RU2655420C1 - Device for electric spark metal alloying - Google Patents
Device for electric spark metal alloying Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655420C1 RU2655420C1 RU2017119496A RU2017119496A RU2655420C1 RU 2655420 C1 RU2655420 C1 RU 2655420C1 RU 2017119496 A RU2017119496 A RU 2017119496A RU 2017119496 A RU2017119496 A RU 2017119496A RU 2655420 C1 RU2655420 C1 RU 2655420C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- vibrator
- switch
- transformer
- switches
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- 238000005275 alloying Methods 0.000 title claims description 31
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 title description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 15
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 16
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract 1
- 102100024325 Contactin-3 Human genes 0.000 description 10
- 101710107712 Contactin-3 Proteins 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- JPNWDVUTVSTKMV-UHFFFAOYSA-N cobalt tungsten Chemical compound [Co].[W] JPNWDVUTVSTKMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000677 High-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
- B23H1/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
- B23H7/14—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
- B23H9/06—Marking or engraving
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области технологических процессов обработки металлов, может быть использовано для электроискрового легирования металлических изделий произвольной конфигурации - режущего инструмента, штамповой оснастки, деталей машин и механизмов, их маркировки и нанесения цифробуквенной информации на металлических изделиях.The present invention relates to the field of metal processing processes, can be used for electrospark alloying of metal products of arbitrary configuration — cutting tools, die tools, machine parts and mechanisms, their marking and the application of alphanumeric information on metal products.
Легирование - процесс введения в состав материала (металла, сплава, полупроводника) определенных примесей. Легирование применяют для изменения или улучшения физических и химических свойств металлов, сплавов, в особенности - для придания металлам и сплавам повышенной коррозионной стойкости и/или износостойкости. Металл, подвергшийся легированию, называется легированным. Легирование может быть объемным и поверхностным.Doping is the process of introducing certain impurities into the composition of a material (metal, alloy, semiconductor). Alloying is used to change or improve the physical and chemical properties of metals, alloys, in particular, to give metals and alloys increased corrosion resistance and / or wear resistance. Alloyed metal is called alloyed. Doping can be voluminous and superficial.
Объемное легирование предусматривает введение добавок во весь объем металла.Volume alloying involves the introduction of additives in the entire volume of the metal.
Поверхностное же легирование - введение легирующих добавок только в верхний (поверхностный) слой - используют для создания определенных свойств на поверхности металла изделия, например - антифрикционных или повышающих его (изделия) прочность, износостойкость. Поверхностное обогащение предусматривает проникновение легирующего элемента в слой глубиной от долей миллиметра до двух миллиметров.Surface alloying — the introduction of alloying additives only in the upper (surface) layer — is used to create certain properties on the surface of the metal of the product, for example, antifriction or increase its (product) strength, wear resistance. Surface enrichment involves the penetration of an alloying element into a layer with a depth from fractions of a millimeter to two millimeters.
Выбор технологии и легирующих добавок зависит от отрасли, в которой металлическое изделие будет использоваться [http://www.okorrozii.com/legirovanie.html].The choice of technology and alloying agents depends on the industry in which the metal product will be used [http://www.okorrozii.com/legirovanie.html].
При исследовании уровня техники заявителем выявлены аналоги заявленного устройства для электроискровой обработки металлов.In the study of the prior art, the applicant identified analogues of the claimed device for electric spark metal processing.
Известно устройство электроискровой обработки металлов по патенту RU №2223848, содержащее источник переменного напряжения, электрод-инструмент с наконечником, конденсатор и подключенные параллельно источнику напряжения катушку вибратора и мостовой выпрямитель, положительный потенциал которого заземлен, а отрицательный потенциал соединен через активное сопротивление с электродом-инструментом, отличающееся тем, что конденсатор установлен в цепи катушки вибратора и имеет емкость 
Таким образом, в целом, устройство содержит источник переменного напряжения, электрод-инструмент с наконечником, установленный в цепи катушки вибратора конденсатор и подключенные параллельно источнику напряжения катушку вибратора и мостовой выпрямитель, положительный потенциал которого заземлен, а отрицательный потенциал соединен через активное сопротивление с электродом-инструментом. При электроискровой маркировке металлов в качестве электрода используют высокоуглеродистую проволоку из стали марки Ст45.Thus, in general, the device contains an AC voltage source, an electrode-tool with a tip, a capacitor installed in the circuit of the vibrator coil and a vibrator coil and a bridge rectifier connected in parallel to the voltage source, the positive potential of which is grounded, and the negative potential is connected through an active resistance to the electrode tool. In electrospark marking of metals, a high-carbon steel wire of steel grade45 is used as an electrode.
Недостатками устройства являются ограниченная применимость - оно применимо только для маркировки изделий, с отсутствием применимости для поверхностного упрочнения деталей из-за отсутствия технологических возможностей управления мощностью электроискрового разряда, которая (мощность) определяет глубину упрочняемого слоя. Недостатки ограничивают область применения.The disadvantages of the device are the limited applicability - it is applicable only for marking products, with the lack of applicability for surface hardening of parts due to the lack of technological capabilities to control the power of an electric spark discharge, which (power) determines the depth of the hardened layer. Disadvantages limit the scope.
Известна электроискровая установка для легирования металлических поверхностей по а.с. СССР №283461, содержащая трансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямитель со средней точкой и тиристоры подключена к накопительному конденсатору, в цепь заряда которого включена катушка электромагнитного вибратора, управляющий электрод каждого из тиристоров присоединен через резистор и диод к дополнительному низковольтному выводу того плеча обмотки, в которое включен тиристор, причем соотношение напряжения части обмотки: «дополнительный вывод - средняя точка» и сопротивлений резисторов цепи управления и шунтирующего накопительного конденсатора обеспечивает при холостом ходе установки величину тока управления, меньшую величины тока включения тиристоров. В ней применена электрическая схема, обеспечивающая работу вибратора с частотой 100 Гц.Known electrospark installation for alloying metal surfaces on.with. USSR No. 283461, containing a transformer, the secondary winding of which through a rectifier with a midpoint and thyristors is connected to a storage capacitor, the charge circuit of which includes an electromagnetic vibrator coil, the control electrode of each thyristor is connected through a resistor and a diode to an additional low-voltage terminal of that winding arm, in which is turned on by the thyristor, and the ratio of the voltage of the part of the winding: "additional output is the midpoint" and the resistances of the resistors of the control circuit and the shunt stack Tel'nykh capacitor provides idling setting the control current value less than the inrush current values of the thyristors. It uses an electrical circuit that provides a vibrator with a frequency of 100 Hz.
Недостатком известного устройства является ограниченность имеющихся режимов обработки поверхности детали, а именно - два варианта по мощности разряда, незначительно отличающиеся между собой.A disadvantage of the known device is the limited available modes of surface treatment of the part, namely, two options for discharge power, slightly different from each other.
Из исследованного уровня техники выявлена используемая в промышленности установка электроискрового легирования для упрочения инструмента марки BIG-1 [http:/impexpress.ru/ustanovka_elektroiskrovo].From the investigated prior art revealed the installation in industry of an electric spark alloying for hardening tools brand BIG-1 [http: /impexpress.ru/ustanovka_elektroiskrovo].
Известная установка BIG-1 не является запатентованной, вследствие чего заявитель не смог найти описание ее конструктивных особенностей. Тем не менее, BIG-1 пользуется широким спросом на рынке.The known BIG-1 installation is not patented, as a result of which the applicant could not find a description of its design features. However, the BIG-1 is in high demand in the market.
При сравнении потребительских свойств известной установки BIG-1 с заявленным устройством установлено, что потребительские свойства заявленного устройства на порядок выше, чем у известной установки BIG-1.When comparing the consumer properties of the known BIG-1 installation with the claimed device, it was found that the consumer properties of the claimed device is an order of magnitude higher than that of the known BIG-1 installation.
Так, например:For example:
- вес заявленного устройства равен 3 кг против 7 кг у BIG-1, т.е. заявленное устройство в 2,5 раза легче известного устройства;- the weight of the claimed device is 3 kg against 7 kg for BIG-1, i.e. the claimed device is 2.5 times lighter than the known device;
- количество режимов у заявленного устройства - более 20, против 7 режимов у BIG-1;- the number of modes in the claimed device is more than 20, against 7 modes in BIG-1;
- максимальная толщина упрочненного слоя у заявленного устройства равна 2 мм против максимальной толщины 0,2 мм у BIG-1, т.е. в 10 раз больше;- the maximum thickness of the hardened layer of the claimed device is 2 mm against the maximum thickness of 0.2 mm for BIG-1, i.e. 10 times more;
- производительность заявленного устройства составляет 4 см2/мин при толщине упрочненного слоя в 2 мм против производительности BIG-1 6 см2/мин при толщине упрочненного слоя в 0,01 мм, что при сопоставимой производительности дает увеличение упроченного слоя в 200 раз;- the performance of the claimed device is 4 cm 2 / min when the thickness of the hardened layer is 2 mm against the productivity of BIG-1 6 cm 2 / min when the thickness of the hardened layer is 0.01 mm, which, with comparable productivity, gives an increase in the hardened layer by 200 times;
- габариты заявленного устройства 150×140×85 мм (малогабаритный), что заметно меньше, чем габариты BIG-1, равные 130×300×210 мм.- the dimensions of the claimed device 150 × 140 × 85 mm (small), which is noticeably smaller than the dimensions of BIG-1, equal to 130 × 300 × 210 mm.
Наиболее близким по существу к заявленному техническому решению, выбранному заявителем в качестве прототипа, является устройство электроискрового легирования по патенту RU №2245767, сущностью является устройство для электроискрового легирования, включающее источник питания, зарядно-разрядную цепь, накопительный конденсатор, включенный параллельно электроду-инструменту, схему управления и вибратор (ручной электрододержатель), отличающееся тем, что в зарядную цепь введен симистор с узлом управления напряжением, подаваемым на него, включающим конденсатор, выпрямитель с транзистором и потенциометром, кроме того, в схему введены узел привода электрододержателей, состоящий из мостового выпрямителя и диодного выпрямителя с управляемыми тиристорами, которые посредством переключателя режимов связаны с вибратором, а также узел управления частотой вибрации и частотой импульсов технологического тока, включающий симметричный мультивибратор с потенциометром, и который связан с одной стороны с управляемыми тиристорами узла привода электрододержателей и с другой стороны - с управляемыми тиристорами зарядно-разрядной цепи. Процесс легирования производят при емкостных разрядных конденсаторах 150, 210, 240, 300 мкФ и рабочих частотах вибратора от 100 до 1200 Гц, с электродами из материалов марки ВК-8 и Т15К6. Существенными недостатками прототипа являются:The closest to the claimed technical solution, selected by the applicant as a prototype, is the device of electric spark alloying according to patent RU No. 22575767, the essence is a device for electric spark alloying, including a power source, a charge-discharge circuit, a storage capacitor connected in parallel with the electrode-tool, a control circuit and a vibrator (manual electrode holder), characterized in that a triac with a voltage control unit supplied to it is inserted into the charging circuit, including a capacitor, a rectifier with a transistor and a potentiometer, in addition, an electrode holder drive assembly is introduced into the circuit, consisting of a bridge rectifier and a diode rectifier with controlled thyristors, which are connected to a vibrator by a mode switch, and also a control unit for the vibration frequency and pulse frequency of the technological current, including a symmetric multivibrator with a potentiometer, and which is connected on the one hand with controlled thyristors of the electrode holder drive assembly and on the other hand with control trolled thyristor charge-discharge circuit. The alloying process is carried out with capacitive discharge capacitors 150, 210, 240, 300 uF and vibrator operating frequencies from 100 to 1200 Hz, with electrodes made of VK-8 and T15K6 materials. Significant disadvantages of the prototype are:
- сложность устройства, т.к. оно состоит из восьми видов радиокомпонентов, а именно: симистор, транзистор, тиристор, мультивибратор, конденсатор, резистор, потенциометр и диод;- the complexity of the device, because it consists of eight types of radio components, namely: a triac, transistor, thyristor, multivibrator, capacitor, resistor, potentiometer and diode;
- загроможденность электрической схемы устройства, т.к. оно в своем составе имеет шестьдесят шесть элементов, включая четыре накопительных конденсатора и десять элементов мультивибратора, в силу чего возникают проблемы по отводу выделяющегося тепловой энергии, в особенности при продолжительной работе устройства, что сопровождается снижением производительности труда и приводит к вынужденным остановам для его (устройства) охлаждения;- clutter of the electrical circuit of the device, because it has sixty-six elements in its composition, including four storage capacitors and ten multivibrator elements, as a result of which there are problems in the removal of released heat energy, especially during prolonged operation of the device, which is accompanied by a decrease in labor productivity and leads to forced shutdowns for it (device ) cooling;
- короткий срок службы электромеханического привода электрода из-за больших ударных динамических нагрузок на его элементы на высоких рабочих частотах вибратора, т.к. частота ровна в диапазоне от 100 Гц до 1200 Гц;- short life of the electromechanical drive of the electrode due to large shock dynamic loads on its elements at high operating frequencies of the vibrator, because the frequency is smooth in the range from 100 Hz to 1200 Hz;
- ограниченность функциональных возможностей из-за малого диапазона регулировки вкладываемой в искровой разряд мощности вследствие малого диапазона емкостей накопительных конденсаторов. Пределы регулирования энергии электроискрового разряда устройства составляет от 0,7 до 1,4 Дж;- limited functionality due to the small adjustment range of the power invested in the spark discharge due to the small range of capacitances of the storage capacitors. The limits of energy regulation of the electric spark discharge of the device are from 0.7 to 1.4 J;
- перегрев устройства при длительной работе в силу отсутствия принудительного охлаждения элементов электрической схемы;- overheating of the device during prolonged operation due to the absence of forced cooling of circuit elements;
- относительно большие габариты устройства, ограничивающие его использование на рабочих постах, например, слесаря-инструментальщика, механизатора, ремонтника и т.д.- the relatively large dimensions of the device, limiting its use at work stations, for example, a toolmaker, machine operator, repairman, etc.
Задачей заявленного технического решения является устранение недостатков прототипа, а именно - создание устройства для электроискрового легирования металлов, обладающего:The objective of the claimed technical solution is to eliminate the disadvantages of the prototype, namely, the creation of a device for electrospark alloying of metals with:
- упрощенной конструкцией;- simplified design;
- сниженной загроможденностью;- reduced clutter;
- повышенной эффективностью применения по назначению;- increased effectiveness of the intended use;
- повышенной производительностью труда;- increased labor productivity;
- увеличенным сроком службы электромеханического привода электрода;- increased service life of the electromechanical drive of the electrode;
- увеличенным диапазоном регулировки мощности искрового разряда;- increased range of spark discharge power adjustment;
- сниженными весогабаритными размерами;- reduced weight and size;
- улучшением качества упрочнения, увеличением глубины упрочнения материала изделия и повышением производительности труда при упрочнении и маркировке изделий из металла.- improving the quality of hardening, increasing the depth of hardening of the product material and increasing labor productivity during hardening and labeling of metal products.
Техническим результатом заявленного технического решения является, по сравнению с прототипом:The technical result of the claimed technical solution is, in comparison with the prototype:
- упрощение конструкции за счет уменьшения количества конструктивных элементов устройства, а именно - три вида радиокомпонентов: конденсатор, резистор и диод, вместо восьми у прототипа;- simplification of the design by reducing the number of structural elements of the device, namely, three types of radio components: capacitor, resistor and diode, instead of eight for the prototype;
- снижение загроможденности за счет уменьшения количества элементов электрической схемы - тридцать пять элементов вместо шестидесяти шести у прототипа;- reducing clutter by reducing the number of circuit elements - thirty-five elements instead of sixty six in the prototype;
- повышение эффективности применения по назначению за счет введения вентилятора для охлаждения элементов электрической схемы и расширения функциональных возможностей устройства;- improving the efficiency of the intended use by introducing a fan to cool the elements of the electrical circuit and expand the functionality of the device;
- повышение производительности труда за счет обеспечения возможности работы без останова;- increasing labor productivity by providing the ability to work without interruption;
- увеличение срока службы электромеханического привода электрода за счет уменьшения частоты работы вибратора;- increase the service life of the electromechanical drive of the electrode by reducing the frequency of the vibrator;
- увеличение диапазона регулировки мощности искрового разряда, позволяющее расширение функциональных возможностей устройства. Пределы регулирования энергии электроискрового разряда устройства составляет от 0,7 до 1,4Дж;- increasing the range of adjustment of the power of the spark discharge, allowing the expansion of the functionality of the device. The limits of energy regulation of the electric spark discharge of the device are from 0.7 to 1.4 J;
- снижение весогабаритных размеров устройства за счет упрощения конструкции;- reduction of weight and dimensions of the device due to the simplification of the design;
- улучшение качества упрочнения, увеличение глубины упрочнения материала изделия и повышение производительности труда при упрочнении и маркировке изделий из металла за счет изменения конструктивных особенностей устройства.- improving the quality of hardening, increasing the depth of hardening of the material of the product and increasing labor productivity during hardening and marking of metal products by changing the design features of the device.
Сущность технического решения заключается в устройстве для электроискрового легирования металлического изделия, содержащем корпус, соединенный контактной клеммой с устройством заземления, внутри которого размещены следующие блоки:The essence of the technical solution lies in a device for electrospark alloying of a metal product, comprising a housing connected by a contact terminal to a grounding device, inside of which the following blocks are placed:
блок электропитания, состоящий из трансформатора, сигнальной лампы, расположенной между полюсами первичной обмотки трансформатора параллельно обмотке, включатель/выключатель питания сети и предохранитель, включенные в цепь первичной обмотки трансформатора, включатель/выключатель и предохранитель, включенные в цепь вторичной обмотки трансформатора к выводу, являющемуся общим для рабочих блоков устройства,a power supply unit consisting of a transformer, a signal lamp located between the poles of the transformer primary winding parallel to the winding, a power supply circuit breaker / switch and a fuse included in the transformer primary winding, a switch / circuit breaker and a fuse included in the transformer secondary winding to the terminal being common to the working blocks of the device,
частотный блок, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, состоящий из двухпозиционного переключающего ключа в виде включателя/выключателя, последовательно соединенного с ключом диода,a frequency block connected to the secondary winding of the transformer, consisting of a two-position switching key in the form of a switch / switch connected in series with a diode key,
блок охлаждения, состоящий из выпрямительного моста, предохранителя и вентилятора охлаждения,cooling unit, consisting of a rectifier bridge, a fuse and a cooling fan,
блок накопительных конденсаторов, состоящий из выпрямительного моста со сглаживающим фильтром из конденсатора и резистора, накопительных конденсаторов, резисторов, включателей/выключателей, причем конденсаторы включены между собой параллельно в единую цепь с возможностью объединения/разъединения их емкостей включателями/выключателями,block of storage capacitors, consisting of a rectifier bridge with a smoothing filter of a capacitor and a resistor, storage capacitors, resistors, switches / switches, and the capacitors are connected in parallel with each other in a single circuit with the possibility of combining / disconnecting their capacities by switches / switches,
и, размещенный вне корпуса, вибрационный блок, состоящий из вибратора с электрододержателем и электродом, причем электрододержатель вибратора оснащен механизмом регулирования вылета электрода, а электрод выполнен с возможностью присоединения к плюсовому полюсу выпрямительного моста блока накопительных конденсаторов, к минусовому полюсу которого присоединяется обрабатываемое изделие, а электрод выполнен с возможностью соприкосновения с обрабатываемым изделием.and, located outside the housing, a vibration unit consisting of a vibrator with an electrode holder and an electrode, the electrode holder of the vibrator equipped with a mechanism for regulating the electrode extension, and the electrode is configured to connect to the plus pole of the rectifier bridge of the storage capacitor unit, to the negative pole of which the workpiece is connected, and the electrode is made with the possibility of contact with the workpiece.
Заявителем в результате проведения опытных экспериментальных работ выявлена оптимальная амплитуда возвратно-поступательного движения (колебаний) электрода порядка 1 мм, которая обеспечила исключение прилипания электрода к изделию в процессе его легирования.The applicant as a result of experimental experimental work revealed the optimum amplitude of the reciprocating motion (oscillations) of the electrode of the order of 1 mm, which ensured the exclusion of the electrode sticking to the product during its alloying.
Заявленное устройство иллюстрируется Фиг. 1 - Фиг. 6.The claimed device is illustrated in FIG. 1 - FIG. 6.
На Фиг. 1 приведена электрическая схема заявленного устройства для электроискрового легирования (подробно описана ниже).In FIG. 1 shows the electrical circuit of the claimed device for electrospark alloying (described in detail below).
На Фиг. 2 приведена фотография внешнего вида поверхности образца изделия из стали Ст45, обработанного с применением заявленного устройства при применении электрода диаметром 4 мм из вольфрамокобальтового твердого сплава ВК6.In FIG. 2 shows a photograph of the appearance of the surface of a sample of an article of steel St45, processed using the inventive device using an electrode with a diameter of 4 mm from tungsten-cobalt hard alloy VK6.
На Фиг. 3 приведена фотография шлифа исходного (до обработки) образца из стали Ст45 с отпечатками индентора (алмазного наконечника) микротвердомера марки КМТ-1.In FIG. Figure 3 shows a photograph of a thin section of the initial (before processing) sample of St45 steel with indenter prints (diamond tip) of the KMT-1 microhardness tester.
На Фиг. 4 приведена фотография шлифа обработанного заявленным устройством образца изделия из стали Ст45 при емкости накопительных конденсаторов 28 и 32 в 230 мкФ и частоте работы вибратора 100 Гц. Материал электрода - твердый сплав ВК6, диаметр электрода 4 мм.In FIG. 4 is a photograph of a thin section of a sample of an article of steel St45 processed by the claimed device with a storage capacitor capacitance of 28 and 32 at 230 μF and a vibrator operating frequency of 100 Hz. The electrode material is VK6 hard alloy, the diameter of the electrode is 4 mm.
На Фиг. 5 представлены фотографии устройства, а именно:In FIG. 5 shows photos of the device, namely:
- на фото 5а представлен общий вид,-
- на фото 5б представлен вид спереди,- photo 5b shows a front view,
- на фото 5в представлен вид со стороны питания электрической сети.- photo 5c shows a view from the power supply side.
На Фиг. 6 представлены фотографии изделий, упрочненных путем легирования с применением заявленного устройства.In FIG. 6 presents photographs of products hardened by alloying using the claimed device.
Далее заявителем приведены более подробное описание конструкции заявленного устройства.Further, the applicant provides a more detailed description of the design of the claimed device.
На Фиг. 1 приведена электрическая схема заявленного устройства для электроискрового легирования металлов, которое (устройство) содержит следующие детали и элементы, соединенные между собой электрическими цепями:In FIG. 1 shows the electrical circuit of the claimed device for electric spark alloying of metals, which (device) contains the following parts and elements interconnected by electric circuits:
1 - корпус;1 - housing;
2 - включатель /выключатель тока питания;2 - power current switch / switch;
3, 5, 6 - предохранители для защиты устройства от перегрузок и коротких замыканий в электрических цепях;3, 5, 6 - fuses to protect the device from overloads and short circuits in electrical circuits;
4 - трансформатор для распределения электропитания по рабочим блокам устройства;4 - a transformer for distributing power to the operating units of the device;
7 - сигнальная лампа;7 - signal lamp;
8, 9, …, 15 - включатели/выключатели;8, 9, ..., 15 - switches / switches;
16 - диод;16 - diode;
17 и 18 - выпрямители - диодные мосты;17 and 18 - rectifiers - diode bridges;
19 - конденсатор сглаживающего фильтра;19 - smoothing filter capacitor;
20 - резистор сглаживающего фильтра;20 - smoothing filter resistor;
21, …, 27 - резисторы для сброса напряжения с накопительных конденсаторов 28, …, 34 после завершения рабочего процесса;21, ..., 27 - resistors for resetting voltage from the
28, …, 34 - накопительные конденсаторы;28, ..., 34 - storage capacitors;
35 - вентилятор для защиты элементов электрической схемы от перегрева.35 - fan to protect circuit elements from overheating.
36 - вибратор, размещенный вне корпуса 1, имеющий механизм регулирования вылета электрода 38, например - регулирования с использованием известного червячно-реечного механизма;36 - a vibrator located outside the housing 1, having a mechanism for regulating the extension of the
38 - электрод, который при работе устройства приводят в соприкосновение с обрабатываемым изделием;38 - electrode, which, when the device is in operation, is brought into contact with the workpiece;
39 - обрабатываемое изделие.39 - processed product.
Червячно-реечный механизм регулирования вылета электрода и электрод для воздействия на обрабатываемую поверхность на Фиг. 1 детально не указаны, как элементы, не имеющие прямого отношения к электрической схеме устройства.The worm-rack mechanism for controlling the electrode extension and the electrode for influencing the surface to be treated in FIG. 1 are not specified in detail as elements that are not directly related to the electrical circuit of the device.
Конструкционные элементы заявленного устройства размещают в корпусе 1, например - металлическом, с клеммой, обеспечивающей возможность его (корпуса) соединения с заземлением 37. Элементы конструкции внутри корпуса 1 собраны на монтажной плате, например - с использованием пайки.Structural elements of the claimed device are placed in the housing 1, for example, metal, with a terminal that allows it (the housing) to be connected to the
Элементы заявленного устройства представлены в виде пяти рабочих блоков (см. Фиг. 1), при этом, для исключения загромождения чертежа, блоки не выделены по отдельности:Elements of the claimed device are presented in the form of five working blocks (see. Fig. 1), while, to avoid cluttering the drawing, the blocks are not selected separately:
- блок I (электропитания) содержит размещенный внутри корпуса 1 трансформатор 4 для распределения электропитания по рабочим блокам устройства, включатель/выключатель питания сети 2, предохранители 3 5, между полюсами первичной обмотки трансформатора 4 параллельно (обмотке) включена сигнальная лампа 7, включатель/выключатель 8 для подачи питания рабочим блокам устройства. Включатель/выключатель питания сети 2 и предохранитель 3 включены в цепь первичной обмотки трансформатора 4. Включатель/выключатель 8 и предохранитель 5 включены в цепь вторичной обмотки трансформатора 4 к выводу, являющему общим для рабочих блоков устройства.- block I (power supply) contains a transformer 4 located inside the housing 1 for distributing power to the operating units of the device, a power switch / circuit breaker 2, fuses 3 5, a signal lamp 7, a switch / switch is connected in parallel between the poles of the primary winding of the transformer 4 8 to supply power to the operating units of the device. The power supply circuit breaker / switch 2 and fuse 3 are included in the primary circuit of the transformer 4. The
К вторичной обмотке трансформатора 4 подключены:The secondary winding of the transformer 4 is connected:
- блок II (частотный), состоящий из двухпозиционного переключающего ключа в виде включателя/выключателя 9 и последовательно соединенного с ним (ключом) диода 16. Положение ключа 9 определяет частоту работы вибратора 36, частоту колебаний электрода 38 в электродержателе вибратора и искрообразования между электродом 38 и обрабатываемым изделием 39;- block II (frequency), consisting of a two-position switching key in the form of a switch / switch 9 and a
- блок III (охлаждения), содержащий выпрямительный мост 18, предохранитель 6 и вентилятор охлаждения 35;- block III (cooling), containing a
- блок IV (накопительных конденсаторов) содержащий выпрямительный мост 17 со сглаживающим фильтром из конденсатора 19 и резистора 20, накопительные конденсаторы 28, …, 34, резисторы 21, …, 27 для сброса напряжения с конденсаторов 28, …, 34 после завершения рабочего процесса, ключи (включатели/выключатели) 10, …, 15, причем конденсаторы 28, …, 34 включены между собой параллельно в единую цепь с возможностью объединения (суммирования) или разъединения их емкостей ключами (включателями/выключателями) 10, …, 15;- block IV (storage capacitors) containing a
- блок V (вибрационный), размещенный вне корпуса 1 устройства, содержащий вибратор 36 с электрододержателем и электродом 38. Электрододержатель вибратора 36 оснащен механизмом регулирования вылета электрода 38, например - с использованием известного червячно-реечного механизма. При работе электрод 38 присоединяют к плюсовому (+) полюсу выпрямительного моста 17, а обрабатываемое изделие 39 присоединяют, например - с применением подпружиненного зажима, к минусовому (-) полюсу выпрямительного моста 17. Корпус 1 снабжен контактной клеммой для соединения его (корпуса 1) с устройством заземления 37 при использовании устройства, например - для легирования изделия 39. При работе устройства электрод 38 приводят в соприкосновение с обрабатываемым изделием 39. В зоне соприкосновения электрода 38 и изделия 39 между ними происходит искровой разряд с частотой, задаваемой положением ключа 9. При разряде материал электрода наносится на обрабатываемое изделие, в результате происходит легирование изделия.- block V (vibrational), placed outside the device body 1, comprising a
Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.
Перед началом работы пользователь производит внешний осмотр и убеждается в рабочем состоянии устройства, наличии его заземления, далее устройство подключают к источнику электропитания, например - в электрическую сеть напряжением 220 В, с частотой 50 Гц. Ключом 2 производят подачу электропитания в устройство. Загорающаяся лампа 7 сигнализирует о наличии питания в электрической схеме.Before starting work, the user performs an external inspection and makes sure the device is in working condition, that it is grounded, then the device is connected to a power source, for example, to an electric network with a voltage of 220 V, with a frequency of 50 Hz. Key 2 produce power to the device. An illuminating lamp 7 indicates the presence of power in the electrical circuit.
Распределение электропитания в рабочую часть электрической схемы осуществляет трансформатор тока 4. Для защиты элементов электрической схемы от перегрева предусмотрен осевой вентилятор 35, например - с электропитанием 12 В от диодного моста 18 и действующий, например - в течение всего процесса работы устройства. При потребности вентилятор 35 дополняют датчиком температуры (на Фиг. 1 не указан для исключения загромождения чертежа), связанным с ним (вентилятором) цепью обратной связи, и расположенным (датчиком), например - внутри корпуса устройства. Датчик температуры при достижении допустимого порогового значения нагрева, например - внутри корпуса 1 устройства, через цепь обратной связи включает вентилятор 35, осуществляющий принудительную вентиляцию и охлаждение нагревающихся элементов конструкции заявляемого устройства.The power supply is distributed to the working part of the electric circuit by a current transformer 4. To protect the elements of the electric circuit from overheating, an
Безопасность пользователя от пробоев напряжения на корпус работающего устройства обеспечивают его (корпуса) заземлением 37, например - на провод защитного заземления электрической сети.User safety from voltage breakdowns on the case of a working device is provided by its (case) grounding 37, for example, on the protective grounding wire of the electric network.
Переменные составляющие напряжения после диодного моста 17 сглаживаются RC фильтром из конденсатора 19 и резистора 20.The alternating voltage components after the
При нижеприведенных параметрах элементов конструкции напряжение на накопительных конденсаторах 28, …, 34 не превышает 60 В, что отвечает требованиям безопасности, предъявляемым к сварочным аппаратам.With the following parameters of structural elements, the voltage across the
Резисторы 21, …, 27 предусмотрены для сброса напряжения с конденсаторов 28, …, 34 после завершения рабочего процесса.Resistors 21, ..., 27 are provided to discharge voltage from
Подача напряжения в рабочую часть электрической схемы производится включателем/выключателем 8.The voltage supply to the working part of the electrical circuit is made by the switch /
Электромагнитный вибратор 36 питается от переменного напряжения, оптимальная величина которого Uопт ≈ 30 В. Частота возникающих в вибраторе колебаний переменного напряжения, и, соответственно - частоты колебаний и искрообразования между электродом 38 и изделием 39, в указанном на Фиг. 1 положении ключа 9, соответствует частоте 100 Гц.The
При подаче напряжения через диод 16 переключением цепи питания включателя/выключателя 9 частота колебаний вибратора составит 50 Гц. В схеме заявленного устройства предусмотрены предохранители 3, 5, 6 для защиты устройства от перегрузок и коротких замыканий в электрических цепях.When applying voltage through the
С целью расширения диапазона технологических возможностей устройства, расширения области его применения - как для легирования, так и для маркировки изделий, в блоке IV размещены накопительные конденсаторы 28, …, 34 совместно с ключами 10, …, 15, которые позволяют производить дискретный набор более чем 20 разных фиксированных по величине суммарных емкостей с возможностью регулирования емкости в диапазоне от 10 до 1800 мкФ. Например, если требуется получение емкости в 240 мкФ для упрочнения заготовки, включаются ключи 29 и 32 соответственно.In order to expand the range of technological capabilities of the device, expand the scope of its application - both for alloying and for marking products, in block IV,
Указанные емкости предназначены для выбора и регулирования вкладываемой в искровой разряд мощности с целью регулирования глубины проникновения легирующего материала в легируемое изделие в зависимости от потребностей пользователя.These containers are designed to select and control the power invested in the spark discharge in order to control the depth of penetration of the alloying material into the alloyed product, depending on the needs of the user.
В представленном далее примере реализации заявленного устройства элементы электрической схемы, их марки и номиналы выбраны из существующего перечня широко представленных продаже и реализуемых на рынке радиокомпонентов:In the following example implementation of the claimed device, the elements of the electrical circuit, their brands and ratings are selected from the existing list of radio components widely presented for sale and marketed:
- трансформатор тока 4 - ТА 173-127/220-50;- current transformer 4 - TA 173-127 / 220-50;
- предохранители плавкие стеклянные на 250 В: 3 - 1 А; 5 - 2,5 А; 6 - 0,05 А;- glass fuses for 250 V: 3 - 1 A; 5 - 2.5 A; 6 - 0.05 A;
- индикаторная лампа 7 - 230 В Osmoz Leg 024142;- indicator lamp 7 - 230 V Osmoz Leg 024142;
- включатели/выключатели 2,15 - тумблеры ТП1-2;- switches / switches 2.15 - toggle switches TP1-2;
-диод 16 - 2Д120А1;diode 16 - 2D120A1;
- диодные мосты 17 - MS250 и 18 - SK115;- diode bridges 17 - MS250 and 18 - SK115;
- конденсаторы электролитические на 100 В: 19 - 1000 мкФ, 28 и 29 - по 10 мкФ, 30 - 22 мкФ, 31 - 68 мкФ, 32 - 220 мкФ, 33 - 470 мкФ, 34 - 1000 мкФ;- electrolytic capacitors at 100 V: 19 - 1000 μF, 28 and 29 - 10 μF, 30 - 22 μF, 31 - 68 μF, 32 - 220 μF, 33 - 470 μF, 34 - 1000 μF;
- резисторы 20, …, 27 - по 1 MOM, 0,15 Вт;-
- вентилятор 35 - вентилятор 5Bites [F6010S-3] от персонального компьютера;- fan 35 - fan 5Bites [F6010S-3] from a personal computer;
- вибратор 36 - электрододержатель установки ЭФИ-25.- vibrator 36 - electrode holder installation EFI-25.
При использовании указанных выше радиокомпонентов заявленное техническое решение размещается в корпусе размером 150×140×85 мм (малогабаритный) и имеет массу менее 3,0 кг.When using the above radio components, the claimed technical solution is placed in a case measuring 150 × 140 × 85 mm (small) and has a mass of less than 3.0 kg.
Вышеприведенные конкретные марки и номиналы комплектующих радиокомпонентов, использованные для изготовления действующего устройства как примера заявленного технического решения, не ограничивают перечень радиокомпонентов, которые могут быть использованы для изготовления других вариантов заявленного устройства.The above specific brands and denominations of components of the radio components used to manufacture the existing device as an example of the claimed technical solution do not limit the list of radio components that can be used for the manufacture of other variants of the claimed device.
Эксперименты по обработке поверхностей электроискровыми методами показали, что частота колебаний вибратора не оказывает сколь-нибудь существенного влияния на качество обработки изделий.Experiments on surface treatment by electrospark methods showed that the vibration frequency of the vibrator does not have any significant effect on the quality of processing products.
В практической деятельности частота колебаний вибратора в диапазоне от 50 до 100 Гц достаточна для обеспечения высококачественного упрочнения поверхности металлических изделий различной конфигурации.In practice, the vibration frequency of the vibrator in the range from 50 to 100 Hz is sufficient to provide high-quality hardening of the surface of metal products of various configurations.
При этом синхронность работы вибратора с работой накопительных конденсаторов разряда обеспечивается за счет использования частоты питающей сети, например - 50 Гц. В положении выключателя 9, указанном на Фиг. 1, электромагнит вибратора 36 срабатывает от обеих полуволн напряжения сети переменного тока 50 Гц, поэтому частота работы вибратора при этом становится равной 100 Гц.In this case, the synchronization of the operation of the vibrator with the operation of the storage capacitors of the discharge is ensured by using the frequency of the supply network, for example, 50 Hz. In the position of the switch 9 indicated in FIG. 1, the electromagnet of the
При переключении выключателя 9 в другое положение работа вибратора происходит за счет диода 16 только от одной полуволны, что обеспечивает частоту колебаний электрода в электрододержателе вибратора в 50 Гц.When the switch 9 is switched to a different position, the vibrator operates due to the
На Фиг. 2 приведена фотография поверхности изделия из стали Ст45, обработанного с применением заявленного устройства;In FIG. 2 shows a photograph of the surface of an article of steel St45, processed using the claimed device;
Часть поверхности изделия (в центральной части фото с неровной внешней поверхностью) обработана заявленным устройством при емкости накопительных конденсаторов 28 и 32 в 230 мкФ и частоте работы вибратора 100 Гц. Материал электрода - вольфрамокобальтовый твердый сплав ВК6, диаметр легирующего электрода - 4 мм. На периферии фотоизображения просматривается не подвергнутая обработке часть изделия.Part of the surface of the product (in the central part of the photo with an uneven outer surface) was processed by the claimed device with the capacitance of
При этом на указанном фото видно, что обработанная поверхность имеет неровный, характерный для легированных поверхностей вид. Производительность обработки для указанного режима работы устройства (Фиг. 2) составляет 1 см2 легируемой поверхности за 15 сек.At the same time, it can be seen in the indicated photo that the treated surface has an uneven appearance characteristic of alloyed surfaces. The processing performance for the specified mode of operation of the device (Fig. 2) is 1 cm 2 alloyed surface for 15 seconds.
Заявителем выполнена работа по определению микротвердости поверхности шлифа образца из стали Ст45 до (Фиг. 3) и после (Фиг. 4) обработки его заявленным устройством. Измерение микротвердости производилось на приборе КМТ-1 по известному методу Виккерса [изобретение по патенту RU №2245767].The applicant has done work to determine the microhardness of the surface of the thin section of a sample of steel St45 before (Fig. 3) and after (Fig. 4) processing it with the claimed device. The microhardness was measured on a KMT-1 device according to the well-known Vickers method [invention according to patent RU No. 2245767].
На Фиг. 3 приведена фотография шлифа исходного образца Ст45 с 16 отпечатками индентора прибора КМТ-1.In FIG. Figure 3 shows a photograph of a thin section of the initial St45 sample with 16 imprints of the indenter of the KMT-1 device.
Измерения показали, что микротвердость материала находится в пределах от 260 до 320 кгс/мм2. При этом среднее значение микротвердости материала основы составляет 283 кгс/мм2.Measurements showed that the microhardness of the material is in the range from 260 to 320 kgf / mm 2 . The average microhardness of the base material is 283 kgf / mm 2 .
На Фиг. 4 приведена фотография шлифа обработанного заявленным устройством образца изделия при емкости накопительных конденсаторов С1 и С5 в 230 мкФ и частоте работы вибратора 100 Гц. Материал электрода - твердый сплав ВК6, диаметр легирующего электрода 4 мм.In FIG. 4 is a photograph of a thin section of a product sample processed by the claimed device with a storage capacitor C1 and C5 at 230 μF and a vibrator operating frequency of 100 Hz. The electrode material is VK6 hard alloy, the diameter of the alloying electrode is 4 mm.
На фотографии видна граница воздействия обработки. Граница перехода четкая. Справа обработанный слой, слева - приграничная зона обработанного слоя.The border of the processing effect is visible in the photograph. The transition boundary is clear. On the right is the processed layer, on the left is the border zone of the processed layer.
На каждой зоне было проставлено по 20 отпечатков индентора прибора КМТ-1. Измерения показали, что микротвердость материала обработанного слоя находится в пределах от 870 до 1200 кгс/мм2, приграничной зоны - от 400 до 500 кгс/мм2.In each zone, 20 prints of the indenter of the KMT-1 device were affixed. Measurements showed that the microhardness of the material of the treated layer is in the range from 870 to 1200 kgf / mm 2 , the border zone - from 400 to 500 kgf / mm 2 .
Среднее значение микротвердости обработанного слоя 1021 кгс/мм2, приграничной зоны - 423 кгс/мм2. Сравнение микротвердостей приграничной зоны обработанного слоя образца (423 кгс/мм2) и материала основы (283 кгс/мм2) показывает, что при обработке происходит также повышение микротвердости приграничного слоя основы. Толщина обработанного слоя порядка 2 мм. Таким образом, сопоставление опытных образцов позволяет сделать вывод о повышении микротвердости обработанного материала Ст45 с 283 кгс/мм2 до 1021 кгс/мм2, т.е. более чем в 3.6 раза, при этом достигнуто повышение микротвердости и приграничной зоны обработанного слоя образца до 423 кгс/мм2, т.е. в 1.5 раза.The average microhardness of the treated layer is 1021 kgf / mm 2 , the border zone is 423 kgf / mm 2 . A comparison of the microhardnesses of the border zone of the treated sample layer (423 kgf / mm 2 ) and the base material (283 kgf / mm 2 ) shows that during the treatment the microhardness of the border layer of the base also increases. The thickness of the treated layer is about 2 mm. Thus, a comparison of the test samples allows us to conclude that the microhardness of the treated St45 material is increased from 283 kgf / mm 2 to 1021 kgf / mm 2 , i.e. more than 3.6 times, while achieving an increase in microhardness and the border zone of the treated sample layer to 423 kgf / mm 2 , i.e. 1.5 times.
Действующий образец заявленного устройства собран в корпусе размером 150×140×85 мм (малогабаритный), удобен для применения его на рабочем месте одним работником, например - слесарем-инструментальщиком.The current sample of the claimed device is assembled in a case measuring 150 × 140 × 85 mm (small-sized), convenient for use at the workplace by one worker, for example, a tool maker.
На Фиг. 5 представлены фотографии устройства, а именно:In FIG. 5 shows photos of the device, namely:
- на Фиг. 5а представлен общий вид;- in FIG. 5a is a general view;
- на Фиг. 5б представлен вид спереди;- in FIG. 5b is a front view;
- на Фиг. 5в представлен вид со стороны ввода в корпус устройства провода электропитания от электрической сети.- in FIG. 5c is a view from the input side of the power supply cable from the mains into the device case.
На Фиг. 6 представлены фотографии режущих кромок различных изделий, легированных с применением заявляемого устройства.In FIG. 6 presents photographs of the cutting edges of various products alloyed using the inventive device.
Технология упрочнения поверхностей металлических изделий заявленным устройством для электроискрового легирования следующая.The technology of hardening the surfaces of metal products by the claimed device for electrospark alloying is as follows.
Сначала с учетом особенностей изделия (назначения изделия, свойств и толщины его материала, требуемого значения твердости и др.) производят выбор электрода и режима обработки.First, taking into account the characteristics of the product (the purpose of the product, the properties and thickness of its material, the required value of hardness, etc.), the electrode and the processing mode are selected.
Перед началом работы проверяют исправность элементов устройства, наличие заземления и включателем/выключателем 2 включают заявленное устройство - подают электропитание в рабочую часть электрической схемы устройства, далее подводят вибрирующий электрод в рабочую зону обработки и легким прикосновением электрода к поверхности изделия обрабатывают его поверхность.Before starting work, the serviceability of the elements of the device is checked, the presence of grounding and the on / off switch 2 turn on the claimed device - they supply power to the working part of the electrical circuit of the device, then the vibrating electrode is brought into the working area and the surface is lightly touched by the electrode to the surface of the product.
Глубину проникновения легирующих материалов регулируют путем экспериментального подбора и изменением суммарной емкости конденсаторов 28…34. При этом исходят из того, что при 
Таким же образом зависит степень видимости (качество) наносимой электродом 38 на изделие 39 цифробуквенной информации - чем больше суммарная емкость конденсаторов 28... 34, тем заметнее наносимая электродом 38 на поверхность изделия 39 информация.In the same way, the degree of visibility (quality) of the alphanumeric information applied by the
Эффективность обработки обеспечивают круговым движением рабочего электрода по обрабатываемой поверхности изделия. Шаг движения электрода опытным путем выбирают таким, чтобы на обрабатываемой поверхности не оставлять свободных зон.The processing efficiency is provided by the circular movement of the working electrode along the workpiece surface. The step of electrode movement is experimentally chosen so that there are no free zones on the treated surface.
При маркировке изделий применяют электрод-наконечник из стальной заостренной (заточенной под конус) проволоки, например, диаметром 3 мм.When marking products, an electrode tip is used from a steel pointed (sharpened under a cone) wire, for example, with a diameter of 3 mm.
Ниже приведены примеры конкретного использования заявленного устройства.The following are examples of specific uses of the claimed device.
ПРИМЕР 1. Использование заявленного устройства для обработки металлических изделий.EXAMPLE 1. The use of the claimed device for processing metal products.
Берут два одинаковых изделия, например - два сверла по металлу диаметром 12 мм, изготовленные из быстрорежущей стали Р18. Сверла затачивают одинаковым образом. Затем режущую кромку первого изделия (сверла) подвергают легированию с использованием заявленного устройства, для чего применяют, например, электрод диаметром 3 мм, изготовленный из вольфрамокобальтового твердого сплава ВК6. Второе сверло оставляют не легированным для сравнения.They take two identical products, for example, two drills for metal with a diameter of 12 mm, made of high-speed steel P18. Drills are sharpened in the same way. Then, the cutting edge of the first product (drill) is subjected to alloying using the claimed device, for which purpose, for example, an electrode with a diameter of 3 mm made of tungsten-cobalt hard alloy VK6 is used. The second drill is left unalloyed for comparison.
Затем, поочередно закрепляя сверла в патроне сверлильного станка, каждым из изделий высверливают серию отверстий в теле чугунной болванки без применения охлаждающих средств, при этом сверление выполняют до затупления сверл. Затупление сверл определяют по появляющемуся при сверлении тупым сверлом характерному звуку (визгоподобному).Then, alternately fixing the drills in the chuck of the drilling machine, each of the products is drilled a series of holes in the body of a cast-iron blank without the use of cooling means, while drilling is performed until the drills are blunt. The blunting of the drills is determined by the characteristic sound that appears when drilling with a blunt drill (squealing).
По результатам проведенного по Примеру 1 эксперимента получены следующие результаты.According to the results of the experiment carried out in Example 1, the following results were obtained.
При применении первого изделия - сверла, обработанного (легированного) с помощью заявленного устройства, им (сверлом) до затупления высверлено 68 отверстий глубиной 10 мм.When using the first product - a drill machined (alloyed) using the claimed device, it (a drill) drilled 68
Необработанным (нелегированным) сверлом до затупления высверлено 19 отверстий глубиной 10 мм.An unprocessed (unalloyed) drill before blunting drilled 19
Таким образом, приведенный Пример 1 конкретного выполнения показывает, что износостойкость подвергшегося легированию (обработанного) заявленным устройством сверла по металлу увеличивается более чем в три раза (68:19≈3.6), что обеспечивает повышение производительности труда работника, в том числе и за счет сокращения времени, используемого для заточки затупившегося инструмента.Thus, the given Example 1 of a specific embodiment shows that the wear resistance of a metal drill subjected to alloying (machined) by the claimed device increases by more than three times (68: 19≈3.6), which ensures an increase in the employee's labor productivity, including by reducing the time used to sharpen a dull tool.
ПРИМЕР 2. Использование заявленного устройства для нанесения цифробуквенной информации на металлическую поверхность.EXAMPLE 2. The use of the claimed device for applying alphanumeric information on a metal surface.
Берут пластины с гладкой металлической поверхностью, наносят на них цифробуквенную информацию (надпись) с использованием заявленного устройства.They take plates with a smooth metal surface, apply alphanumeric information (inscription) to them using the claimed device.
Визуально оценивают качество (степень видимости) надписи.Visually assess the quality (degree of visibility) of the inscription.
По результатам проведенного по Примеру 2 эксперимента получены следующие результаты.According to the results of the experiment of Example 2, the following results were obtained.
Выявлена зависимость качества (степени видимости) наносимой электродом на пластину надписи от суммарной емкости конденсаторов 28…34 (Фиг. 1). Визуально установлено, что чем больше суммарная емкость конденсаторов 28…34 (Фиг. 1), тем заметнее наносимая электродом 38 (Фиг. 1) на поверхность изделия 39 (Фиг. 1) информация.The dependence of the quality (degree of visibility) of the electrode applied to the inscription plate on the total capacitance of the
Конкретно установлено, что для нанесения цифробуквенной информации достаточно использовать конденсаторы с суммарной емкостью от 10 до 30 мкФ. Например, при применении заявленного устройства возможно и достаточно использовать конденсаторы 28, 29 и 30 (Фиг. 1).It was specifically established that for applying alphanumeric information it is sufficient to use capacitors with a total capacitance of 10 to 30 microfarads. For example, when using the claimed device, it is possible and sufficient to use
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявителем решены поставленные задачи и достигнут заявленный технический результат, а именно - создано устройство для электроискрового легирования металлов, в котором, по сравнению с прототипом:Based on the foregoing, we can conclude that the applicant has solved the tasks and achieved the claimed technical result, namely, a device has been created for electrospark alloying of metals, in which, in comparison with the prototype:
упрощена конструкция устройства за счет уменьшения количества конструктивных элементов устройства: использовано три вида радиокомпонентов (конденсатор, резистор, диод) вместо восьми у прототипа;the design of the device is simplified by reducing the number of structural elements of the device: three types of radio components (capacitor, resistor, diode) are used instead of eight for the prototype;
- снижена загроможденность устройства за счет уменьшения количества компонентов электрической схемы: использовано тридцать пять элементов вместо шестьдесяти шести у прототипа;- reduced clutter of the device by reducing the number of components of the electrical circuit: used thirty-five elements instead of sixty-six in the prototype;
- повышена эффективность применения по назначению за счет введения вентилятора для охлаждения компонентов электрической схемы;- increased efficiency of the intended use due to the introduction of a fan for cooling components of the electrical circuit;
- повышена производительность труда за счет обеспечения возможности работы без останова при использовании заявленной совокупности признаков;- increased productivity by providing the ability to work without interruption when using the claimed combination of features;
- увеличен срок службы электромеханического привода электрода за счет уменьшения частоты работы вибратора;- increased service life of the electromechanical drive of the electrode by reducing the frequency of the vibrator;
- повышены функциональные возможности устройства за счет расширения диапазона регулировки мощности искрового разряда;- increased functionality of the device by expanding the range of adjustment of the power of the spark discharge;
- снижены весогабаритные размеры за счет упрощения конструкции при использовании заявленной совокупности признаков;- reduced overall dimensions due to simplification of the design when using the claimed combination of features;
- повышены потребительские свойства заявленного устройства, а именно -улучшено качество упрочнения, увеличена глубина упрочнения материала изделия и повышена производительности труда при упрочнении и маркировке изделий из металла за счет изменения конструктивных особенностей устройства при использовании заявленной совокупности признаков;- improved consumer properties of the claimed device, namely, improved quality of hardening, increased depth of hardening of the material of the product and increased labor productivity during hardening and marking of metal products by changing the design features of the device when using the claimed combination of features;
- достигнуто обеспечение возможности непрерывной работы устройства за счет введения дополнительного охлаждения.- achieved the possibility of continuous operation of the device due to the introduction of additional cooling.
Заявленное устройство расширяет перечень инструментов для целевой электроискровой обработки металлических изделий и поверхностей, обладает расширенной, по сравнению с прототипом, областью применения устройств электроискровой обработки металлов. Результаты применения заявленного устройства обеспечивает повышение качества упрочнения, повышение износостойкости и производительности труда при упрочнении и маркировке изделий из металла, повышение производительности труда при использовании упрочненного инструмента.The claimed device extends the list of tools for targeted electrospark processing of metal products and surfaces, has an expanded, compared with the prototype, the scope of devices for electrospark processing of metals. The results of the application of the claimed device provides an increase in the quality of hardening, an increase in wear resistance and labor productivity during hardening and marking of metal products, and an increase in labor productivity when using a hardened tool.
Приведенные примеры использования заявленного устройства показывает его применимость в различных областях промышленной деятельности, в том числе - в инструментальном, литейном и ремонтном производстве, сельхозмашиностроении и автотракторостроении.The above examples of the use of the claimed device shows its applicability in various fields of industrial activity, including - in the tool, foundry and repair production, agricultural machinery and tractor construction.
По мнению заявителя, применение заявленного устройства обеспечивает возможность с использованием различных электродов упрочнять поверхности металлических изделий различной конфигурации, существенно улучшая такие их свойства, как твердость, износостойкость, механическая прочность, коррозионная стойкость, эрозионная прочность, абразивная прочность, усталостная прочность. Кроме того, заявленное устройство используют в производственных условиях для маркировки изделий и нанесения на них цифробуквенной информации. По своим весогабаритным, функциональным и эксплуатационным характеристикам заявленное устройство является инструментом более широкой, по сравнению с прототипом, области применения, может служить повседневным рабочим инструментом, например - слесаря механосборочных работ, слесаря-инструментальщика, механизатора, ремонтника и т.д.According to the applicant, the use of the claimed device provides the possibility of hardening the surfaces of metal products of various configurations using various electrodes, substantially improving their properties such as hardness, wear resistance, mechanical strength, corrosion resistance, erosion strength, abrasive strength, fatigue strength. In addition, the claimed device is used in a production environment for marking products and applying alphanumeric information to them. According to its weight, size, functional and operational characteristics, the claimed device is a tool of a wider scope, as compared with the prototype, and can serve as an everyday working tool, for example, a mechanic for assembly work, a mechanic, toolmaker, machine operator, repairman, etc.
Кроме указанного, при наличии необходимости, упрочненная поверхность может быть обработана (выровнена) с применением известных абразивных материалов с твердостью, превосходящей твердость вольфрамокобальтового твердого сплава ВК6. Указанная обработка может быть использована для придания декоративных качеств, например, после заточки режущих инструментов - ножей, ножниц, резцов и др., при этом потребительские свойства обработанных инструментов не снижаются.In addition to the specified, if necessary, the hardened surface can be processed (smoothed) using known abrasive materials with hardness exceeding that of VK6 tungsten-cobalt hard alloy. The specified processing can be used to give decorative qualities, for example, after sharpening cutting tools - knives, scissors, cutters, etc., while the consumer properties of the processed tools are not reduced.
Заявленное техническое решение удовлетворяет критерию «новизна», так как при определении уровня техники не выявлено устройство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) совокупности признаков, перечисленных в формуле изобретения, включая характеристику назначения.The claimed technical solution meets the criterion of "novelty", since when determining the level of technology, no device is found that has characteristics that are identical (that is, they coincide in the function performed by them and in the form of fulfillment of these signs) of the set of features listed in the claims, including the purpose of the application.
Заявленное техническое решение удовлетворяет критерию «изобретательский уровень», поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат. При этом заявленное техническое решение неочевидно вследствие того, что позволило разрешить казалось бы неразрешимые на дату подачи заявки противоречия в указанной области техники, а именно - обеспечило возможность значительного роста качества обработки по толщине наносимого легированного слоя, по сравнению с прототипом, при значительном упрощении конструкции (36 деталей против 66 у прототипа) и одновременном снижении веса конструкции.The claimed technical solution satisfies the criterion of "inventive step", since no technical solutions have been identified that have features that match the distinguishing features of the claimed invention, and the influence of the distinctive features on the specified technical result is not known. At the same time, the claimed technical solution is not obvious due to the fact that it allowed to resolve the seemingly insoluble contradictions in the indicated technical field at the filing date of the application, namely, it ensured the possibility of a significant increase in the quality of processing by the thickness of the applied alloy layer, compared to the prototype, with a significant simplification of the design ( 36 parts versus 66 for the prototype) while reducing the weight of the structure.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, так как изготовлено с использованием известных материалов, комплектующих изделий, стандартных технических устройств и оборудования.The claimed technical solution meets the criterion of "industrial applicability" to the invention, as it is manufactured using well-known materials, components, standard technical devices and equipment.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119496A RU2655420C1 (en) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | Device for electric spark metal alloying |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119496A RU2655420C1 (en) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | Device for electric spark metal alloying |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2655420C1 true RU2655420C1 (en) | 2018-05-28 |
Family
ID=62559881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017119496A RU2655420C1 (en) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | Device for electric spark metal alloying |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2655420C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2729809C1 (en) * | 2019-04-16 | 2020-08-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" | Process current pulse generator |
| RU2732260C1 (en) * | 2020-01-31 | 2020-09-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Device for electrospark vibration alloying of metals |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU283461A1 (en) * | 1969-01-17 | 1975-10-15 | Опытный Завод Института Прикладной Физики Ан Молдавской Сср | Electro-spark doping plant |
| SU917993A1 (en) * | 1980-08-07 | 1982-04-07 | Краматорский Индустриальный Институт | Apparatus for electric spark alloying |
| JPH04315521A (en) * | 1991-04-11 | 1992-11-06 | I N R Kenkyusho:Kk | Electric discharge machine device |
| RU2245767C1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-02-10 | Хабаровский государственный технический университет | Apparatus for electric spark alloying |
| RU51359U1 (en) * | 2005-08-17 | 2006-02-10 | Нижнетагильский технологический институт УГТУ-УПИ | ELECTRIC SPARKING DEVICE |
-
2017
- 2017-06-02 RU RU2017119496A patent/RU2655420C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU283461A1 (en) * | 1969-01-17 | 1975-10-15 | Опытный Завод Института Прикладной Физики Ан Молдавской Сср | Electro-spark doping plant |
| SU917993A1 (en) * | 1980-08-07 | 1982-04-07 | Краматорский Индустриальный Институт | Apparatus for electric spark alloying |
| JPH04315521A (en) * | 1991-04-11 | 1992-11-06 | I N R Kenkyusho:Kk | Electric discharge machine device |
| RU2245767C1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-02-10 | Хабаровский государственный технический университет | Apparatus for electric spark alloying |
| RU51359U1 (en) * | 2005-08-17 | 2006-02-10 | Нижнетагильский технологический институт УГТУ-УПИ | ELECTRIC SPARKING DEVICE |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2729809C1 (en) * | 2019-04-16 | 2020-08-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" | Process current pulse generator |
| RU2732260C1 (en) * | 2020-01-31 | 2020-09-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Device for electrospark vibration alloying of metals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tang et al. | Experimental study on green electrical discharge machining in tap water of Ti–6Al–4V and parameters optimization | |
| RU2655420C1 (en) | Device for electric spark metal alloying | |
| Tiwary et al. | Influence of various metal powder mixed dielectric on micro-EDM characteristics of Ti-6Al-4V | |
| Egea et al. | Effect of electroplastic cutting on the manufacturing process and surface properties | |
| Nallusamy | Analysis of MRR and TWR on OHNS die steel with different electrodes using electrical discharge machining | |
| US3763343A (en) | Metal treating tool | |
| Shard et al. | Effect of B 4 C abrasive mixed into dielectric fluid on electrical discharge machining | |
| Kaminski et al. | Micro hole machining by conventional penetration electrical discharge machine | |
| Gostimirovic et al. | Inverse electro-thermal analysis of the material removal mechanism in electrical discharge machining | |
| US2418767A (en) | Electrode trimmer | |
| Kumar et al. | Multi-response optimization of magnetic field assisted EDM through desirability function using response surface methodology | |
| RU2732260C1 (en) | Device for electrospark vibration alloying of metals | |
| CN110066994A (en) | The processing method of cutter and the cutter | |
| Agrawal et al. | Development and experimental study of surface-electrical discharge diamond grinding of Al–10 wt% SiC composite | |
| Baron et al. | Characterization of the magnetic abrasive finishing method and its application to deburring | |
| Goyal et al. | Optimization of process parameters in electro-discharge machining using Taguchi method | |
| Vishwakarma et al. | Comparative study of powder mixed EDM and rotary tool EDM performance during machining of Al-SiC metal matrix composites | |
| Pavel et al. | Investigation of pre-dressing time for ELID grinding technique | |
| US3213258A (en) | Electrical stock removal method and apparatus | |
| KR20200093845A (en) | Apparatus for electric discharge milling work | |
| Jaiswal et al. | Effect of peak current and pulse-on time on MRR and TWR in EDM of Ti-6Al-4 V | |
| Chen et al. | A novel power source for high-precision, highly efficient micro w-EDM | |
| Anjum et al. | Machining and Surface Characteristics of AISI 304L After Electric Discharge Machining for Copper and Graphite Electrodes in Different Dielectric Liquids | |
| RU2414999C2 (en) | Electric spark machining of metals | |
| Singh et al. | Influence of parameters on powder mixed electric discharge machining of EN-31 tool steel |