RU2740936C1 - Electric spark coating application method and device for implementation thereof - Google Patents

Electric spark coating application method and device for implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2740936C1
RU2740936C1 RU2020118239A RU2020118239A RU2740936C1 RU 2740936 C1 RU2740936 C1 RU 2740936C1 RU 2020118239 A RU2020118239 A RU 2020118239A RU 2020118239 A RU2020118239 A RU 2020118239A RU 2740936 C1 RU2740936 C1 RU 2740936C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
contact
generator
current
coating
Prior art date
Application number
RU2020118239A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Яковлевич Поддубняк
Андрей Григорьевич Семенов
Original Assignee
Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" filed Critical Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева"
Priority to RU2020118239A priority Critical patent/RU2740936C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2740936C1 publication Critical patent/RU2740936C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING 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
    • B23H9/00Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: group of inventions relates to method and device for electrospark deposition of coating on part surface used for production of wear-resistant, anticorrosive and heat-resistant coatings on parts and units of machines. Method includes treatment of surface by vibrating electrode, moving at an angle to processed surface, at which at moment of contact of electrode and part current flow pulse is supplied and part of surface formed by contact spot electrode-part is processed. Preliminary contact surface is prepared with high-frequency current pulses with variable duration of pulses from 0.5 to 20 mcs and variable duty cycle from 1 % to 80 % of their duration, besides, simultaneously with supply of current pulses voltage is stabilized on contact spot by control of electrode pressure on processed surface by change of amplitude and frequency of its vibration within 40–800 Hz. During the coating process, the process is controlled using information on the value of electric energy consumed in the spark gap measured on the contact spot.
EFFECT: obtaining homogeneous coatings having high continuity and thickness.
3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки материалов, в частности к электроэрозионным методам упрочнения и легирования электропроводящих материалов может быть использовано в машиностроительном и ремонтном производстве для получения износостойких покрытий на поверхностях деталей узлов трения и неподвижных соединений.The invention relates to the field of electrophysical methods of processing materials, in particular to electroerosive methods of hardening and alloying of electrically conductive materials can be used in machine building and repair production to obtain wear-resistant coatings on the surfaces of parts of friction units and fixed joints.

Как известно, при использовании существующих электрофизических методов обработки материалов, например, электроискрового нанесения покрытий на детали в начале разряда от 10 до 100% общего количества энергии, накопленной конденсатором, выделяется в виде тепла на электрических контактах и в межэлектродном промежутке (смотри, например, Бурумкулов Ф.Х. и др. Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов. Саранск, Красный Октябрь, 2003, С. 17). Часто на практике при коротком замыкании (электрода и детали) выделившегося тепла оказывается не достаточно для эрозии электрода и оно расходуется на нагрев электрода (Ефименко Н.Г., Дощечкина И.В. Электроискровое легирование (ЭИЛ) рабочих поверхностей чугунных изделий. Харьков, Вестник ХНТУСК им. Василенка, 2011, Вып. 110, С. 52). То есть значительная часть энергии импульсного технологического тока при замыкании электрода и поверхности детали расходуется на разогрев электрода и детали и не участвует в переносе материала электрода на поверхность детали.As is known, when using existing electrophysical methods for processing materials, for example, electrospark coating on parts at the beginning of the discharge, from 10 to 100% of the total amount of energy accumulated by the capacitor is released in the form of heat at electrical contacts and in the interelectrode gap (see, for example, Burumkulov F.Kh. et al. Electrospark technologies for restoration and hardening of machine parts and tools (Saransk, Krasny Oktyabr, 2003, p. 17). Often, in practice, with a short circuit (electrode and parts), the released heat is not enough to erode the electrode and it is spent on heating the electrode (Efimenko N.G., Doschechkina I.V. Electrospark alloying (ESA) of working surfaces of cast iron products. Kharkov, Vestnik KhNTUSK named after Vasilenko, 2011, Issue 110, p. 52). That is, a significant part of the energy of the pulsed technological current when the electrode and the surface of the part are closed is spent on heating the electrode and the part and does not participate in the transfer of the electrode material to the surface of the part.

При электроискровом нанесении покрытий на поверхность детали, например легировании резкий скачок толщины и шероховатости покрытий достигается при больших токах» (Бурумкулов Ф.Х. и др. Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов. Саранск, Красный Октябрь, 2003, С.69).When electrospark deposition of coatings on the surface of a part, for example, alloying, a sharp jump in the thickness and roughness of coatings is achieved at high currents "(Burumkulov F.Kh. et al. Electrospark technologies for the restoration and hardening of machine parts and tools. Saransk, Krasny Oktyabr, 2003, P.69 ).

Известен способ электроискрового нанесения металлических покрытий SU 89933, В23Р 1/18, опубликован 01.01.1950, при котором процесс переноса материала электрода на поверхность детали осуществляют подачей импульса электрического тока на электрод при касании торца электрода поверхности детали.The known method of electrospark deposition of metal coatings SU 89933, B23P 1/18, published 01.01.1950, in which the process of transferring the electrode material to the surface of the part is carried out by applying an electric current pulse to the electrode when the electrode end touches the surface of the part.

Известно устройство для электроискрового легирования RU 2245767 С1, В23Н 1/02, опубликован 10.02.2005, состоящее из генератора импульсов технологического тока и ручного рабочего органа - электромагнитного вибратора. Импульс технологического тока подается на электрод вибратора по сигналу касания электродом поверхности детали.Known device for electrospark alloying RU 2245767 C1, B23N 1/02, published 02/10/2005, consisting of a pulse generator of technological current and a hand working body - an electromagnetic vibrator. A process current pulse is applied to the vibrator electrode by the signal that the electrode touches the workpiece surface.

Недостатком известного способа и устройства является подача импульса тока по сигналу касания электрода поверхности детали, то есть импульс технологического тока подается лишь при замкнутом электроде и поверхности обрабатываемой детали, что приводит к потере энергии импульса технологического тока.The disadvantage of the known method and device is the supply of a current pulse on the signal of the electrode touching the surface of the part, that is, the process current pulse is supplied only when the electrode and the surface of the workpiece are closed, which leads to a loss of energy of the process current pulse.

Известен способ электроискрового легирования RU 2140834 C1, В23Н 9/00, опубликован 10.11.1999, заключающийся в том, что электроду сообщают колебания и фиксируют момент наступления контакта электрода с поверхностью обрабатываемой детали в каждом периоде колебаний. В момент контакта на электроды подают вспомогательный импульс тока. Его длительность соответствует времени контакта электрода с поверхностью детали. Затем, с задержкой во времени относительно момента наступления контакта электрода с поверхностью детали на электрод подают импульс технологического тока.There is a known method of electrospark alloying RU 2140834 C1, B23H 9/00, published on 11/10/1999, which consists in the fact that oscillations are reported to the electrode and the moment when the electrode contacts the surface of the workpiece in each oscillation period is recorded. At the moment of contact, an auxiliary current pulse is applied to the electrodes. Its duration corresponds to the contact time of the electrode with the surface of the part. Then, with a time delay relative to the moment when the electrode contacts the workpiece surface, a process current pulse is applied to the electrode.

Известно устройство для электроискрового легирования RU 2140834 С1, В23Н 9/00, опубликован 10.11.1999, обеспечивающее выполнение этого способа. Оно содержит ручной рабочий орган - электромагнитный вибратор, генератор импульсов вспомогательного и технологического тока. Положительные выходы генераторов соединены с электродом, а отрицательные выходы генераторов соединены с обрабатываемой деталью. При этом входы управления генераторов соединены с выходом датчика касания, включенного между электродом и обрабатываемой деталью, причем в соединение выхода датчика касания и входом генератора импульсов технологического тока включен блок задержки.Known device for electrospark alloying RU 2140834 C1, B23H 9/00, published 10.11.1999, providing the implementation of this method. It contains a manual working body - an electromagnetic vibrator, an auxiliary and process current pulse generator. The positive outputs of the generators are connected to the electrode, and the negative outputs of the generators are connected to the workpiece. In this case, the control inputs of the generators are connected to the output of the touch sensor connected between the electrode and the workpiece, and a delay unit is included in the connection of the touch sensor output and the input of the process current pulse generator.

Недостатком способа и устройства является потеря энергии импульса технологического тока, расходуемая на нагрев электрода и обрабатываемой детали, во время контакта электрода с поверхностью обрабатываемой детали. В качестве ручного рабочего органа в устройстве применяется электромагнитный вибратор, имеющий значительную массу, относительно узкий диапазон частот, требующий для изготовления цветные металлы и специальную сталь для магнитопровода катушки.The disadvantage of this method and device is the loss of energy of the pulse of the technological current, spent on heating the electrode and the workpiece, during the contact of the electrode with the surface of the workpiece. An electromagnetic vibrator is used in the device as a hand-held working body, which has a significant mass, a relatively narrow frequency range, which requires non-ferrous metals and special steel for the coil's magnetic circuit to manufacture.

Практическое использование одного из известных способов электроискрового легирования, патент РФ 2482943, показало, что его эффективность, а именно коэффициент переноса электродного материала, производительность, сплошность покрытия зависят от множества факторов. Одним из основных факторов является необходимость получения информации о происходящем процессе непосредственно на искровом промежутке электрод - деталь и дальнейшего ее использования для стабилизации процесса и совершенствования технологии нанесения покрытий. Известный способ имеет большую погрешность, так как при его осуществлении измерение энергии, расходуемой на контактном промежутке, производится при неизменном напряжении равном 20 Вольт. На самом же деле в процессе обработки поверхности возникают условия, когда это напряжение принимает различные значения, особенно при ручной обработке, где качество покрытия зависит от квалификации оператора.The practical use of one of the known methods of electrospark alloying, RF patent 2482943, has shown that its efficiency, namely, the transfer coefficient of the electrode material, productivity, and coating continuity depend on many factors. One of the main factors is the need to obtain information about the ongoing process directly on the spark gap between the electrode and the part and its further use to stabilize the process and improve the coating technology. The known method has a large error, since when it is carried out, the energy consumed at the contact gap is measured at a constant voltage equal to 20 Volts. In fact, in the process of surface treatment, conditions arise when this voltage takes on different values, especially during manual processing, where the quality of the coating depends on the qualifications of the operator.

На рис. 1 показана зависимость изменения напряжения на искровом промежутке электрод - деталь в процессе обработки детали.In fig. 1 shows the dependence of the change in voltage across the spark gap electrode - part during the processing of the part.

На рис. 2 показаны амплитуды технологического тока и напряжение на искровом промежутке в точке А, характеризующейся сопротивлением, близким к короткому замыканию.In fig. 2 shows the amplitudes of the process current and the voltage across the spark gap at point A, characterized by a resistance close to a short circuit.

Очевидно, что контроль энергии в данной точке (А) дает завышенное значение. В этом случае почти вся энергия расходуется на подводящих проводниках, а не на электродном промежутке.Obviously, the energy control at this point (A) gives an overestimate. In this case, almost all of the energy is spent on the supply conductors, and not on the electrode gap.

Известен способ электроискрового нанесения покрытий на поверхность детали (патент RU 2 679 160 С1 по классу В23Н 9/00, опубликован 06.02.2019), включающий обработку поверхности детали электродом при подаче технологического и вспомогательного импульсов тока, в котором вспомогательный импульс тока подают на межэлектродный промежуток, образованный торцом электрода и поверхностью обрабатываемой детали. При этом в момент касания электрода с поверхностью обрабатываемой детали осуществляют отвод торца электрода от поверхности обрабатываемой детали на расстояние до 15 мкм путем подачи вспомогательного импульса тока энергией 0,05-1,5 Дж и длительностью 5-100 мкс, а технологический импульс тока подают в момент окончания вспомогательного импульса тока.There is a known method of electrospark coating on the surface of a part (patent RU 2 679 160 C1 according to class B23H 9/00, published 02/06/2019), including processing the surface of the part with an electrode when applying technological and auxiliary current pulses, in which an auxiliary current pulse is applied to the interelectrode gap formed by the end of the electrode and the surface of the workpiece. At the same time, at the moment of contact of the electrode with the surface of the workpiece, the end of the electrode is removed from the surface of the workpiece at a distance of up to 15 μm by supplying an auxiliary current pulse with an energy of 0.05-1.5 J and a duration of 5-100 μs, and the technological current pulse is supplied to the moment of the end of the auxiliary current pulse.

Известное устройство для электроискрового нанесения покрытий на поверхность детали, реализующее данный способ снабжено ручным рабочим органом с электрододержателем, генератором импульсов вспомогательного и технологического тока. При этом, положительные выходы генераторов соединены с электродом, закрепленным в электрододержателе, отрицательные выходы генераторов соединены с обрабатываемой деталью, а к электроду и обрабатываемой детали подключен датчик касания, снабженный дополнительным генератором импульсов технологического тока, положительный выход которого соединен с электродом, а отрицательный - с обрабатываемой деталью, а выход датчика касания соединен с входом вибратора, запускаемого по переднему фронту сигнала датчика касания. Выход вибратора соединен с входом управления генератора импульсов вспомогательного тока. Причем в положительную цепь генератора импульсов вспомогательного тока включен датчик тока, выход которого соединен со входом компаратора, выход которого соединен с входом вибратора, запускаемого по заднему фронту сигнала компаратора, а выход вибратора соединен с входом управления триггерного блока, выходы которого соединены с входами управления генераторов импульсов технологического тока, при этом ручной рабочий орган содержит электрододержатель из токопроводящего материала в виде стержня и ручку из диэлектрического материала, которые соединены шарнирно через горизонтальную ось с возможностью перемещения электрододержателя относительно ручки в вертикальной плоскости.The known device for electrospark coating on the surface of a part, which implements this method, is equipped with a manual working body with an electrode holder, a generator of auxiliary and technological current pulses. In this case, the positive outputs of the generators are connected to the electrode fixed in the electrode holder, the negative outputs of the generators are connected to the workpiece, and a touch sensor is connected to the electrode and the workpiece, equipped with an additional generator of process current pulses, the positive output of which is connected to the electrode, and the negative output to the workpiece, and the output of the touch sensor is connected to the input of the vibrator triggered by the leading edge of the touch sensor signal. The vibrator output is connected to the control input of the auxiliary current pulse generator. Moreover, a current sensor is included in the positive circuit of the auxiliary current pulse generator, the output of which is connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the input of the vibrator triggered by the trailing edge of the comparator signal, and the output of the vibrator is connected to the control input of the trigger unit, the outputs of which are connected to the control inputs of the generators process current pulses, while the manual working body contains an electrode holder made of a conductive material in the form of a rod and a handle made of a dielectric material, which are pivotally connected through a horizontal axis with the possibility of moving the electrode holder relative to the handle in the vertical plane.

Однако в процессе нанесения покрытия данным способом электрод находится достаточно длительное время на обрабатываемой поверхности, а это вызывает увеличение вероятности приваривания электрода к детали. Второй недостаток состоит в том, что при таком способе нанесения покрытия происходит сильный нагрев обрабатываемой детали, что может приводить к изменению ее физических свойств.However, in the process of coating with this method, the electrode remains on the treated surface for a rather long time, and this increases the likelihood of the electrode being welded to the workpiece. The second disadvantage is that with this method of coating, a strong heating of the workpiece occurs, which can lead to a change in its physical properties.

Известен способ электроискрового нанесения покрытий патент RU 2708196 С1, принятый в предлагаемом техническом решении за прототип, заключающийся в том, что процесс обработки поверхности производится пошаговым движением электрода, находящегося под углом 30÷50° к обрабатываемой поверхности. В момент касания электродом детали подается технологический набор разрядных импульсов тока, таким образом, обрабатывается часть поверхности, образованная контактным пятном электрод-деталь. Известно устройство для электроискрового легирования патент RU 2708196 C1, обеспечивающее реализацию данного способа - прототипа, блок-схема которого приведена на рис. 3.The known method of electrospark coating is patent RU 2708196 C1, adopted in the proposed technical solution for a prototype, which consists in the fact that the surface treatment process is performed by step-by-step motion of the electrode located at an angle of 30 ÷ 50 ° to the surface to be treated. At the moment the electrode touches the workpiece, a technological set of discharge current pulses is supplied, thus, the part of the surface formed by the contact spot of the electrode-workpiece is processed. Known device for electrospark alloying patent RU 2708196 C1, providing the implementation of this method - a prototype, the block diagram of which is shown in Fig. 3.

Устройство содержит генератор технологического тока 1, генератор вибрирующего устройства 2, например ультразвуковой, вибратор 3, токовый шунт 4, усилитель 5, интегратор 6, устройство управления генератора тока 7, электрод 8, деталь 9, блок управления двигателем 10 и двигатель 11, например, шаговый.The device contains a process current generator 1, a vibrating device 2 generator, for example ultrasonic, a vibrator 3, a current shunt 4, an amplifier 5, an integrator 6, a current generator control device 7, an electrode 8, part 9, an engine control unit 10 and an engine 11, for example, stepping.

Работа устройства осуществляется следующим образом: с генератора 1 импульсы технологического тока поступают на электрод 8, закрепленный на вибраторе 3. Второй выход генератора 1 через токовый шунт 4 подключается к детали 9. Сигнал с шунта поступает на усилитель 5, далее на интегратор 6, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный энергии, расходуемой на искровом промежутке. Обработка поверхности происходит в соответствии с движением электрода 8, например, пошагово с помощью устройства управления двигателем 10 и двигателя 11.The operation of the device is carried out as follows: from the generator 1, the process current pulses are fed to the electrode 8, fixed on the vibrator 3. The second output of the generator 1 through the current shunt 4 is connected to the part 9. The signal from the shunt goes to the amplifier 5, then to the integrator 6, at the output which produces a signal proportional to the energy consumed in the spark gap. Surface treatment takes place in accordance with the movement of the electrode 8, for example, step by step using the motor control device 10 and the motor 11.

Недостатком данного способа и устройства является то, что энергия, расходуемая на контактном промежутке, определяется с учетом стабильного напряжения электрод-деталь, что возможно только при определенном значении давления электрода. Однако механические устройства, позволяющие реализовать данную задачу, имеют конечную инерционность, не позволяющую с достаточной степенью точности следить за процессом. Особенно это заметно при обработке деталей, имеющих заметные неровности (порядка 2-4 мм). Применение вибраций электрода на ультразвуковой частоте для стабилизации контактного пятна дает приемлемые результаты только при обработке материалов с невысокой твердостью и длительностью разрядного тока порядка 0,5-2 мс.The disadvantage of this method and device is that the energy consumed in the contact gap is determined taking into account the stable voltage of the electrode-part, which is possible only at a certain value of the electrode pressure. However, mechanical devices that make it possible to implement this task have a finite inertia that does not allow monitoring the process with a sufficient degree of accuracy. This is especially noticeable when processing parts with noticeable irregularities (about 2-4 mm). The use of electrode vibrations at an ultrasonic frequency to stabilize the contact spot gives acceptable results only when processing materials with low hardness and a discharge current duration of the order of 0.5-2 ms.

Задачей изобретения является совершенствование технологии электроискрового нанесения покрытий на поверхность деталей, обеспечивающее получение прогнозируемых по толщине однородных покрытий с заданными параметрами и свойствами.The objective of the invention is to improve the technology of electrospark deposition of coatings on the surface of parts, which ensures the production of uniform coatings predictable in thickness with specified parameters and properties.

Способ электроискрового нанесения покрытий на поверхность детали включает обработку поверхности вибрирующим электродом, движущимся под углом к обрабатываемой поверхности, при котором в момент касания электрода и детали подают технологический импульс тока и осуществляют обработку части поверхности, образованной контактным пятном электрод-деталь с обеспечением нанесения покрытия. При этом перед подачей технологического импульса тока осуществляют предварительную подготовку контактной поверхности высокочастотными импульсами тока с изменяемой длительностью импульсов от 0,5 до 20 мкс и изменяемой скважностью от 1% до 80% их длительности, причем одновременно с подачей импульсов тока стабилизируют напряжение на контактном пятне путем регулирования давления электрода на обрабатываемую поверхность изменением амплитуды и частоты его вибрации в пределах 40 - 800 Гц, а управление процессом нанесения покрытия осуществляют с использованием информации о величине электрической энергии, расходуемой в искровом промежутке, измеренной на контактном пятне. Движение электрода под углом к обрабатываемой поверхности осуществляют в пошаговом режиме.The method of electrospark deposition of coatings on the surface of a workpiece includes surface treatment with a vibrating electrode moving at an angle to the surface to be treated, in which, at the moment of touching the electrode and the workpiece, a technological current pulse is applied and a part of the surface formed by the contact spot of the electrode-workpiece is processed with the provision of coating. In this case, before applying a technological current pulse, the contact surface is pre-prepared by high-frequency current pulses with a variable pulse duration from 0.5 to 20 μs and a variable duty cycle from 1% to 80% of their duration, and simultaneously with the application of current pulses, the voltage on the contact spot is stabilized by regulation of the electrode pressure on the surface to be treated by changing the amplitude and frequency of its vibration in the range of 40 - 800 Hz, and the control of the coating process is carried out using information about the amount of electrical energy consumed in the spark gap, measured at the contact spot. The movement of the electrode at an angle to the surface to be treated is carried out in a step-by-step mode.

Устройство для электроискрового нанесения покрытий на поверхность детали содержит генератор технологического тока, вибратор, работающий от генератора вибраций, двигатель электрода, находящегося под углом к обрабатываемой поверхности и блок управления, при этом положительные выводы генератора тока соединены с электродом, закрепленном на вибраторе, а отрицательные выводы генератора выполнены с возможностью соединения с обрабатываемой деталью через шунт. Устройство оно дополнительно содержит согласующий усилитель, подключенный непосредственно в контактный промежуток электрод - деталь, а блок управления подключен к генератору технологического тока, генератору вибраций и согласующему усилителю и выполнен с возможностью изменения параметров по сигналу от согласующего усилителя, причем генератор вибраций выполнен с возможностью изменения частоты в пределах 40 - 800 Гц и напряжения в пределах от 0 до 50 В по сигналу от согласующего усилителя.The device for electrospark coating on the surface of the part contains a generator of technological current, a vibrator powered by a vibration generator, an electrode motor located at an angle to the surface to be treated, and a control unit, while the positive terminals of the current generator are connected to the electrode fixed on the vibrator, and the negative terminals of the generator are made with the possibility of connection with the workpiece through the shunt. The device additionally contains a matching amplifier connected directly to the contact gap electrode - part, and the control unit is connected to a process current generator, a vibration generator and a matching amplifier and is configured to change parameters according to a signal from a matching amplifier, and the vibration generator is configured to change the frequency in the range of 40 - 800 Hz and voltage in the range from 0 to 50 V according to the signal from the matching amplifier.

Поставленная задача достигается тем, что в способе электроискрового нанесения покрытий управление процессом нанесения осуществляется с использованием информации о количестве электрической энергии, расходуемой на искровом промежутке, причем контроль значений энергии осуществляется непосредственно в пределах контактного пятна.The task is achieved by the fact that in the method of electrospark coating, the application process is controlled using information on the amount of electrical energy consumed in the spark gap, and the energy values are controlled directly within the contact spot.

Для стабилизации контактного пятна и устранения токов короткого замыкания перед подачей технологического импульса тока производится предварительная подготовка контактной поверхности путем подачи высокочастотных импульсов тока с возможностью изменения их параметров в пределах от 0,5 до 20 мкс и с возможностью изменения скважности импульсов от 1% до 80% их длительности.To stabilize the contact spot and eliminate short-circuit currents, before applying the technological current pulse, the contact surface is preliminary prepared by supplying high-frequency current pulses with the possibility of changing their parameters in the range from 0.5 to 20 μs and with the possibility of changing the pulse duty cycle from 1% to 80% their duration.

Одновременно с подачей высокочастотных импульсов поступает управляющий сигнал на генератор вибрирующего устройства, изменение частоты и интенсивности вибраций которого позволяет оперативно уменьшать давление электрода на обрабатываемую поверхность.Simultaneously with the supply of high-frequency pulses, a control signal is sent to the generator of the vibrating device, changing the frequency and intensity of vibrations of which allows you to quickly reduce the electrode pressure on the surface to be treated.

При этом, как и в прототипе, процесс обработки поверхности производится движением электрода под углом к обрабатываемой поверхности, например, пошаговым.In this case, as in the prototype, the surface treatment process is performed by moving the electrode at an angle to the surface to be treated, for example, step by step.

Данный способ реализуется с помощью устройства, позволяющего обрабатывать поверхности деталей машин и инструмента.This method is implemented using a device that allows you to process the surfaces of machine parts and tools.

Блок-схема устройства показана на рис. 4.The block diagram of the device is shown in Fig. 4.

Устройство для искрового нанесения покрытий на поверхность детали состоит из генератора технологического тока и токов подогрева 1, положительные выводы которого соединены с электродом 8, закрепленным на вибраторе 3. Отрицательные выводы генератора через токовый шунт 4 соединены с обрабатываемой деталью 9. Для работы вибратора 3 используется перестраиваемый по частоте и напряжению генератор 2. Перестройка частоты обеспечивается в пределах 40 - 800 Гц, а напряжение изменяется, в пределах от 0 до 50 В. Конструкция генератора позволяет изменять параметры от внешнего сигнала, поступающего с согласующего усилителя 12, включенного непосредственно в контактный промежуток электрод - деталь. Для стабилизации и измерения электрических параметров используется блок управления 7, параметры которого изменяются в зависимости от сигнала, поступающего с согласующего усилителя 12, а движение электрода 8 под углом к обрабатываемой поверхности осуществляется двигателем 11 через управляющий блок 10, соединенным с электронно - вычислительным блоком (э.в.м) 14 устройства через аналого-цифровой преобразователь (а.ц.п) 13.The device for spark deposition of coatings on the surface of the part consists of a generator of technological current and heating currents 1, the positive leads of which are connected to the electrode 8, fixed on the vibrator 3. The negative leads of the generator through the current shunt 4 are connected to the workpiece 9. For the operation of the vibrator 3, a tunable frequency and voltage generator 2. Frequency tuning is provided in the range of 40 - 800 Hz, and the voltage varies, in the range from 0 to 50 V. The design of the generator allows you to change the parameters from an external signal coming from the matching amplifier 12 connected directly to the contact gap of the electrode - detail. To stabilize and measure electrical parameters, a control unit 7 is used, the parameters of which change depending on the signal coming from the matching amplifier 12, and the movement of the electrode 8 at an angle to the surface to be treated is carried out by the engine 11 through the control unit 10 connected to the electronic computing unit (e .v.m) 14 devices through an analog-to-digital converter (ADC) 13.

Устройство работает следующим образом: перед осуществлением процесса нанесения покрытия производят настройку оптимального значения контактного сопротивления электрод - деталь, пропорционального давлению электрода на обрабатываемую поверхность, и токов подогрева контактного пятна.The device works as follows: before the coating process, the optimal value of the contact resistance of the electrode - part, proportional to the pressure of the electrode on the surface to be treated, and the heating currents of the contact spot are adjusted.

Оптимальное давление электрода определяется посредством измерения контактного напряжения электрод - деталь, возникающего в результате подачи импульсов тока подогрева в область контакта. Импульсы поступают с генератора 1. Управление параметрами осуществляется предварительным выбором режимов в блоке 7. При этом частота следования импульсов меняется в пределах 0,025 - 1 МГц, а изменение скважности возможно от 1% до 80% длительности импульса.The optimal electrode pressure is determined by measuring the contact voltage of the electrode - part, resulting from the supply of heating current pulses to the contact area. The pulses come from the generator 1. The parameters are controlled by a preliminary selection of modes in block 7. In this case, the pulse repetition rate varies within 0.025 - 1 MHz, and the change in duty cycle is possible from 1% to 80% of the pulse duration.

Скважность импульсов может меняться путем изменения сигнала, поступающего с усилителя 5. Одновременно в блоке 2 вырабатывается сигнал управления, изменяющий параметры генератора вибрирующего устройства таким образом, что давление электрода на обрабатываемую поверхность уменьшается. Уменьшение давления на электрод увеличивает контактное сопротивление электрод - деталь.The duty cycle of the pulses can be changed by changing the signal coming from the amplifier 5. At the same time, a control signal is generated in block 2, which changes the parameters of the oscillator of the vibrating device so that the electrode pressure on the treated surface decreases. Decreasing the pressure on the electrode increases the electrode-to-part contact resistance.

На рис. 5 показан сигнал с выхода генератора 2, поступающий на обмотки вибратора.In fig. 5 shows the signal from the output of the generator 2, supplied to the vibrator windings.

Работа генератора токов подогрева способствует стабилизации величины контактной площадки за счет оплавления микроконтактов и увеличения размеров поверхности контакта. Подбор параметров токов подогрева осуществляется, исходя из химического состава электродного материала. Изменяя значения токов подогрева, частоту и амплитуду вибрирующего устройства, добиваются стабилизации напряжения на контактном промежутке, получаемого на выходе усилителя 12. На этом процесс настройки заканчивается, далее включается генератор технологического тока 1 и на этой основе выбираются электрические параметры импульса тока, исходя из конкретных требований технологического характера. Частота следования, длительность и амплитуду тока контролируют в блоке 7. Блок позволяет изменять частоту вибрирующего устройства в пределах 50 - 800 Гц, длительность от 10 мкс до 2 мс, амплитуду тока от 5 до 800 А. На рис. 6 показана осциллограмма единичного разрядного импульса технологического тока совместно с током подогрева.The operation of the heating current generator contributes to the stabilization of the size of the contact area due to the melting of microcontacts and an increase in the size of the contact surface. The selection of heating current parameters is carried out based on the chemical composition of the electrode material. By changing the values of the heating currents, the frequency and amplitude of the vibrating device, stabilization of the voltage at the contact gap obtained at the output of the amplifier 12 is achieved. This completes the tuning process, then the process current generator 1 is switched on and on this basis the electrical parameters of the current pulse are selected based on the specific requirements technological nature. The repetition rate, duration and amplitude of the current are controlled in block 7. The block allows you to change the frequency of the vibrating device within 50 - 800 Hz, duration from 10 μs to 2 ms, current amplitude from 5 to 800 A. 6 shows an oscillogram of a single discharge pulse of the process current together with the heating current.

Для работы устройства в автоматическом режиме движение электрода 8, закрепленного на вибраторе 3, осуществляется шаговым двигателем 11. С помощью аналого-цифрового преобразователя (а.ц.п.) 13 сигналы, поступающие с шунта 4 и согласующего усилителя 12 оцифровываются и поступают на электронно-вычислительный блок (э.в.м.) 14, в котором происходит подсчет энергии, поступающей на электродный промежуток в процессе обработки в конкретной точке поверхности. При достижении определенных значений энергии с вычислительного блока поступает сигнал на блок управления шагового двигателя 10, а далее на шаговый двигатель, посредством которого происходит движение электрода. Таким образом, осуществляется пошаговая обработка. Количество энергии, поступающей на электродный промежуток, зависит от технологических параметров. Величина пошагового движения электрода подбирается исходя из его размеров. Вся информация об энергетических параметрах обработки записывается в электронно-вычислительный блок (э.в.м.) 14 для контроля и отработки технологии нанесения покрытий.To operate the device in automatic mode, the movement of the electrode 8, fixed on the vibrator 3, is carried out by a stepping motor 11. With the help of an analog-to-digital converter (ADC) 13, the signals coming from the shunt 4 and the matching amplifier 12 are digitized and fed to the electronic -computer unit (e.m.) 14, which calculates the energy supplied to the electrode gap during processing at a specific point on the surface. When certain energy values are reached, a signal is sent from the computing unit to the control unit of the stepping motor 10, and then to the stepping motor, through which the electrode moves. Thus, step-by-step processing is carried out. The amount of energy supplied to the electrode gap depends on the technological parameters. The magnitude of the step-by-step movement of the electrode is selected based on its size. All information about the energy parameters of processing is recorded in an electronic computing unit (computer) 14 to control and refine the coating technology.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

На рис. 1 показана временная зависимость напряжения токовых импульсов на искровом промежутке электрод - деталь в процессе обработки детали, замеренная на выходе согласующего усилителя 12.In fig. 1 shows the time dependence of the voltage of the current pulses on the spark gap electrode - part in the process of machining the part, measured at the output of the matching amplifier 12.

На рис. 2 показаны амплитуды технологического тока и напряжения на искровом промежутке в точке А, соответствующей сопротивлению, близкому к короткому замыканию, как мера энергии в пределах контактного пятна, замеренная на выходе согласующего усилителя 12.In fig. 2 shows the amplitudes of the process current and voltage across the spark gap at point A, corresponding to the resistance close to a short circuit, as a measure of the energy within the contact spot, measured at the output of the matching amplifier 12.

На рис. 3 показана блок-схема устройства для электроискрового легирования, патент RU 2708196 С1, обеспечивающего реализацию, способа -прототипа.In fig. 3 shows a block diagram of a device for electrospark alloying, patent RU 2708196 C1, which provides the implementation of the prototype method.

На рис. 4 показана блок - схема устройства для электроискрового нанесения покрытий на поверхность детали в соответствии с предлагаемым способом.In fig. 4 shows a block diagram of a device for electrospark coating on the surface of a part in accordance with the proposed method.

На рис. 5 показана временная зависимость сигнала с выхода управляющего генератора 2, поступающий на обмотки вибратора 3.In fig. 5 shows the time dependence of the signal from the output of the control generator 2, supplied to the windings of the vibrator 3.

На рис. 6 показана осциллограмма единичного разрядного импульса технологического тока совместно с током подогрева, поступающего на электрод.In fig. 6 shows an oscillogram of a single discharge pulse of the process current together with the heating current supplied to the electrode.

Для отработки технологии нанесения покрытий и исследования процесса все значения энергетических параметров оцифровываются аналого-цифровым преобразователем (а.ц.п) 13 и поступают в электронно-вычислительный блок (э.в.м) 14. При этом, в интересах оптимизации технологии нанесения покрытия, дальнейшая обработка информации в вычислительном блоке 14 осуществляется программой MATLAB.To work out the coating technology and study the process, all values of the energy parameters are digitized by an analog-to-digital converter (ADC) 13 and fed to an electronic computing unit (computer) 14. In this case, in the interests of optimizing the coating technology , further processing of information in the computing unit 14 is carried out by the MATLAB program.

Использование данного способа позволяет получать однородные покрытия, имеющие высокую сплошность и толщину благодаря стабилизации параметров процесса нанесения, осуществляемых в результате контроля энергетических параметров на контактном промежутке электрод - деталь и применения результатов контроля в управлении процессом.The use of this method makes it possible to obtain homogeneous coatings with high continuity and thickness due to the stabilization of the parameters of the deposition process, carried out as a result of monitoring the energy parameters at the contact gap between the electrode and the part and using the results of monitoring in process control.

Claims (3)

1. Способ электроискрового нанесения покрытий на поверхность детали, включающий обработку поверхности вибрирующим электродом, движущимся под углом к обрабатываемой поверхности, при котором в момент касания электрода и детали подают технологический импульс тока и осуществляют обработку части поверхности, образованной контактным пятном электрод-деталь с обеспечением нанесения покрытия, отличающийся тем, что перед подачей технологического импульса тока осуществляют предварительную подготовку контактной поверхности высокочастотными импульсами тока с изменяемой длительностью импульсов от 0,5 до 20 мкс и изменяемой скважностью от 1% до 80% их длительности, причем одновременно с подачей импульсов тока стабилизируют напряжение на контактном пятне путем регулирования давления электрода на обрабатываемую поверхность изменением амплитуды и частоты его вибрации в пределах 40-800 Гц, а управление процессом нанесения покрытия осуществляют с использованием информации о величине электрической энергии, расходуемой в искровом промежутке, измеренной на контактном пятне.1. A method of electrospark deposition of coatings on the surface of a part, including surface treatment with a vibrating electrode moving at an angle to the surface to be treated, in which, at the moment of touching the electrode and the part, a technological current pulse is applied and a part of the surface formed by the contact spot of the electrode-part is processed to ensure application coating, characterized in that before applying a technological current pulse, the contact surface is pre-prepared by high-frequency current pulses with a variable pulse duration from 0.5 to 20 μs and a variable duty cycle from 1% to 80% of their duration, and simultaneously with the application of current pulses, the voltage is stabilized on the contact spot by regulating the electrode pressure on the treated surface by changing the amplitude and frequency of its vibration in the range of 40-800 Hz, and the coating process is controlled using information about the amount of electrical energy, consumed in the spark gap, measured at the contact spot. 2. Способ электроискрового нанесения покрытий на поверхность детали по п. 1, отличающийся тем, что движение электрода под углом к обрабатываемой поверхности осуществляют в пошаговом режиме.2. The method of electrospark deposition of coatings on the surface of a part according to claim 1, characterized in that the movement of the electrode at an angle to the surface to be treated is carried out in a stepwise mode. 3. Устройство для электроискрового нанесения покрытий на поверхность детали способом по п. 1, содержащее генератор технологического тока, вибратор, работающий от генератора вибраций, двигатель электрода, находящегося под углом к обрабатываемой поверхности, и блок управления, при этом положительные выводы генератора тока соединены с электродом, закрепленным на вибраторе, а отрицательные выводы генератора выполнены с возможностью соединения с обрабатываемой деталью через шунт, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит согласующий усилитель, подключенный непосредственно в контактный промежуток электрод - деталь, а блок управления подключен к генератору технологического тока, генератору вибраций и согласующему усилителю и выполнен с возможностью изменения параметров по сигналу от согласующего усилителя, причем генератор вибраций выполнен с возможностью изменения частоты в пределах 40-800 Гц и напряжения в пределах от 0 до 50 В по сигналу от согласующего усилителя.3. A device for electrospark coating on the surface of a part by the method of claim 1, comprising a process current generator, a vibrator powered by a vibration generator, an electrode motor located at an angle to the surface to be treated, and a control unit, while the positive terminals of the current generator are connected to an electrode fixed on a vibrator, and the negative terminals of the generator are made with the possibility of connecting to the workpiece through a shunt, characterized in that it additionally contains a matching amplifier connected directly to the contact gap electrode - workpiece, and the control unit is connected to a process current generator, vibration generator and a matching amplifier and is configured to change parameters according to a signal from a matching amplifier, wherein the vibration generator is configured to change a frequency within 40-800 Hz and a voltage within a range from 0 to 50 V according to a signal from a matching amplifier.
RU2020118239A 2020-05-25 2020-05-25 Electric spark coating application method and device for implementation thereof RU2740936C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118239A RU2740936C1 (en) 2020-05-25 2020-05-25 Electric spark coating application method and device for implementation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118239A RU2740936C1 (en) 2020-05-25 2020-05-25 Electric spark coating application method and device for implementation thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740936C1 true RU2740936C1 (en) 2021-01-21

Family

ID=74213091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020118239A RU2740936C1 (en) 2020-05-25 2020-05-25 Electric spark coating application method and device for implementation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740936C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1484515A1 (en) * 1986-07-02 1989-06-07 Северо-Западный Заочный Политехнический Институт Method of spark-erosion alloying
RU2245767C1 (en) * 2003-10-24 2005-02-10 Хабаровский государственный технический университет Apparatus for electric spark alloying
RU2679160C1 (en) * 2017-10-23 2019-02-06 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Method of electrospark doping and device for implementation thereof
RU2708196C1 (en) * 2019-07-31 2019-12-04 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Electric-spark coating application method
CN110814447A (en) * 2019-10-24 2020-02-21 北京科技大学 Automatic electric spark deposition device and method based on discharge signal feedback control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1484515A1 (en) * 1986-07-02 1989-06-07 Северо-Западный Заочный Политехнический Институт Method of spark-erosion alloying
RU2245767C1 (en) * 2003-10-24 2005-02-10 Хабаровский государственный технический университет Apparatus for electric spark alloying
RU2679160C1 (en) * 2017-10-23 2019-02-06 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Method of electrospark doping and device for implementation thereof
RU2708196C1 (en) * 2019-07-31 2019-12-04 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Electric-spark coating application method
CN110814447A (en) * 2019-10-24 2020-02-21 北京科技大学 Automatic electric spark deposition device and method based on discharge signal feedback control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1165493A (en) Method for electrochemical machining by bipolar pulses
JP2004510583A (en) Spot welding apparatus and method for detecting welding conditions in real time
US4405851A (en) Apparatus for transfer of metallic materials by electric discharge
RU2740936C1 (en) Electric spark coating application method and device for implementation thereof
RU2465992C2 (en) Method of pulsed electromachining
US7038158B2 (en) Wire electrical discharge machining apparatus
EP1392465B1 (en) Method for a removal of cathode depositions by means of bipolar pulses
WO2007058110A1 (en) Microshaft forming method, microshaft formed by this method, and microshaft forming apparatus
RU2708196C1 (en) Electric-spark coating application method
WO2002058874A1 (en) Electrodischarge wire machining and power supply for electrodischarge wire machining
JP3866661B2 (en) Electric discharge machining method and apparatus
JPS6240128B2 (en)
RU2679160C1 (en) Method of electrospark doping and device for implementation thereof
US3741426A (en) Spark-discharge surface treatment of a conductive workpiece
Peterkin Electro-spark deposition machine design, physical controls and parameter effects
RU2108212C1 (en) Method of electric-spark application of metal platings
RU2595085C1 (en) Device for electric spark processing surfaces
CN111805056A (en) Method for regulating and controlling variable-polarity CMT heat input
RU2130368C1 (en) Method and apparatus for electric spark alloying
SU1484515A1 (en) Method of spark-erosion alloying
RU2622535C1 (en) Device for electric spark surface machining
JPS6059098B2 (en) Power supply device for electrical discharge machining
Chounde et al. Study of pulsed DC power supply parameters for micro-EDM
CN109128400A (en) A kind of high frequency fine motion Electrodes fixture
RU2119414C1 (en) Method and apparatus for electric-spark coat applying