокоэнергетической зоны равно 452 импульсам. Их суммарная энергия равна 168,6 Дж. Средняя энергия электрического импульса в высокоэнергетической зоне равна 0,373 Дж.The high-energy zone includes electrical impulses with an individual electrical impulse energy of not less than 70% of the maximum recorded electrical impulse energy, which are displayed by points forming a saturated field in the upper part of the energy range of the recorded electrical impulses. In this example, the maximum energy of the recorded electric pulse is 0.42 J. Thus, the lower boundary of the high-energy zone corresponds to a horizontal line at the level of 0.3 J, as shown in Fig.7. The total number of recorded electrical pulses for the high-energy zone is 452 pulses. Their total energy is 168.6 J. The average energy of the electric pulse in the high-energy zone is 0.373 J.
Средняя зона включает в себя электрические импульсы с энергией отдельного электрического импульса менее 70% от максимальной записанной энергии электрического импульса, но выше энергии отдельного электрического импульса на верхней границе низкоэнергетической зоны, которые отображаются точками, образующими разреженное поле в средней части диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов, как это показано на фиг.8. В рассматриваемом примере верхняя граница средней зоны проходит на уровне 0,3 Дж, а нижняя граница средней зоны проходит на уровне 0,05 Дж. Суммарное количество записанных электрических импульсов для средней зоны равно 174 импульсам. Их суммарная энергия равна 26,5 Дж. Средняя энергия электрического импульса в средней зоне равна 0,152 Дж.The middle zone includes electrical impulses with an individual electrical impulse energy of less than 70% of the maximum recorded electrical impulse energy, but higher than the individual electrical impulse energy at the upper boundary of the low-energy zone, which are displayed by points forming a rarefied field in the middle of the range of recorded energy of electrical impulses as shown in FIG. In this example, the upper boundary of the middle zone passes at the level of 0.3 J, and the lower boundary of the middle zone passes at the level of 0.05 J. The total number of recorded electrical pulses for the middle zone is 174 pulses. Their total energy is 26.5 J. The average energy of the electric pulse in the middle zone is 0.152 J.
В средней зоне точки, отображающие электрические импульсы, могут распределяться равномерно, как это имеет место на фиг.3-8, но могут образовать дополнительную полосу, насыщенную точками подобно высокоэнергетической и низкоэнергетической зонам.In the middle zone, points displaying electrical pulses can be distributed evenly, as is the case in FIGS. 3-8, but can form an additional band saturated with dots like high-energy and low-energy zones.
Электрические импульсы, попавшие в высокоэнергетическую и среднюю зоны, обладают энергией, достаточной для переноса легирующего материала с электрода на легируемую поверхность, и рассматриваются как рабочие импульсы. Таким образом, в рассматриваемом примере суммарное количество рабочих импульсов равно 626 импульсам. Их суммарная энергия равна 195,1 Дж. Средняя энергия рабочего электрического импульса равна 0,312 Дж.Electric pulses that fall into the high-energy and middle zones have enough energy to transfer the alloying material from the electrode to the alloyed surface, and are considered as working pulses. Thus, in this example, the total number of working pulses is equal to 626 pulses. Their total energy is 195.1 J. The average energy of the working electrical pulse is 0.312 J.
Предварительный анализ полученных данных показывает, что исследуемая установка генерирует большое количество низкоэнергетических электрических импульсов, что свидетельствует о неэффективном использовании установки в части генерирования электрических импульсов.A preliminary analysis of the data shows that the installation under study generates a large number of low-energy electrical pulses, which indicates the inefficient use of the installation in terms of generating electrical pulses.
Используя полученные данные, определяем коэффициенты, характеризующие энергетическую эффективность рассматриваемого процесса обработки материалов электроискровым легированием.Using the data obtained, we determine the coefficients characterizing the energy efficiency of the considered process of processing materials with spark spark alloying.
Коэффициент, определяющий эффективность генерирования электрических импульсов и характеризующий удельное количество рабочих импульсов в общем количестве импульсов при обработке материалов электроискровым легированием, определяется по формулеThe coefficient determining the efficiency of generating electrical pulses and characterizing the specific number of working pulses in the total number of pulses in the processing of materials by electrospark alloying is determined by the formula
SN=Nмощ/N∑,S N = N power / N ∑ ,
где Nмощ - количество рабочих электрических импульсовwhere N power is the number of working electrical pulses
N∑ - количество всех записанных электрических импульсов.N ∑ is the number of all recorded electrical pulses.
Для рассматриваемого примера реализации изобретенияFor this example implementation of the invention
SN=626/3016=0,208.S N = 626/3016 = 0.208.
Коэффициент использования эффективной мощности процесса обработки материалов электроискровым легированием, характеризующий удельное количество суммарной энергии рабочих импульсов в суммарной энергии всех записанных электрических импульсов при обработке материалов электроискровым легированием, определяется по формулеThe coefficient of use of the effective power of the process of processing materials by spark doping, which characterizes the specific amount of the total energy of the working pulses in the total energy of all recorded electrical pulses during the processing of materials by spark doping, is determined by the formula
SE=Емощ/Е∑,S E = E power / E ∑ ,
где Емощ - суммарная энергия записанных рабочих электрических импульсов,where E power is the total energy of the recorded working electrical pulses,
Е∑ - суммарная энергия всех записанных электрических импульсов за базовый временной период.E ∑ - the total energy of all recorded electrical pulses for the base time period.
Для рассматриваемого примера реализации изобретения SE=195/204,5=0,954.For this example implementation of the invention, S E = 195 / 204.5 = 0.954.
Полученные значения анализируем с учетом того, что значения коэффициентов SN и SE могут находиться в диапазоне от 0 до 1.The obtained values are analyzed taking into account the fact that the values of the coefficients S N and S E can be in the range from 0 to 1.
Таким образом, по полученным значениям коэффициентов оцениваем эффективность установки электроискрового легирования для формирования легированного слоя и определяем, насколько полно при выполнении обработки материалов электроискровым легированием используются заложенные в оборудовании технические характеристики.Thus, according to the obtained values of the coefficients, we evaluate the efficiency of the installation of electrospark alloying for forming an alloyed layer and determine how fully the technical characteristics incorporated in the equipment are used when performing materials processing with electrospark alloying.
Как видно из приведенного расчета, полученные значения коэффициентов энергетической эффективности подтверждают вывод о неэффективном использовании генерируемых электрических импульсов, что приводит к ускоренному изнашиванию электрических компонентов установки, подверженных воздействию большого количества нерабочих электрических импульсов.As can be seen from the above calculation, the obtained values of the energy efficiency coefficients confirm the conclusion about the inefficient use of the generated electrical pulses, which leads to accelerated wear of the electrical components of the installation, exposed to a large number of inoperative electrical pulses.
В то же время имеем достаточно высокую эффективность использования энергии генерируемых электрических импульсов для переноса легирующего материала на легируемую поверхность.At the same time, we have a rather high efficiency of using the energy of the generated electrical pulses to transfer the alloying material to the alloyed surface.
Рассмотренный пример показывает, что для совершенствования исследуемой установки необходимо добиваться существенного уменьшения количества низкоэнергетических электрических импульсов.The considered example shows that in order to improve the installation under study, it is necessary to achieve a significant reduction in the number of low-energy electric pulses.
Комплексный энергетический параметр, характеризующий эффективность обработки материалов электроискровым легированием, определяется по формулеThe complex energy parameter characterizing the efficiency of processing materials with spark alloying is determined by the formula
Є=SN×SE,Є = S N × S E ,
В рассматриваемом примере комплексный энергетический параметр равенIn this example, the complex energy parameter is
Є=0,208×0,954=0,2.Є = 0.208 × 0.954 = 0.2.
Полученное значение комплексного энергетического параметра также указывает на необходимость совершенствования исследуемой установки путем снижения количества низкоэнергетических электрических импульсов.The obtained value of the complex energy parameter also indicates the need to improve the installation under study by reducing the number of low-energy electric pulses.
Предлагаемый способ определения энергетической эффективности процессов обработки электроискровым легированием был также использован авторами при исследовании энергетической эффективности установки электроискрового легирования нового поколения модели «БИГ-5» во всем диапазоне ее электрических режимов. Результаты приведены на фиг.9, где показаны значения коэффициента SN, характеризующего эффективность использования электрических импульсов, коэффициента SE, характеризующего использование эффективной мощности процесса обработки материалов электроискровым легированием, и комплексного энергетического параметра Є, характеризующего эффективность процесса обработки материалов электроискровым легированием, для 16 различных режимов работы установки электроискрового легирования «БИГ-5», при этом более высокий номер режима соответствует более напряженному режиму электроискрового легирования.The proposed method for determining the energy efficiency of electrospark alloying processes was also used by the authors to study the energy efficiency of a new generation of spark generation alloying apparatus of the BIG-5 model in the entire range of its electrical modes. The results are shown in Fig. 9, which shows the values of the coefficient S N characterizing the efficiency of using electric pulses, the coefficient S E characterizing the use of the effective power of the process of processing materials with spark doping, and the complex energy parameter Є characterizing the efficiency of the process of processing materials with spark doping for 16 different operating modes of the BIG-5 electric spark alloying unit, with a higher mode number corresponding to more intense regime of electrospark alloying.
Как видно из диаграмм на фиг.9, коэффициенты SN, SE и Є существенно изменяются в зависимости от режима работы установки. При этом на более напряженных режимах работы установки энергетическая эффективность установки падает, в особенности существенно уменьшается коэффициент SN, характеризующий эффективность использования электрических импульсов, от 0,48 на «мягких» режимах работы до 0,05 на напряженных режимах работы установки «БИГ-5». Соответственно уменьшаются значения комплексного энергетического параметра Є, от 0,45 на «мягких» режимах до 0,04 на напряженных режимах работы установки электроискрового легирования «БИГ-5». Это подтверждает ранее сделанный вывод о необходимости уменьшать количество низкоэнергетических электрических импульсов при обработке материалов электроискровым легированием.As can be seen from the diagrams in Fig.9, the coefficients S N , S E and Є vary significantly depending on the operating mode of the installation. At the same time, at more intense operating conditions of the installation, the energy efficiency of the installation decreases, in particular, the coefficient S N , which characterizes the efficiency of using electric pulses, decreases significantly from 0.48 in “soft” operating modes to 0.05 in intense operating modes of the BIG-5 installation ". Correspondingly, the values of the complex energy parameter Є decrease, from 0.45 in “soft” modes to 0.04 in the intense operating conditions of the BIG-5 electric-spark alloying unit. This confirms the previously concluded that it is necessary to reduce the number of low-energy electrical pulses in the processing of materials by spark spark alloying.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Для реализации предлагаемого способа определения энергетической эффективности процессов обработки материалов электроискровым легированием можно использовать современные средства обработки результатов измерений, в частности компьютерную программу «Матлаб».To implement the proposed method for determining the energy efficiency of materials processing processes by spark doping, modern means of processing measurement results, in particular the Matlab computer program, can be used.
Предлагаемый способ позволяет объективно определять и оценивать энергетическую эффективность электрических режимов установок электроискрового легирования и может быть использован при анализе процессов электроискровой обработки материалов при создании новых генераторов и установок, а также при сравнительных испытаниях оборудования для электроискрового легирования.The proposed method allows to objectively determine and evaluate the energy efficiency of electrical modes of electrospark alloying plants and can be used in the analysis of processes of electrospark processing of materials when creating new generators and plants, as well as in comparative tests of equipment for electrospark alloying.
Данное описание изобретения служит для пояснения изобретения и ни в какой мере не ограничивает объема изобретения, который определяется формулой изобретения.This description of the invention serves to explain the invention and in no way limits the scope of the invention, which is defined by the claims.
Claims (3)
запись всех электрических импульсов при выполнении электроискрового легирования поверхностного слоя в течение базового временного периода,
определение количества всех записанных электрических импульсов N∑ в течение этого базового временного периода,
определение энергии каждого записанного электрического импульса и определение полного диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов,
разделение указанного полного диапазона изменения энергии записанных электрических импульсов на, по меньшей мере, три зоны: высокоэнергетическую верхнюю зону с энергией электрического импульса не ниже 70% от максимальной записанной энергии электрического импульса, низкоэнергетическую нижнюю зону с энергией электрического импульса не выше 20% от максимальной записанной энергии электрического импульса и размещенную между ними среднюю зону,
подсчет количества записанных электрических импульсов за базовый временной период для каждой из указанных зон и определение количества рабочих электрических импульсов Nмощ установки как суммы записанных электрических импульсов в высокоэнергетической и средней зонах,
подсчет суммарной энергии E∑ всех записанных электрических импульсов за базовый временной период и суммарной энергии записанных рабочих электрических импульсов Емощ,
определение показателей энергетической эффективности процесса обработки материалов электроискровым легированием, включающих, по меньшей мере, коэффициент SN эффективности генерирования рабочих импульсов установки, определяемый по формуле
SN=Nмощ/N∑,
характеризующий удельное количество рабочих импульсов в общем количестве импульсов при обработке материалов электроискровым легированием в установке, и
энергетический коэффициент SE использования эффективной мощности процесса обработки материалов электроискровым легированием, определяемый по формуле
SE=Емощ/Е∑,
характеризующий удельное количество суммарной энергии рабочих импульсов в суммарной энергии всех записанных электрических импульсов при обработке материалов электроискровым легированием,
и по полученным значениям коэффициентов оценивают эффективность установки электроискрового легирования для формирования легированного слоя.1. The method of determining the energy efficiency of the processing of materials at the installation of spark doping, including
recording of all electrical impulses when performing electrospark alloying of the surface layer during the base time period,
determination of the number of all recorded electrical pulses N ∑ during this basic time period,
determining the energy of each recorded electrical pulse and determining the full range of the energy of the recorded electrical pulses,
dividing the indicated full range of energy changes of recorded electrical pulses into at least three zones: a high-energy upper zone with an electric pulse energy of not less than 70% of the maximum recorded electric pulse energy, a low-energy lower zone with an electric pulse energy of not higher than 20% of the maximum recorded energy of an electric impulse and the middle zone located between them,
counting the number of recorded electrical pulses for the base time period for each of these zones and determining the number of working electrical pulses N power installation as the sum of the recorded electrical pulses in the high-energy and middle zones,
calculation of the total energy E ∑ of all recorded electrical pulses for the base time period and the total energy of recorded working electrical pulses E power ,
determination of energy efficiency indicators of the process of processing materials with spark alloying, including at least the coefficient S N of the efficiency of generating the plant operating pulses, determined by the formula
S N = N power / N ∑ ,
characterizing the specific number of working pulses in the total number of pulses in the processing of materials by electrospark alloying in the installation, and
energy coefficient S E of the use of effective power of the process of processing materials by electrospark alloying, determined by the formula
S E = E power / E ∑ ,
characterizing the specific amount of the total energy of the working pulses in the total energy of all recorded electrical pulses in the processing of materials by electrospark alloying,
and the obtained values of the coefficients evaluate the effectiveness of the installation of electrospark alloying for forming a doped layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011135300/02A RU2482943C2 (en) | 2011-08-24 | 2011-08-24 | Method of defining power efficiency of spark doping |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011135300/02A RU2482943C2 (en) | 2011-08-24 | 2011-08-24 | Method of defining power efficiency of spark doping |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011135300A RU2011135300A (en) | 2013-02-27 |
| RU2482943C2 true RU2482943C2 (en) | 2013-05-27 |
Family
ID=48792104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011135300/02A RU2482943C2 (en) | 2011-08-24 | 2011-08-24 | Method of defining power efficiency of spark doping |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2482943C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2104143C1 (en) * | 1995-11-03 | 1998-02-10 | Георгий Георгиевич Палагнюк | Method and device for optimization of machining process |
| DE19910587A1 (en) * | 1998-03-10 | 1999-09-23 | Toshiba Kawasaki Kk | Power calculation device for target measuring system |
| RU12540U1 (en) * | 1999-07-02 | 2000-01-20 | Открытое акционерное общество "ГАЗ" | DEVICE FOR ELECTRIC SPARK DOPING OF METAL SURFACES |
| US20060289312A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Recherche 2000 Inc. | Method and system for electrolyzer diagnosis based on curve fitting analysis and efficiency optimization |
-
2011
- 2011-08-24 RU RU2011135300/02A patent/RU2482943C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2104143C1 (en) * | 1995-11-03 | 1998-02-10 | Георгий Георгиевич Палагнюк | Method and device for optimization of machining process |
| DE19910587A1 (en) * | 1998-03-10 | 1999-09-23 | Toshiba Kawasaki Kk | Power calculation device for target measuring system |
| RU12540U1 (en) * | 1999-07-02 | 2000-01-20 | Открытое акционерное общество "ГАЗ" | DEVICE FOR ELECTRIC SPARK DOPING OF METAL SURFACES |
| US20060289312A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Recherche 2000 Inc. | Method and system for electrolyzer diagnosis based on curve fitting analysis and efficiency optimization |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Верхотуров А.Д. и др. Критерии оценки эффективности процесса электроискрового легирования / Труды ГОСНИТИ, 30.06.2011, т. 107, часть 2, стр.131-137. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011135300A (en) | 2013-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ryl et al. | Evaluation of cavitation erosion–corrosion degradation of mild steel by means of dynamic impedance spectroscopy in galvanostatic mode | |
| Homborg et al. | A critical appraisal of the interpretation of electrochemical noise for corrosion studies | |
| Tang et al. | The metastable pitting potential and its relation to the pitting potential for four materials in chloride solutions | |
| Gabrielli et al. | Review of applications of impedance and noise analysis to uniform and localized corrosion | |
| Xu et al. | Acoustic emission response of sensitized 304 stainless steel during intergranular corrosion and stress corrosion cracking | |
| Darowicki et al. | Investigation of pitting corrosion of stainless steel by means of acoustic emission and potentiodynamic methods | |
| CA2560319A1 (en) | Quantitative transient analysis of localized corrosion | |
| Zhang et al. | In-situ monitoring of pitting corrosion of AZ31 magnesium alloy by combining electrochemical noise and acoustic emission techniques | |
| Hou et al. | Detection of under deposit corrosion in a CO2 environment by using electrochemical noise and recurrence quantification analysis | |
| Huet et al. | Electrochemical noise—Guidance for improving measurements and data analysis | |
| Wu et al. | Acoustic emission of hydrogen bubbles on the counter electrode during pitting corrosion of 304 stainless steel | |
| Izquierdo et al. | In situ monitoring of pit nucleation and growth at an iron passive oxide layer by using combined atomic force and scanning electrochemical microscopy | |
| Huo et al. | Localised corrosion of cathodically protected pipeline steel under the effects of cyclic potential transients | |
| Dostál et al. | Proportional monitoring of the acoustic emission in crypto-conditions | |
| Goodlet et al. | Real-time evaluation of gap flushing in electrical discharge machining | |
| Parvathavarthini et al. | Electrochemical techniques for estimating the degree of sensitization in austenitic stainless steels | |
| Krakowiak et al. | Impedance of metastable pitting corrosion | |
| RU2482943C2 (en) | Method of defining power efficiency of spark doping | |
| Huo et al. | Measuring and understanding the critical duration and amplitude of anodic transients | |
| Kim | Wavelet analysis of potentiostatic electrochemical noise | |
| Huet | Electrochemical noise technique | |
| Witos et al. | Calibration and laboratory testing of computer measuring system 8AE-PD dedicated for analysis of acoustic emission signals generated by partial discharges within oil power transformers | |
| Gao et al. | Material removal mechanisms in electrochemical–mechanical polishing of tantalum | |
| Kain et al. | Development of a single loop EPR test method and its relation to grain boundary microchemistry for alloy 600 | |
| Gupta et al. | Effect of microstructure of low-alloy steel on corrosion propagation in a simulated CO2 environment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140825 |