RU2732260C1 - Device for electrospark vibration alloying of metals - Google Patents
Device for electrospark vibration alloying of metals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732260C1 RU2732260C1 RU2020104466A RU2020104466A RU2732260C1 RU 2732260 C1 RU2732260 C1 RU 2732260C1 RU 2020104466 A RU2020104466 A RU 2020104466A RU 2020104466 A RU2020104466 A RU 2020104466A RU 2732260 C1 RU2732260 C1 RU 2732260C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- electrode
- power supply
- frequency
- vibration
- Prior art date
Links
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
- 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
-
- 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 вибрационного легирования металлических изделий произвольной конфигурации – режущего инструмента, штамповой оснастки, деталей машин и механизмов, их маркировки и нанесения цифробуквенной информации на металлических изделиях. The proposed invention relates to the field of technological processes of metal processing, can be used for electrospark vibration alloying of metal products of arbitrary configuration - cutting tools, stamping equipment, machine parts and mechanisms, their marking and application of alphanumeric information on metal products.
Далее в тексте заявителем приведены термины, которые необходимы для облегчения однозначного понимания сущности заявленных материалов и исключения противоречий и/или спорных трактовок при выполнении экспертизы по существу.Further in the text, the applicant provides the terms that are necessary to facilitate an unambiguous understanding of the essence of the declared materials and to exclude contradictions and / or controversial interpretations when performing an examination on the merits.
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. Alloying 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. The alloyed metal is called alloyed. Alloying can be bulk and superficial.
Электроискровое вибрационное (виброплазменное) легирование - процесс легирования материалов с использованием одновременного воздействия электродуговой искры и вибрации электрода в широком диапазоне частот, указанный термин предложен заявителем для исключения неоднозначной трактовки использованного в описании термина. Electrospark vibration (vibroplasma) alloying - the process of alloying materials using the simultaneous action of an electric arc spark and vibration of the electrode in a wide frequency range, this term was proposed by the applicant to avoid ambiguous interpretation of the term used in the description.
Объемное легирование предусматривает введение добавок в весь объём металла. Bulk alloying involves the introduction of additives into the entire volume of the metal.
Поверхностное 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 легирование предусматривает проникновение легирующего элемента в слой глубиной до двух и более миллиметров в случае необходимости.Surface alloying - the introduction of alloying additives only into the upper (surface) layer - is used to create certain properties on the surface of the metal of the product, for example, anti-friction or increasing its (product) strength, wear resistance. Surface alloying provides for the penetration of the alloying element into a layer up to two or more millimeters deep, if necessary.
Выбор технологии и легирующих добавок зависит от отрасли, в которой будет использоваться металлическое изделие [http://www.okorrozii.com/legirovanie.html].The choice of technology and alloying additives 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 заявляемого устройства для электроискровой обработки металлов.In the study of the prior art, the applicant identified analogues of the claimed device for electrospark processing of metals.
Известно устройство электроискровой обработки металлов по патенту РФ №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 С=1/ ώ (ώ L-r tg ψ), где ώ = 2 π f - круговая частота источника переменного напряжения; f - частота колебаний; L - индуктивность катушки вибратора; r - активное сопротивление катушки вибратора; ψ - угол, на который ток катушки вибратора опережает напряжение источника питания; при этом угол ψ найден из условия - π /4< ψ <0.There is a known device for electrospark processing of metals according to the patent of the Russian Federation No. 2223848, containing an alternating voltage source, an electrode-tool with a tip, a capacitor 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 , characterized in that the capacitor is installed in the vibrator coil circuit and has a capacitance C = 1 / ώ (ώ Lr tg ψ), where ώ = 2 π f is the circular frequency of the alternating voltage source; f - vibration frequency; L is the inductance of the vibrator coil; r is the active resistance of the vibrator coil; ψ is the angle by which the vibrator coil current leads the power supply voltage; in this case, the angle ψ was found from the condition - π / 4 <ψ <0.
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 Ст.45. Thus, in general, the device contains an alternating voltage source, a tool electrode with a tip, a capacitor installed in the vibrator coil circuit 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 tool electrode ... In the case of electrospark marking of metals, a high-carbon wire made of steel grade St.45 is used as an electrode.
Недостатком известного устройства является 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.The disadvantage of the known device is its 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 the electric spark discharge, which (power) determines the depth of the hardened layer.
Известно устройство электроискрового легирования по патенту РФ № 2245767, 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. There is a known device for electrospark alloying according to RF patent No. 2245767, which includes a power source, a charge-discharge circuit, a storage capacitor connected in parallel to the electrode-tool, a control circuit and a vibrator (manual electrode holder), characterized in that a triac with a voltage control unit is introduced into the charging circuit supplied to it, including a capacitor, a rectifier with a transistor and a potentiometer, in addition, an electrode holder drive unit is introduced into the circuit, consisting of a bridge rectifier and a diode rectifier with controlled thyristors, which are connected to the vibrator through a mode switch, as well as a vibration frequency control unit and frequency of pulses of the process current, including a symmetric multivibrator with a potentiometer and which is connected, on the one hand, with thyristors controlled by the drive unit of the electrode holders and, on the other hand, with thyristors controlled by the charging-discharge circuit. The alloying process is carried out with capacitive discharge capacitors 150, 210, 240, 300 μF and vibrator operating frequencies from 100 to 1200 Hz, with electrodes made of VK-8 and T15K6 materials.
Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device 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: triac, transistor, thyristor, multivibrator, capacitor, resistor, potentiometer and diode;
- загроможденность электрической схемы устройства, т.к. 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; - cluttered electrical circuit of the device, because it has sixty-six elements, including four storage capacitors and ten multivibrator elements, due to which problems arise in removing the released thermal 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 равна в диапазоне от 100 Гц до 1200 Гц; - short service 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 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;- limited functionality due to the small range of adjustment of the power put into the spark discharge, due to the small range of capacities of storage capacitors;
- перегрев устройства при длительной работе в силу отсутствия принудительного охлаждения элементов электрической схемы; - overheating of the device during long-term operation due to the absence of forced cooling of the electrical circuit elements;
- относительно большие габариты устройства, ограничивающие его использование на рабочих постах, например – слесаря-инструментальщика, механизатора и ремонтника.- relatively large dimensions of the device, limiting its use at work stations, for example - a toolmaker, machine operator and repairman.
Наиболее близким по существу к заявленному техническому решению, выбранному заявителем в качестве прототипа, является устройство электроискрового легирования металлов по патенту РФ № 2655420. Устройство содержит корпус, соединенный контактной клеммой с устройством заземления, внутри которого размещены 4 блока (Фиг. 1): 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, частотный блок, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, состоящий из двухпозиционного переключающего ключа в виде включателя/выключателя, последовательно соединенного с ключом диода, блок охлаждения, состоящий из выпрямительного моста, предохранителя и вентилятора охлаждения, 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, 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.The closest essentially to the claimed technical solution, selected by the applicant as a prototype, is a device for electrospark alloying of metals according to the patent of the Russian Federation No. 2655420. The device contains a housing connected by a contact terminal with a grounding device, inside which 4 blocks are located (Fig. 1): a power supply unit consisting of a transformer, a signal lamp located between the poles of the primary winding of the transformer in parallel with the winding, a mains power on / off switch and a fuse included in the primary circuit of the transformer, an on / off switch and a fuse included in the secondary circuit of the transformer to an outlet common to operating units of the device, a frequency unit connected to the secondary winding of the transformer, consisting of a two-position switching key in the form of an on / off switch connected in series with a diode key, a cooling unit consisting of a rectifier bridge, a fuse and a fan cooling system, a block of storage capacitors, consisting of a rectifier bridge with a smoothing filter of a capacitor and a resistor, storage capacitors, resistors, on / off switches, and the capacitors are connected in parallel in a single circuit with the possibility of combining / disconnecting their capacities by on / off switches, and placed outside the housing, a vibration unit consisting of a vibrator with an electrode holder and an electrode, and the vibrator electrode holder is equipped with a mechanism for regulating the electrode protrusion, and the electrode is configured to be connected to the positive pole of the rectifier bridge of the storage capacitor unit, to the negative pole of which the workpiece is connected, and the electrode is configured to contact with the workpiece.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
1 - отсутствие защиты от короткого замыкания. Это приводит к тому, что при соприкосновении электрода вибратора с обрабатываемым изделием на короткое время происходит короткое замыкание обмотки силового трансформатора, приводящее к кратковременному (порядка 10-8 с) протеканию по обмотке большой силы тока. При работе вибратора с частотой 100 Гц такое замыкание обмотки силового трансформатора будет 100 раз в секунду. В результате через некоторое время происходит перегрев силового трансформатора, что вынуждает прекратить работу по упрочнению и дождаться его остывания. При работе с устройством по патенту РФ № 2655420 перегрев силового трансформатора происходил за время порядка 2-х минут, а время остывания составляло более 5-ти минут;1 - lack of short circuit protection. This leads to the fact that when the vibrator electrode touches the workpiece for a short time, a short circuit of the power transformer winding occurs, leading to a short-term (about 10 -8 s) flow of a large current through the winding. When the vibrator is operating at a frequency of 100 Hz, such a short circuit of the power transformer winding will be 100 times per second. As a result, after a while, the power transformer overheats, which forces the hardening work to stop and wait for it to cool. When working with the device according to RF patent No. 2655420, the power transformer overheated in a time of about 2 minutes, and the cooling time was more than 5 minutes;
2 - из-за синусоидальной формы напряжения питания емкости блока накопительных конденсаторов при работе вибратора не успевают заряжаться до величины питающего напряжения (для прототипа 60 В), а заряжаются до 70% от максимальной величины. Отсюда следует, что расчетная удельная вкладываемая мощность в изделие будет меньше в 2 раза от реальной величины;2 - due to the sinusoidal shape of the supply voltage, the capacitance of the storage capacitor unit during operation of the vibrator does not have time to charge to the supply voltage (for the prototype 60 V), but is charged up to 70% of the maximum value. Hence it follows that the calculated specific power input into the product will be 2 times less than the real value;
3 - максимальная энергия электроискрового разряда равна не 3,24 Дж, как указано в описании изобретения в силу того, что из-за синусоидальности формы напряжения питания оно составляет по факту не более 1,62 Дж, что не всегда позволяет достигнуть потребности упрочнения поверхности изделия.3 - the maximum energy of the electric spark discharge is not 3.24 J, as indicated in the description of the invention due to the fact that due to the sinusoidal shape of the supply voltage, it is in fact no more than 1.62 J, which does not always allow achieving the need for hardening the surface of the product ...
Задачей заявленного технического решения является устранение недостатков прототипа, а именно - создание устройства для электроискрового легирования металлов, обладающего: The task of the claimed technical solution is to eliminate the shortcomings of the prototype, namely, to create a device for electrospark alloying of metals, which has:
- защитой от короткого замыкания;- short circuit protection;
- обеспечения заряда емкостей блока накопительных конденсаторов во время работы до выходного напряжения блока электропитания;- ensuring the charging of the capacitors of the storage capacitor unit during operation up to the output voltage of the power supply unit;
- расширенными функциональными возможностями по сравнению с возможностями прототипа.- enhanced functionality compared to the capabilities of the prototype.
Техническими результатами заявленного технического решения, по сравнению с прототипом являются: The technical results of the claimed technical solution , in comparison with the prototype, are:
1 - обеспечение защиты устройства от короткого замыкания обмотки силового трансформатора за счет отключения цепи электропитания емкостей блока накопительных конденсаторов в момент соприкосновения электрода вибратора с обрабатываемым изделием;1 - protection of the device against short circuit of the winding of the power transformer by disconnecting the power supply circuit of the capacitors of the storage capacitor unit at the moment of contact of the vibrator electrode with the workpiece;
2 - обеспечение заряда емкостей блока накопительных конденсаторов во время работы до выходного напряжения блока электропитания за счет использования прямоугольной формы импульсов блока импульсного источника питания с частотой например 500 Гц;2 - ensuring the charging of the capacitors of the storage capacitor unit during operation to the output voltage of the power supply unit by using a rectangular pulse shape of the switching power supply unit with a frequency of, for example, 500 Hz;
3 - повышение производительности труда за счет обеспечения возможности работы устройства без останова;3 - increase in labor productivity by ensuring the ability of the device to work without interruption;
4 - увеличение диапазона регулировки мощности искрового разряда, позволяющее расширение функциональных возможностей устройства. Пределы регулирования энергии электроискрового разряда устройства составляют от 0,018 до 11,9 Дж (против показателя у прототипа от 0,018 до 1,62 Дж);4 - an increase in the range of adjustment of the spark discharge power, allowing the expansion of the functionality of the device. The limits of regulation of the energy of the electric spark discharge of the device are from 0.018 to 11.9 J (versus the indicator for the prototype from 0.018 to 1.62 J);
5 - обеспечение возможности расширения диапазона работы устройства за счет замены емкости 1000 мкФ сглаживающего фильтра выходного напряжения блока импульсного источника питания на емкость 10 мкФ, что позволяет проводить маркировочные работы без использования емкостей блока накопительных конденсаторов; 5 - providing the possibility of expanding the operating range of the device by replacing the 1000 μF capacitance of the smoothing filter of the output voltage of the switching power supply unit with a capacitance of 10 μF, which allows marking work without using the capacitors of the storage capacitor unit;
6 - улучшение качества упрочнения и увеличение глубины упрочнения материала изделия, повышение эффективности работы устройства при упрочнении и маркировке изделий из металла за счет изменения конструктивных особенностей устройства в целом; 6 - improving the quality of hardening and increasing the depth of hardening of the material of the product, increasing the efficiency of the device when hardening and marking metal products by changing the design features of the device as a whole;
Сущностью заявленного технического решения является устройство для электроискрового вибрационного легирования металлов, содержащее корпус, соединенный контактной клеммой с устройством заземления, внутри которого размещены четыре функциональных блока - блок электропитания, частотный блок, блок охлаждения и блок накопительных конденсаторов, и размещенный вне корпуса устройства вибрационный блок, при этом The essence of the claimed technical solution is a device for electrospark vibration alloying of metals, comprising a housing connected by a contact terminal to a grounding device, inside of which there are four functional units - a power supply unit, a frequency unit, a cooling unit and a storage capacitor unit, and a vibration unit located outside the device case, wherein
блок электропитания состоит из трансформатора, сигнальной лампы, расположенной между полюсами первичной обмотки трансформатора параллельно обмотке, включателя/выключателя питания сети и предохранителя, включенных в цепь первичной обмотки трансформатора, включателя/выключателя и предохранителя, включенных в цепь вторичной обмотки трансформатора к выводу, являющему общим для трех блоков - частотного блока, блока охлаждения и вибрационного блока, причемthe power supply unit consists of a transformer, a signal lamp located between the poles of the primary winding of the transformer parallel to the winding, a mains power on / off switch and a fuse included in the primary circuit of the transformer, an on / off switch and a fuse included in the secondary circuit of the transformer to the common terminal for three units - frequency unit, cooling unit and vibration unit, and
частотный блок состоит из двухпозиционного переключающего ключа в виде включателя/выключателя, последовательно соединенного с ключом диода,the frequency unit consists of a two-position switching key in the form of an on / off switch connected in series with the diode key,
блок охлаждения состоит из выпрямительного моста со сглаживающим фильтром из конденсатора и резистора, предохранителя и вентилятора охлаждения,the cooling unit consists of a rectifier bridge with a smoothing filter of a capacitor and a resistor, a fuse and a cooling fan,
блок накопительных конденсаторов состоит из накопительных конденсаторов, разрядных резисторов, включателей/выключателей, причем конденсаторы через включатели/выключатели включены между собой параллельно в единую цепь с возможностью объединения/разъединения их емкостей включателями/выключателями, аthe block of storage capacitors consists of storage capacitors, discharge resistors, on / off switches, and the capacitors through on / off switches are connected to each other in parallel in a single circuit with the possibility of combining / disconnecting their capacities by switches / switches, and
вибрационный блок состоит из вибратора с электрододержателем и электродом, при этом электрододержатель вибратора оснащен механизмом регулирования вылета электрода, а электрод выполнен с возможностью присоединения к плюсовому полюсу блока накопительных конденсаторов, который выполнен с возможностью присоединения к обрабатываемому изделию минусовым полюсом, а электрод выполнен с возможностью соприкосновения с обрабатываемым изделием, the vibration unit consists of a vibrator with an electrode holder and an electrode, while the vibrator electrode holder is equipped with a mechanism for regulating the stickout of the electrode, and the electrode is adapted to be connected to the positive pole of the storage capacitor unit, which is configured to be connected to the workpiece by the negative pole, and the electrode is made to contact with the workpiece,
отличающееся тем, что оно содержит блок импульсного источника питания, подключенный с возможностью осуществления электропитания блока накопительных конденсаторов и имеющий прямоугольную форму импульсов с частотой 500 Гц, и оснащено защитой от короткого замыкания, причем блок импульсного источника питания совместно с ключами конденсаторов выполнены с возможностью обеспечения дискретного набора разных фиксированных по величине суммарных емкостей в широком диапазоне от 10 до 4840 мкФ.characterized in that it contains a switching power supply unit connected with the possibility of supplying power to the storage capacitor unit and having a rectangular pulse shape with a frequency of 500 Hz, and is equipped with short-circuit protection, and the switching power supply unit together with the capacitor keys are made with the possibility of providing discrete a set of different total capacitances fixed in size in a wide range from 10 to 4840 μF.
Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг.1 – Фиг.8.The claimed technical solution is illustrated in Fig. 1 - Fig. 8.
На Фиг. 1 представлена структурная схема прототипа.FIG. 1 shows a block diagram of a prototype.
На Фиг. 2 представлена структурная схема заявленного технического решения (неправильно назван вибрационный блок).FIG. 2 shows a block diagram of the claimed technical solution (the vibration unit is incorrectly named).
На Фиг. 3 представлена таблица сопоставительного анализа заявленного технического решения с прототипом.FIG. 3 presents a table of comparative analysis of the claimed technical solution with the prototype.
На Фиг. 4 приведена электрическая схема заявленного устройства для электроискрового легирования (подробно описана ниже в примере конкретного выполнения).FIG. 4 shows an electrical diagram of the claimed device for electrospark alloying (described in detail below in a specific example).
На Фиг. 5 и 6 приведены фотографии микроповерхности образцов изделия (культиваторная стрельчатая лапа почвообрабатывающих машин) из стали марки 65Г толщиной 4 мм, обработанных с использованием устройства по прототипу (Фиг.5) и заявленного устройства (Фиг.6) при применении электрода диаметром 4 мм из вольфрамкобальтового твердого сплава ВК6 (увеличение 500 кратное). Обработка поверхности образцов производилась при емкостях накопительных конденсаторов 1800 мкФ. Частота работы вибратора составляла 100 Гц. FIG. 5 and 6 show photographs of the microsurface of the product samples (cultivator duckfoot of tillage machines) made of steel grade 65G with a thickness of 4 mm, processed using the device according to the prototype (Fig. 5) and the claimed device (Fig. 6) when using an electrode with a diameter of 4 mm made of tungsten-cobalt hard alloy VK6 (magnification 500 times). The surface of the samples was processed with storage capacitors of 1800 μF. The vibrator frequency was 100 Hz.
На Фиг. 7 и 8 приведены фотографии микроструктур поверхности поперечного шлифа образцов из стали марки 65Г, соответственно исходного образца (Фиг.7) и образца с электроискровой обработкой с использованием заявленного устройства (Фиг.8) при применении электрода диаметром 4 мм из вольфрамкобальтового твердого сплава ВК6 (увеличение 200-кратное). Обработка поверхности образцов производилась при емкости накопительных конденсаторов 1800 мкФ. Частота работы вибратора составляла 100 Гц. FIG. 7 and 8 show photographs of the microstructures of the surface of a transverse section of specimens made of steel grade 65G, respectively, of the original specimen (Fig. 7) and a specimen with electrospark treatment using the claimed device (Fig. 8) using an electrode with a diameter of 4 mm made of tungsten-cobalt hard alloy VK6 200x). The surface of the samples was processed with a storage capacitor capacity of 1800 μF. The vibrator frequency was 100 Hz.
Заявленное техническое решение реализовано путем совершенствования прототипа. Экспериментальные работы показали возможность использования заявленного устройства, также как и прототипа, в различных областях промышленной деятельности, в том числе - в инструментальном, литейном и ремонтном производстве, сельхозмашиностроении и автотракторостроении.The claimed technical solution is implemented by improving the prototype. Experimental work has shown the possibility of using the claimed device, as well as the prototype, in various areas of industrial activity, including in tooling, foundry and repair production, agricultural machinery and automotive and tractor construction.
Далее приведено описание электрической схемы заявленного устройства. The following is a description of the electrical circuit of the claimed device.
На Фиг. 4 приведена электрическая схема заявленного устройства для электроискрового легирования металлов, которое (устройство) содержит следующие детали и элементы, соединенные между собой электрическими цепями:FIG. 4 shows an electrical diagram of the claimed device for electrospark alloying of metals, which (device) contains the following parts and elements, interconnected by electrical circuits:
1 - корпус;1 - case;
2 - включатель /выключатель тока питания;2 - power current on / off switch;
3, 6 - предохранители для защиты устройства от перегрузок и коротких замыканий в электрических цепях;3, 6 - fuses to protect the device from overloads and short circuits in electrical circuits;
4 - трансформатор для распределения электропитания по рабочим блокам устройства;4 - transformer for power distribution to the working units of the device;
5 - сигнальная лампа;5 - signal lamp;
11, 13, …, 20 - включатели/выключатели;11, 13,…, 20 - switches / switches;
12 - диод;12 - diode;
7 - выпрямитель - диодные мосты;7 - rectifier - diode bridges;
8 - конденсатор сглаживающего фильтра;8 - capacitor of the smoothing filter;
9 - резистор сглаживающего фильтра;9 - resistor of the smoothing filter;
10 - вентилятор для защиты элементов электрической схемы от перегрева.10 - fan to protect electrical circuit elements from overheating.
21, …, 26 - накопительные конденсаторы;21, ..., 26 - storage capacitors;
27, …, 32 - резисторы для сброса напряжения с накопительных конденсаторов 21, …, 26 после завершения рабочего процесса;27, ..., 32 - resistors for dumping voltage from
33 - вибратор, размещенный вне корпуса 1, имеющий механизм регулирования вылета электрода 34, например - регулирования с использованием известного червячно-реечного механизма;33 - a vibrator located outside the housing 1, which has a mechanism for adjusting the stick out of the
34 - электрод, который при работе устройства приводят в соприкосновение с обрабатываемым изделием;34 - electrode, which, during operation of the device, is brought into contact with the workpiece;
35 - обрабатываемое изделие;35 - work piece;
36 - заземление основного корпуса 1;36 - grounding of the main body 1;
37 - клемма заземления промышленного импульсного источника питания.37 - grounding terminal of an industrial switching power supply.
Червячно-реечный механизм регулирования вылета электрода и электрод для воздействия на обрабатываемую поверхность на Фиг. 4 детально не указаны, как общеизвестные элементы, не имеющие прямого отношения к электрической схеме устройства.The worm-and-rack mechanism for regulating the sticking out of the electrode and the electrode for influencing the treated surface in FIG. 4 is not specified in detail as well-known 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 36. The structural elements of the claimed device are placed in a housing 1, for example, a metal one, with a terminal allowing it (the housing) to be connected to ground 36.
Элементы конструкции внутри корпуса 1 собраны на монтажной плате, например - с использованием пайки.The structural elements inside the housing 1 are assembled on a circuit board, for example, using soldering.
Промышленный импульсный источник питания (на схеме показан надписью) имеет электрическую связь с конструкционными элементами заявленного устройства, размещенными в корпусе 1. An industrial switching power supply (shown in the diagram with an inscription) has an electrical connection with the structural elements of the claimed device located in the housing 1.
Корпус промышленного импульсного источника питания имеет клемму 37 для соединения с заземлением. The industrial switching power supply enclosure has a terminal 37 for ground connection.
Промышленный импульсный источник питания и корпус заявленного устройства с размещенными в нем конструкционными элементами крепятся к рабочей монтажной плите. На ней также располагаются вибратор и изделие для обработки.An industrial switching power supply and the body of the claimed device with structural elements placed in it are attached to the working mounting plate. It also houses the vibrator and the product to be processed.
Заявленное устройство представлено в виде шести рабочих блоков, из которых:The claimed device is presented in the form of six working blocks, of which:
• четыре функциональных блока размещены внутри корпуса, снабженного контактной клеммой для соединения его (корпуса 1) с устройством заземления 36: • four functional blocks are located inside the housing, equipped with a contact terminal for connecting it (housing 1) with the earthing device 36:
I - блок электропитания; I - power supply unit;
II - частотный блок; II - frequency block;
III - блок охлаждения;III - cooling unit;
IV - блок накопительных конденсаторов;IV - block of storage capacitors;
• два блока размещены вне корпуса устройства, а именно:• two blocks are located outside the device case, namely:
V - вибрационный блок питания;V - vibration power supply;
VI - блок промышленного импульсного источника питания.VI - block of industrial switching power supply.
При этом для исключения загромождения чертежа, блоки не выделены на Фиг. 4 по отдельности.Moreover, to avoid cluttering the drawing, the blocks are not highlighted in FIG. 4 separately.
Далее заявителем представлены более детальные описания указанных блоков:Further, the applicant presents more detailed descriptions of these blocks:
Блок I (электропитания) содержит: Block I (power supply) contains:
- трансформатор 4, размещенный внутри корпуса 1 для распределения электропитания по рабочим блокам устройства,- transformer 4, located inside the housing 1 for power distribution to the working units of the device,
- включатель/выключатель питания сети 2,- on / off switch for mains 2,
- предохранитель 3, - fuse 3,
- сигнальную лампу 5, включенную между полюсами первичной обмотки трансформатора 4 параллельно (обмотке). -
Включатель/выключатель питания сети 2 и предохранитель 3 включены:Mains 2 power on / off switch and fuse 3 are on:
- в цепь первичной обмотки трансформатора 4, - into the circuit of the primary winding of the transformer 4,
- в частотный блок, - to the frequency block,
- в блок охлаждения, - into the cooling unit,
- в вибрационный блок через предохранитель 6, при этом питание производится от вторичной обмотки трансформатора 4.- to the vibration block through a
Блок II (частотный), подключен к вторичной обмотке трансформатора, например, с напряжением 30 В, и содержит; Block II (frequency) , connected to the secondary winding of the transformer, for example, with a voltage of 30 V, and contains;
- включатель/выключатель 13, - on / off switch 13,
- двухпозиционный переключающий ключ в виде включателя/выключателя 11 и последовательно соединенный с ним (ключом) диод 12. - a two-position switching key in the form of an on / off switch 11 and a
Положение ключа 11 определяет частоту работы вибратора 33, частоту колебаний электрода 34 в электродержателе вибратора и искрообразования между электродом 34 и обрабатываемым изделием 35;The position of the key 11 determines the frequency of operation of the
Блок III (охлаждения), подключенный к вторичной обмотке трансформатора, например, с напряжением 12 В, содержит: Block III (cooling) connected to the secondary winding of the transformer, for example with a voltage of 12 V, contains:
- выпрямительный мост 7 со сглаживающим фильтром из конденсатора 8,- rectifier bridge 7 with a smoothing filter from capacitor 8,
- резистор 9, - resistor 9,
- вентилятор охлаждения 10;- cooling
Блок IV (накопительных конденсаторов) содержит: Block IV (storage capacitors) contains:
- включатель/выключатель 14 для подачи напряжения от промышленного импульсного источника питания, - on / off switch 14 for supplying voltage from an industrial switching power supply,
- конденсаторы 21, …, 26, -
- резисторы 27, …, 32 для сброса напряжения с конденсаторов 21, …, 26 после завершения рабочего процесса, -
- ключи (включатели/выключатели) 15, …, 20, причем конденсаторы 21, …, 26 включены между собой параллельно в единую цепь с возможностью объединения (суммирования) или разъединения их емкостей ключами (включателями/выключателями) 15, …, 20 с обеспечением дискретного набора разных фиксированных по величине суммарных емкостей (с учетом емкости сглаживающего фильтра выходного напряжения промышленного импульсного источника питания) в диапазоне, например, от 10 до 4840 мкФ;- keys (on / off switches) 15, ..., 20, and the
Блок V (вибрационный), размещен вне корпуса 1 устройства, содержит вибратор 33 с электрододержателем и электродом 34. Электрододержатель вибратора 33 оснащен механизмом регулирования вылета электрода 34, например - с использованием известного червячно-реечного механизма. При работе электрод 34 присоединяют к плюсовому (+) выводу блока накопительных конденсаторов, а обрабатываемое изделие 35 присоединяют, например - с применением подпружиненного зажима, к минусовому (-) выводу блока накопительных конденсаторов,. При работе устройства электрод 34 приводят в соприкосновение с обрабатываемым изделием 35. В зоне соприкосновения электрода 34 и изделия 35 между ними происходит искровой разряд с частотой, задаваемой положением ключа 11. При разряде материал электрода наносится на обрабатываемое изделие, в результате происходит легирование изделия; Block V (vibrating) , located outside the housing 1 of the device, contains a
Блок VI (промышленный блок импульсного источника питания), размещен вне корпуса 1 устройства, имеет следующие характеристики: Block VI (industrial block of switching power supply), located outside the housing 1 of the device, has the following characteristics:
- подключен в электрическую цепь первичной обмотки трансформатора 4 блока электропитания;- connected to the electrical circuit of the primary winding of the transformer 4 of the power supply unit;
- имеет мощность, например, 360 Вт;- has a power, for example, 360 W;
- имеет выходное напряжение, например, 70 В;- has an output voltage, for example, 70 V;
- имеет защиту от короткого замыкания;- has short circuit protection;
- имеет прямоугольную форму импульсов выходного напряжения с частотой, например, 500 Гц;- has a rectangular shape of output voltage pulses with a frequency of, for example, 500 Hz;
- емкость сглаживающего фильтра выходного напряжения уменьшена, например, до 10 мкФ;- the capacitance of the output voltage smoothing filter is reduced, for example, to 10 μF;
- положительный потенциал выходного напряжения источника питания подсоединен к плюсовому полюсу блока накопительных конденсаторов;- the positive potential of the output voltage of the power supply is connected to the positive pole of the storage capacitor unit;
- отрицательный потенциал подсоединен к минусовому полюсу блока накопительных конденсаторов;- negative potential is connected to the negative pole of the storage capacitor unit;
- корпус промышленного импульсного источника питания снабжен контактной клеммой для соединения его (корпуса) с устройством заземления.- the case of an industrial switching power supply is equipped with a contact terminal to connect it (the case) to the grounding device.
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.Before starting work, the user makes an external examination and makes sure that the device is in working condition, that it is grounded. Next, the device is connected to a power source, for example, to an electrical network with a voltage of 220 V, with a frequency of 50 Hz.
Ключом 2 производят подачу электропитания в устройство. Загорающаяся лампа 5 сигнализирует о наличии питания в электрической схеме. Key 2 is used to supply power to the device.
Работа вентилятора 10 позволяет убедиться в наличии охлаждения рабочих элементов электрической схемы в корпусе 1. Работоспособность промышленного импульсного источника питания подтверждается работой его вентилятора и загоранием сигнальной лампы наличия электрического питания.The operation of the
Распределение электропитания в рабочую часть электрической схемы осуществляет трансформатор тока 4. The distribution of power to the working part of the electrical circuit is carried out by the current transformer 4.
Для защиты элементов электрической схемы от перегрева предусмотрен осевой вентилятор 10, например - с электропитанием 12 В от диодного моста 7 со сглаживающим фильтром из конденсатора 8 и резистора 9, действующий в течение всего процесса работы устройства.To protect the elements of the electrical circuit from overheating, an
Безопасность пользователя от пробоев напряжения на корпус работающего устройства обеспечивают его заземлением 36 и 37, например - на провод защитного заземления электрической сети.The user's safety against voltage breakdowns on the case of the operating device is ensured by grounding 36 and 37, for example, to the protective grounding wire of the electrical network.
Электромагнитный вибратор 33 питается от переменного напряжения, оптимальная величина которого Uопт ≈ 30 В. Подача на него питания производится включателем/выключателем 13. Частота возникающих в вибраторе колебаний переменного напряжения, и, соответственно - частоты колебаний и искрообразования между электродом 34 и изделием 35, в указанном на Фиг. 4 положении ключа 11, соответствует частоте 100 Гц.
При подаче напряжения через диод 12 переключением цепи питания включателя/выключателя 11 частота колебаний вибратора составит 50 Гц. When voltage is applied through the
При включении ключа 14 на анод (электрод) и катод (изделие) подается напряжение от накопительного конденсатора 10 мкФ импульсного источника питания.When the key 14 is turned on, the voltage is supplied to the anode (electrode) and cathode (product) from the
При работе электромагнитного вибратора 33 энергия электрической искры в изделие будет передаваться от емкости импульсного источника питания. When the
С целью расширения диапазона технологических возможностей устройства, расширения области его применения - как для легирования, так и для маркировки изделий, в блоке IV (блок накопительных конденсаторов) размещены накопительные конденсаторы 21, …, 26 совместно с ключами 15, …, 20, которые позволяют производить дискретный набор более чем 20 разных фиксированных по величине суммарных емкостей с возможностью регулирования емкости в диапазоне от 10 до 4840 мкФ. 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 (block of storage capacitors)
Например, если требуется получение емкости в 430 мкФ для упрочнения заготовки, включаются ключи 21 и 22 соответственно. For example, if a capacitance of 430 μF is required to strengthen the workpiece,
Емкости блока накопительных конденсаторов 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.The capacities of the storage capacitor unit are designed to select and control the power input into the spark discharge in order to control the depth of penetration of the alloying material into the alloyed product depending on the user's needs.
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 example of the implementation of the claimed device presented below, the elements of the electrical circuit, their brands and ratings are selected from the existing list of radio components widely sold and sold on the market:
- трансформатор тока 4 – ТП-115-17;- current transformer 4 - TP-115-17;
- предохранители плавкие стеклянные на 250 В: 3 – 0,2 А; 6 – 1,0 А;- 250 V glass fusible fuses: 3 - 0.2 A; 6 - 1.0 A;
- индикаторная лампа 5 - 230 В Osmoz Leg 024142;- indicator lamp 5 - 230 V Osmoz Leg 024142;
- включатели/выключатели 11,13 – 20 тумблеры ТП1-2;- switches / switches 11.13 - 20 toggle switches TP1-2;
-диод 12 - 2Д120А1;- diode 12 - 2D120A1;
- диодный мост 7 - SK115;- diode bridge 7 - SK115;
- конденсаторы электролитические на 100 В: 8 - 10 мкФ, 21 - 100 мкФ, 22 – 320 (220+100) мкФ, 23 - 470 мкФ, 3 4- 940 (470+470) мкФ, 25 - 1000 мкФ, 26 - 2000 (1000+1000) мкФ;- electrolytic capacitors for 100 V: 8 - 10 μF, 21 - 100 μF, 22 - 320 (220 + 100) μF, 23 - 470 μF, 3 4 - 940 (470 + 470) μF, 25 - 1000 μF, 26 - 2000 (1000 + 1000) μF;
- резисторы 9, 27, …, 32 - по 1 MOM, 0,15 Вт;-
- вентилятор 35 - вентилятор 5Bites [F6010S-3] от персонального компьютера;- fan 35 - 5Bites fan [F6010S-3] from a personal computer;
- вибратор 36 - электрододержатель установки ЭФИ-25.- vibrator 36 - electrode holder of the EFI-25 installation.
При использовании указанных выше радиокомпонентов заявленное техническое решение (без промышленного импульсного источника питания) 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 (without an industrial switching power supply) is placed in a 150 × 140 × 85 mm (small-sized) case 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 ratings of radio components used to manufacture a working device as an example of the claimed technical solution do not limit the list of radio components that can be used to manufacture other versions 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 electric spark methods have shown that the vibration frequency of the vibrator does not have any significant effect on the quality of product processing.
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.
Далее приведено осуществление заявленного технического решения - технология упрочнения поверхностей металлических изделий заявленным устройством для электроискрового легирования.The following is the implementation of the claimed technical solution - the technology of hardening the surfaces of metal products by the claimed device for electrospark alloying.
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 подают электропитание в заявленное устройство, далее подводят вибрирующий электрод в рабочую зону обработки и легким прикосновением электрода к поверхности изделия обрабатывают его поверхность.Before starting work, check the serviceability of the elements of the device, the presence of grounding and switch / switch 2 supply power to the claimed device, then bring the vibrating electrode into the working area of processing and lightly touch the electrode to the surface of the product, treat its surface.
Глубину проникновения легирующих материалов регулируют путем экспериментального подбора и изменением суммарной емкости конденсаторов 21…26.The depth of penetration of alloying materials is regulated by experimental selection and by changing the total capacity of
При этом исходят из того, что при высоких значениях суммарной емкости большей оказывается вложенная вибратором 33 в искровой разряд мощность и легирующий материал глубже проникает в тело легируемого изделия 35.In this case, it is assumed that at high values of the total capacity, the power put into the spark discharge by the
Таким же образом степень видимости (качество) наносимой электродом 34 на изделие 35 цифробуквенной информации зависит от суммарной емкости конденсаторов 21... 26 - чем больше суммарная емкость конденсаторов 21... 26, тем заметнее наносимая электродом 34 на поверхность изделия 35 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 выбирают опытным путем таким образом, чтобы на обрабатываемой поверхности не оставлять свободных зон.The efficiency of processing is ensured by the circular movement of the working electrode along the processed surface of the product. The step of movement of the electrode is chosen empirically in such a way that no free zones are left on the treated surface.
Заявителем в результате проведения опытных экспериментальных работ выявлена оптимальная амплитуда возвратно-поступательного движения (колебаний, вибрации) электрода в диапазоне до 1 мм, которая обеспечила исключение прилипания электрода к изделию в процессе его легирования, в результате чего обеспечена возможность нанесения более качественного однородного слоя. The applicant, as a result of experimental experimental work, revealed the optimal amplitude of the reciprocating motion (oscillations, vibration) of the electrode in the range of up to 1 mm, which ensured the elimination of sticking of the electrode to the product during its alloying, as a result of which the possibility of applying a higher-quality homogeneous layer was provided.
При маркировке изделий применяют электрод-наконечник из стальной заостренной (заточенной под конус) проволоки, например, диаметром 3 мм.When marking products, a tip electrode is used made of steel pointed (sharpened under a cone) wire, for example, 3 mm in diameter.
Результаты приведены на Фиг.5 – Фиг.8.The results are shown in Fig. 5 - Fig. 8.
На Фиг. 5 и 6 приведены фотографии микроповерхности образцов изделия (культиваторная стрельчатая лапа почвообрабатывающих машин) из стали марки 65Г толщиной 4 мм, обработанных с использованием устройства по прототипу и заявленного устройства при применении электрода диаметром 4 мм из вольфрамкобальтового твердого сплава ВК6 (увеличение 500 кратное). Обработка поверхности образцов производилась при емкостях накопительных конденсаторов 1800 мкФ. Частота работы вибратора составляла 100 Гц. FIG. 5 and 6 show photographs of the microsurface of the product samples (cultivator duckfoot of soil-cultivating machines) made of steel grade 65G with a thickness of 4 mm, processed using the device according to the prototype and the claimed device using an electrode with a diameter of 4 mm made of tungsten-cobalt hard alloy VK6 (magnification 500 times). The surface of the samples was processed with storage capacitors of 1800 μF. The vibrator frequency was 100 Hz.
Для изучения топографии поверхностей был использован микроскоп levenhuk 40l/50l/d50l в комплекте с персональным компьютером. Сравнение фотографий микроструктур показало, что действительно при электроискровой обработке поверхности с применением устройства по прототипу на поверхности остались зоны, не подвергнутые воздействию электрической искры. A levenhuk 40l / 50l / d50l microscope complete with a personal computer was used to study the surface topography. Comparison of photographs of microstructures showed that, indeed, during the electrospark treatment of the surface using the device according to the prototype, there were still zones on the surface that were not exposed to the electric spark.
Это означает, что в процессе работы накопительные конденсаторы не заряжались до напряжения питания, вследствие этого энергии конденсаторов оказалось недостаточным для воздействия на всю обрабатываемую поверхность, в отличие от заявленного устройства.This means that during operation, the storage capacitors were not charged to the supply voltage, as a result of which the energy of the capacitors turned out to be insufficient to affect the entire treated surface, in contrast to the claimed device.
На Фиг. 7 и 8 приведены фотографии микроструктур поверхности поперечного шлифа образцов из стали марки 65Г, соответственно исходного образца и образца с электроискровой обработкой с использованием заявленного устройства при применении электрода диаметром 4 мм из вольфрамкобальтового твердого сплава ВК6 (увеличение 200-кратное). Обработка поверхности образцов производилась при емкости накопительных конденсаторов 1800 мкФ. Частота работы вибратора составляла 100 Гц. FIG. Figures 7 and 8 show photographs of the microstructures of the surface of a transverse section of specimens made of steel grade 65G, respectively, of the initial specimen and a specimen with electrospark treatment using the claimed device using an electrode with a diameter of 4 mm made of tungsten-cobalt hard alloy VK6 (magnification 200 times). The surface of the samples was processed with a storage capacitor capacity of 1800 μF. The vibrator frequency was 100 Hz.
Определение и фотографирование микроструктуры выполнялось с помощью инвертированного металлографического микроскопа Olympus GX51 с увеличением от 50х до 1000х. Микроструктура эталонного (исходного) образца (Фиг.7) соответствует микроструктуре малоуглеродистой (доэвтектоидной) стали после отжига. Зернистая феррито-перлитная структура с преобладанием феррита. Сравнение микроструктур эталонного образца и основного материала образцов, подвергнутых электроискровой обработке, показало идентичность их структур.Determination and photographing of the microstructure was carried out using an Olympus GX51 inverted metallographic microscope with a magnification from 50x to 1000x. The microstructure of the reference (original) sample (Fig. 7) corresponds to the microstructure of low-carbon (hypo-eutectoid) steel after annealing. Granular ferrite-pearlite structure with a predominance of ferrite. Comparison of the microstructures of the reference sample and the base material of the samples subjected to electrospark treatment showed the identity of their structures.
Поверхностный слой, сформированный при электроискровом вибрационном упрочнении, которое, по мнению заявителя, можно назвать и виброплазменым упрочнением (Фиг. 8), представляет собой новую композиционную структуру. The surface layer formed by electrospark vibration hardening, which, according to the applicant, can also be called vibroplasma hardening (Fig. 8), is a new composite structure.
Верхний тонкий слой состоит из материала анода, модифицированного элементами материала катода и межэлектродной среды. Под верхним слоем располагается модифицированный упрочненный слой, состоящий из смеси материалов анода и катода. Под ним располагается зона термического влияния, образованная в результате импульсного теплового воздействия. Ее структура отличается от базовой структуры материала обрабатываемой детали как строением, так и зернистостью. Упрочнение материала основы по глубине детали при электроискровой обработке происходит преимущественно на 0,5 – 1,0 мм.The upper thin layer consists of the anode material modified by elements of the cathode material and the interelectrode medium. Under the top layer is a modified hardened layer consisting of a mixture of anode and cathode materials. Under it is a heat-affected zone formed as a result of impulse heat exposure. Its structure differs from the basic structure of the material of the workpiece in both structure and grain size. The strengthening of the base material along the depth of the part during electric spark machining occurs mainly by 0.5 - 1.0 mm.
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, it can be concluded that the applicant has solved the assigned tasks and achieved the claimed technical result, namely, a device for electrospark alloying of metals has been created, in which, in comparison with the prototype:
1 - обеспечена защита устройства от короткого замыкания обмотки силового трансформатора за счет отключения цепи электропитания емкостей блока накопительных конденсаторов в момент соприкосновения электрода вибратора с обрабатываемым изделием;1 - protection of the device against short circuit of the winding of the power transformer is provided by disconnecting the power supply circuit of the capacitors of the storage capacitor unit at the moment of contact of the vibrator electrode with the workpiece;
2 - обеспечен заряд емкостей блока накопительных конденсаторов во время работы до выходного напряжения блока электропитания за счет использования прямоугольной формы импульсов блока импульсного источника питания с частотой 500 Гц;2 - the capacitors of the storage capacitor unit are charged during operation to the output voltage of the power supply unit due to the use of a rectangular pulse shape of the pulsed power supply unit with a frequency of 500 Hz;
3 - повышена производительность труда за счет обеспечения возможности работы устройства без останова;3 - increased labor productivity by ensuring the possibility of the device without stopping;
4 - увеличен диапазон регулировки мощности искрового разряда, позволяющий расширение функциональных возможностей устройства. Пределы регулирования энергии электроискрового разряда устройства составляет от 0,018 до 11,9 Дж;4 - the range of adjustment of the spark discharge power has been increased, allowing the expansion of the functionality of the device. The limits of regulation of the energy of the electric spark discharge of the device are from 0.018 to 11.9 J;
5 - обеспечена возможность расширения диапазона работы устройства за счет замены емкости 1000 мкФ сглаживающего фильтра выходного напряжения блока импульсного источника питания на емкость 10 мкФ, что позволяет проводить маркировочные работы без использования емкостей блока накопительных конденсаторов; 5 - it is possible to expand the operating range of the device by replacing the 1000 μF capacitance of the smoothing filter of the output voltage of the switching power supply unit with a capacitance of 10 μF, which allows marking work without using the capacitors of the storage capacitor unit;
6 - улучшено качество упрочнения, увеличена глубина упрочнения материала изделия и повышена производительность труда при упрочнении и маркировке изделий из металла за счет изменения конструктивных особенностей устройства. 6 - the quality of hardening is improved, the depth of hardening of the product material is increased and labor productivity is increased when hardening and marking metal products by changing the design features of the device.
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. The claimed device expands the list of tools for the target electrospark processing of metal products and surfaces, has an expanded, in comparison with the prototype, the field of application of devices for electric spark processing of metals.
Результаты использования заявленного устройства обеспечивает в целом:The results of using the claimed device provide in general:
- повышение качества упрочнения, - improving the quality of hardening,
- повышение износостойкости,- increased wear resistance,
- производительности труда при упрочнении и маркировке изделий из металла,- labor productivity in the strengthening and marking of metal products,
- повышение производительности труда при использовании упрочненного инструмента.- increasing labor productivity when using hardened tools.
Заявленное техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности «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.The claimed technical solution satisfies the "novelty" condition of patentability, since the definition of the prior art did not reveal a device that has features identical (that is, coinciding in the function they perform and the form of these features) of the set of features listed in the claims.
Заявленное техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности «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.The claimed technical solution satisfies the patentability condition "inventive step", since no technical solutions have been identified that have features that coincide with the distinctive features of the claimed invention, and the influence of the distinctive features on the specified technical result is not established.
Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «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 condition of patentability "industrial applicability" for inventions, since it is made using known materials, components, standard technical devices and equipment.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020104466A RU2732260C1 (en) | 2020-01-31 | 2020-01-31 | Device for electrospark vibration alloying of metals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020104466A RU2732260C1 (en) | 2020-01-31 | 2020-01-31 | Device for electrospark vibration alloying of metals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2732260C1 true RU2732260C1 (en) | 2020-09-14 |
Family
ID=72516499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020104466A RU2732260C1 (en) | 2020-01-31 | 2020-01-31 | Device for electrospark vibration alloying of metals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2732260C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2245767C1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-02-10 | Хабаровский государственный технический университет | Apparatus for electric spark alloying |
| RU51547U1 (en) * | 2005-10-26 | 2006-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Разряд 04" | TECHNOLOGICAL CURRENT PULSE GENERATOR |
| RU130247U1 (en) * | 2013-01-09 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | DEVICE FOR ELECTRIC SPARK PROCESSING OF METAL SURFACES |
| JP5967857B2 (en) * | 2008-08-29 | 2016-08-10 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Electric discharge machining apparatus and method |
| RU2655420C1 (en) * | 2017-06-02 | 2018-05-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Device for electric spark metal alloying |
-
2020
- 2020-01-31 RU RU2020104466A patent/RU2732260C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2245767C1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-02-10 | Хабаровский государственный технический университет | Apparatus for electric spark alloying |
| RU51547U1 (en) * | 2005-10-26 | 2006-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Разряд 04" | TECHNOLOGICAL CURRENT PULSE GENERATOR |
| JP5967857B2 (en) * | 2008-08-29 | 2016-08-10 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Electric discharge machining apparatus and method |
| RU130247U1 (en) * | 2013-01-09 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | DEVICE FOR ELECTRIC SPARK PROCESSING OF METAL SURFACES |
| RU2655420C1 (en) * | 2017-06-02 | 2018-05-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Device for electric spark metal alloying |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6244939B1 (en) | Micro-discharge truing device and fine machining method using the device | |
| CN108838575B (en) | Dissimilar metal plate welding device and method | |
| JP2016525453A (en) | Metal forming equipment | |
| RU2732260C1 (en) | Device for electrospark vibration alloying of metals | |
| Luo | An energy-distribution strategy in fast-cutting wire EDM | |
| RU2655420C1 (en) | Device for electric spark metal alloying | |
| Kumar et al. | Multi-response optimization of magnetic field assisted EDM through desirability function using response surface methodology | |
| US2430055A (en) | Blanketed electric arc method of making intermittent welds | |
| DK153061B (en) | PROCEDURE FOR SURFACE TREATMENT OF A SINTERED HARD METAL WORKPiece | |
| Singh et al. | Wear behavior of AISI D3 die steel using cryogenic treated copper and brass electrode in electric discharge machining | |
| CN107096919A (en) | The equipment for sintering the method for conductive powder and performing methods described | |
| Li et al. | Machinability of NdFeB magnet via wire and sinking EDM methods | |
| RU51359U1 (en) | ELECTRIC SPARKING DEVICE | |
| EP1300213A3 (en) | Jump control apparatus for electric discharge shaping/profiling machine | |
| RU2679160C1 (en) | Method of electrospark doping and device for implementation thereof | |
| GB2176433A (en) | Device for electric discharge broaching of openings in parts | |
| RU2041025C1 (en) | Method of hard-alloyed cutting tool plates treatment | |
| Aghdeab et al. | Effect of Voltage on Electrode Wear Rate (EWR) in the Electrical Discharge Machining (EDM) for Stainless Steel AISI 444 | |
| Gupta et al. | Effect of current setting on tool wear rate for copper electrodes on die sinking EDM | |
| RU2791112C1 (en) | Chip crushing device for cutting on lathe | |
| SU1763119A1 (en) | Surfacing method | |
| RU2118581C1 (en) | Apparatus for electrothermic treatment of blank | |
| Walkar et al. | Magnetic field assisted electrical discharge machining of AISI 4140 | |
| RU2105627C1 (en) | Apparatus for processing blanks by electric current pulses | |
| WO2002086198A3 (en) | Method and device for machining workpieces by electrochemically removing material |