RU32496U1 - Установка для электродуговой обработки поверхности металлических изделий - Google Patents

Abstract

1. Установка для электродуговой обработки поверхности металлических изделий в вакууме, включающая рабочую камеру, входной и выходной шлюзы, установленные на корпусе рабочей камеры по ходу продольного перемещения обрабатываемого изделия, устройство для создания вакуума в рабочей камере и шлюзах, узел анода, содержащий по меньшей мере два анода, узел катода, источник питания для образования и поддержания электрической дуги, положительный и отрицательный полюсы которого соединены соответственно с одним из упомянутых анодов и через узел катода с обрабатываемым изделием, и устройство для перемещения обрабатываемого изделия через шлюзы и рабочую камеру, отличающаяся тем, что узел катода установлен за пределами рабочей камеры, а установка снабжена средством ограничения зоны горения электрической дуги, выполненным в виде по меньшей мере двух экранов из токопроводного материала, и дополнительным источником питания, положительный и отрицательный полюсы которого соединены соответственно с другим анодом и через узел катода с обрабатываемым изделием, при этом узел анода установлен между экранами, а сами экраны расположены в рабочей камере в зонах входного и выходного шлюзов и каждый экран соединен через резистор с соответствующим анодом.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что аноды имеют отверстия, форма которых эквидистантна форме поперечного сечения обрабатываемого изделия.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что экраны имеют отверстия, форма которых эквидистантна форме поперечного сечения обрабатываемого изделия.4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел катода выполнен по меньшей мере из двух средств

Description

УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к обработке юделий, преимущественно полуфабрикатов в виде ленты, катанки и т.п., в вакууме с использованием электродугового разряда, обеспечивающего удаление с их поверхности окалины, окисной плёнки и др. загрязнений.

Известна установка для электродуговой вакуумной очистки стального листового проката Ширшов И.Г.//Судостроение, f2 10, 1993, с.34, рис.1, предназначенная для обработки листов размером 1,6 на 6 м и толщиной от 2 до 8 мм. Недостатком данной установки является сложность конструкции, так как процесс очистки поверхности листа осуществляют в статике, что требует либо больпшх габаритов вакуумной камеры в случае одновременной обработки всей поверхности листа с одной или с обеих сторон, либо камеру меньших размеров при односторонней обработке поверхности в пределах рабочих размеров камеры, чю в обоих случаях усложняет вакуумную систему и снижает прошводительность.

Известно устройство для обработки поверхности металлической ленты в вакууме с помош ью катодных пятен электродугового разряда Патент RU № 2180365 С2, С23С 14/36, 14/56, опубл. 10.03.2002, содержащее вакуумную камеру, средство обработки ленты, выполненное в виде трёх электроплазменных модулей с графитовыми анодами, источник питания, отрицательный полюс которого соединён с лентой, а также направляющие ролики, блоки разматывания и сматывания ленты, установленные в вакуумной камере. Данное устройство реализует технологию получения многослойной ленты путём сборки обработанных лент в пакет и последующей его прокатйа. Основным недостатком рассматриваемого устройства является сложность констрз ющи из-за размещения в вакуумной камере вспомо-il.SiJSsJjr

;;:-Г---,,т11

i;VJ;V;;vv fl

МПК C23F 4/00

гательных узлов установки, таких, как направляющие ролики, блоки разматывания и сматывания ленты, а также невозможность обработки поверхности лент, имеющих значительную толщину и длину, смотанных в крупногабаритные рулоны.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является установка для электродуговой обработки поверхности металлических изделий в вакууме Патент RU № 2145645 С1, C23F 4/00, опубл. 20.02.2000, включающая рабочую камеру, входной и выходной шлюзы, установленные на корпусе рабочей камеры по ходу продольного перемещения обрабатываемого изделия, устройство для создания вакуума, узел анода, содержащий два электрода, узел катода, устройство для перемещения изделия относительно анодов, источник питания для образования и поддержания электрической дуги, отрицательный полюс которого связан через узел катода с обрабатываемым изделием. Данная установка предназначена для удаления с поверхности длинномерных металлических изделий окисной плёнки, окалины и прочих загрязнений.

Основными недостатками установки являются значительные габариты рабочей камеры из-за размещения в ней узла катода, содержащего по меньщей мере два катодных узла, имеюпщх протяжённый механический контакт с обрабатываемым изделием; больпше удельные затраты электроэнергии, обусловленные необходимостью создания высокой плотности тока при удалении окалины, имеющей значительную толщину, характерную для крупноразмерной ленты. К другим недостаткам следует отнести дополнительные потери энергии на создание и поддержание вакуума в рабочей камере по щ)ичине натекания атмосферного воздуха через шлюзы; снижение надёжности работь установки из-за возможного нарушения электрического контакта катодного узла с изделием и невозможности устранения указанной неисправности в процессе обработки, а также снижение надёжности по причине засорения камеры твёрдыми остатками окалины, окисных плёнок и прочих загрязнений.

Заявляемое техническое решение направлено на решение технической задачи, заключающейся в создании установки, обеспечивающей устранение указанных недостатков и направленной на упрощение конструкции, снижение удельных энергозатрат, повыщение производительности и надёжности работы, а также на возможность встраивания установки в технологическую линию непрерывного изготовления полуфабриката.

Технический результат от использования заявляемого устройства заключается в уменьшении габаритов вакуумной камеры при одновременном повышении качества обработки, в том числе при очистке поверхности изделия от окалины, имеющей толщину более 0,05 мм. Дополнительным техническим результатом является обеспечение обработки полуфабриката, имеющего значительную толщину (более 1,0 мм); повыщение надёжности электрического контакта катодов с подвижным изделием; снижение энергозатрат при создании и поддержании вакуума в рабочей камере; обеспечение постоянного зазора между обрабатьшаемым изделием и анодами, необходимого для сохранения стабильных параметров процесса, а также снижение загрязнённости рабочей камеры и её элементов твёрдыми остатками окалины и др. металлическими частицами.

Указанные технические результаты достигаются совокупностью существенных признаков, приведенных в формуле полезной модели. Общими с ближайшим аналогом признаками являются рабочая камера, входной и выходной шлюзы, устройство для создания вакуума, узел анода, содержащий по меньщей мере два анода, узел катода, источник питания для образования и поддержания электрической дуги и устройство для перемещения обрабатываемого изделия через рабочую камеру и шлюзы.

ограничения зоны горения электрической дуги, выполненным в виде по меньшей мере двух экранов из токопроводного материала, и дополнительным источником питания, положительный и отрицательный полюсы которого соединены соответственно с другим анодом и через узел катода с обрабатываемым изделием, при этом узел анода установлен между экранами, расположенными в рабочей камере в зонах входного и выходного пшюзов, и каждый экран соединён через резистор с соответствующим анодом.

Размещение катода за пределами рабочей камеры позволяет уменьшить габариты последней и облегчает обслуживание и ремонт указанного узла. Снабжение установки дополнительным источником питания повыщает качество обработанной поверхности за счёт задания различных значений силы тока на анодах, когда на первом по ходу перемещения обрабатываемого изделия аноде значение силы тока больше значения силы тока на втором аноде, в результате в зоне первого анода происходит интенсивное удаление окалины, а в зоне второго анода осуществляется режим окончательной очистки поверхности изделия, при этом задание электрических параметров процесса от двух источников питания и независимое их регулирование обесЕЮчивают в конечном итоге экономию электроэнергии.

В частных случаях реализации устройства отличие и положительный эффект заключаются в следующем:

-в анодах и экранах выполнены отверстия, форма которых эквидистантна форме поперечного сечения обрабатываемого изделия, что способствует поддержанию стабильности электрических параметров процесса за счёт постоянства геометрических размеров между анодами, экранами и изделием-катодом;

-узел катода выполнен по меньщей мере из двух средств для электрического соединения обрабатываемого изделия с отрицательными полюсами основного и дополнительного источников питания, причём один из них установлен перед входным, а второй после выходного шлюзов по ходу

продольного перемещения изделия. Кроме того упомянутые средства выполнены, например, в виде металлических щёток, подпружиненных бащмаков или роликов из токопроводного материала, механически контактирующих с поверхностью обрабатьтаемого изделия, при этом каждое из упомянутых средств может быть выполнено в виде указанных вариантов или в любом их сочетании. Такое выполнение и размещение указанных средств повыщает надёжность токоподвода к изделию и упрощает их обслуживание и ремонт;

-каждый из упомянутых в п. 1 формулы щлюзов выполнен по меньщей мере из двух щшюзовых камер, разделённых между собой уплотнительным узлом, причём вторая пипозовая камера входного шлюза и первая шлюзовая камера выходного пшюза по ходу продольного перемещения обрабатываемого изделия пневматически соединены с устройством для создания вакуума. Кроме того упомянутый уплотннггельный узел выполнен в виде упругих элементов с возможностью механического контакта каждого из них с поверхностью изделия, при этом упругие элементы выполнены, например, из пружинной стальной ленты марки 65Г;

-установка снабжена дополнительным устройством для создания вакуума, пневматически связанным с первой пшюзовой камерой входного пшюза и второй пшюзовой камерой выходного пшюза по ходу продольного перемещения обрабатываемого изделия. Указанное выполнение входного и выходного щлюзов и схема пневматического соединения самостоятельных пшюзовых камер с основным и дополнительным устройствами для создания вакуума снижает энергозатраты за счёт предварительного создания отрицательного давления в периферийных пшюзовых камерах и уменьщения натекания атмосферного воздуха в другие пшюзовые камеры и в рабочую камеру в целом;

женных в шахматном порядке по обе стороны юделия, причём средний ролик установлен с возможностью принудительного перемещения по отношению к другим неподвижным роликам. Указанное средство обеспечивает механическую правку в основном заневоленной лешы, имеющей значительную толпщну и скрученную в рулон;

-установка снабжена средством стабилизации изделия относительно отверстий в анодах и экранах, которое выполнено в виде по меньшей мере двух роликов, установленных в центре рабочей камеры между анодами по обе стороны обрабатываемого изделия, при этом между з омянутым средством и ближайшим анодом установлены дополнительные экраны, подключенные к анодам через резисторы. Данное средство обеспечивает постоянство расстояний между анодами и обрабатываемым изделием в случае его прогиба за счёт собственного веса или за счёт других искажений геометрического профиля, кроме того дополнительные экраны выполняют функцию ограничения зоны горения электрической дуги между анодами и упомянутыми роликами;

-в нижней части рабочей камеры установлено средство для сбора твёрдых остатков окалины и др. металлических частиц, выполшенное, например, в виде магнитной ловушки.

Установка поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема устройства, а на фиг. 2 показан разрез в плоскости А-А.

Установка содержит рабочую камеру 1, входной и выходной шлюзы, содержащие соответственно шлюзовые камеры 2, 3, 4 и 5 по ходу продольного перемещения обрабатываемого изделия, узел анода, содержащий аноды 6 и 7, основной 8 и дополнигельный 9 источники питания, узел катода, содержащей катодные устройства 10 и 11, соединённые с отрицательными полюсами источников питания, устройства для создания вакузтма 12 и 13, пневматически связанные с рабочей камерой 1 и шлюзовыми камерами 2, 3, 4 и 5 через перепускные устройства 14, средство 15 для механической

правки обрабатываемого изделия, содержащее два неподвижных ролика 16 и один подвижный ролик 17, устройство для перемещения изделия 18, включающее электродвигатель 19, редуктор 20 и ведущее ролики 21, устройство 22 для стабилизации обрабатываемого изделия 23 в рабочей камере, экраны 24 и 25, которые подключены к анодам 6 и 7 через резисторы 26. Шлюзовые камеры 2, 3 и 4, 5 разделены между собой ушютнительными узлами 27. В нижней части рабочей камеры смонтировано средство 28 для сбора твёрдых остатков окалины и других металлических частиц, выполненное, например, в виде магнитной ловзшожи с магнитами 29. Для измерения давления в рабочей и шлюзовых камерах предусмотрены вакуумметры 30.

Установка работает следующим образом. Обрабатываемое изделие 23 с разматывающего приспособления (на чертеже не показано) пропускают через устройство механической правки 15 , катодное устройство 10, первую шлюзовую камеру 2 входного випша, ушютнительный узел 27, вторую пшюзовую камеру 3 входного шлюза, рабочую камеру 1, отверстия в анодах 6,7 и Э1фанах 24, 25, первую пшюзовую камеру 4 выходного пшюза, уплотнительный узел 27, вторую пшюзовую камеру 5 выходного пшюза, катодное устройство 11 до момента захвата изделия устройством для его перемещения 18. Затем включают вакуумное устройство 13 для создания в периферийных шлюзовых камерах 2 и 5 отрицательного давления, превышающего давление в рабочей камере в 10-15 раз, после чего включают вакуумное устройство 12 (без выключения вакуумного устройства 13). При достижении необходимого давления в рабочей камере (8-10 Па), включают источники пиггания 8 и 9, устройство для перемещения годелия 18 и зажигают в зонах размещения экранов 24 (в промежутках между экранами и корпусом рабочей камеры) электрическую дугу с помощью поджигающего приспособления (на чертеже не показано).

На первый по ходу продольного перемещения обрабатываемого изделия анод 6 подают силу тока, обеспечивающую интенсивное удаление окалины с поверхности изделия. Значение силы тока зависит, в частности, от площади обрабатьшаемой поверхности, толпщны и химического состава удаляемого слоя окалины. На второй анод 7 подают значение силы тока на 5-8 % меньще значения силы тока на первом аноде, что достаточно для осуществления режима окончательной очистки поверхности изделия, при этом рабочие напряжения на источниках питания 8 и 9 имеют значения в пределах 30-35 В и 16-20 В соответственно.

В случае наличия в рабочей камере устройства 22 для стабилизащш обрабатываемого изделия и дополнительных экранов 25, зоны горения электрической дуги будут находиться соответственно между первым анодом 6 и ближайшими к нему экранами 24,25, и вторым анодом 7 и ближайпшми к нему экранами 24,25.

Заявляемая установка прошла экспериментальное опробование в производственных условиях ФГУН ЦНИИМ. Очистке от окалины была подвергнута горячекатаная стальная лента марки СтЛОкп толщиной 2 мм, шириной 103 мм и длиной более 6000 мм, свёрнутая в рулоны с наружным диаметром 800 мм. Всего обработали шесть рулонов при следуюпщх технологических режимах: скорость продольного перемещения ленты через рабочую камеру - 1-1,2 м/мин; давление в рабочей камере - 8-10 Па; давление в периферийных шлюзовых камерах - 100-150 Па; давление в шлюзовых камерах, примьжающих к рабочей камере - 10-15 Па; сила тока в зоне первого анода - 280-300 А; сила тока в зоне второго анода - 260-270 А; сопротивление резисторов - 120 ом каждый.

Результаты опробования показали, что качество обработки поверхности ленты соответствует требованиям заказчика, а установка может быть рекомендована для опытно-промышленного использования.

Claims (16)

1. Установка для электродуговой обработки поверхности металлических изделий в вакууме, включающая рабочую камеру, входной и выходной шлюзы, установленные на корпусе рабочей камеры по ходу продольного перемещения обрабатываемого изделия, устройство для создания вакуума в рабочей камере и шлюзах, узел анода, содержащий по меньшей мере два анода, узел катода, источник питания для образования и поддержания электрической дуги, положительный и отрицательный полюсы которого соединены соответственно с одним из упомянутых анодов и через узел катода с обрабатываемым изделием, и устройство для перемещения обрабатываемого изделия через шлюзы и рабочую камеру, отличающаяся тем, что узел катода установлен за пределами рабочей камеры, а установка снабжена средством ограничения зоны горения электрической дуги, выполненным в виде по меньшей мере двух экранов из токопроводного материала, и дополнительным источником питания, положительный и отрицательный полюсы которого соединены соответственно с другим анодом и через узел катода с обрабатываемым изделием, при этом узел анода установлен между экранами, а сами экраны расположены в рабочей камере в зонах входного и выходного шлюзов и каждый экран соединен через резистор с соответствующим анодом.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что аноды имеют отверстия, форма которых эквидистантна форме поперечного сечения обрабатываемого изделия.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что экраны имеют отверстия, форма которых эквидистантна форме поперечного сечения обрабатываемого изделия.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел катода выполнен по меньшей мере из двух средств для электрического соединения обрабатываемого изделия с отрицательными полюсами основного и дополнительного источников питания, причем один из них установлен перед входным шлюзом, а второй после выходного шлюза по ходу продольного перемещения обрабатываемого изделия.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что каждое из упомянутых средств выполнено, например, в виде металлических щеток, механически контактирующих с поверхностью обрабатываемого изделия.

6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что каждое из упомянутых средств выполнено, например, в виде подпружиненных башмаков или роликов из токопроводного материала, механически контактирующих с поверхностью обрабатываемого изделия.

7. Установка по п.4, отличающаяся тем, что одно из упомянутых средств выполнено по п.5, а другое по п.6.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каждый из упомянутых шлюзов выполнен по меньшей мере из двух шлюзовых камер, разделенных между собой уплотнительным узлом, причем вторая шлюзовая камера входного шлюза и первая шлюзовая камера выходного шлюза по ходу продольного перемещения обрабатываемого изделия пневматически соединены с устройством для создания вакуума.

9. Установка по любому из пп.1 и 8, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным устройством для создания вакуума, пневматически связанным с первой шлюзовой камерой входного шлюза, и второй шлюзовой камерой выходного шлюза по ходу продольного перемещения обрабатываемого изделия.

10. Установка по п.8, отличающаяся тем, что уплотнительный узел выполнен в виде упругих элементов с возможностью механического контакта каждого из них с обрабатываемым изделием.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что упругие элементы выполнены, например, из пружинной стальной ленты марки 65Г.

12. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена средством механической правки обрабатываемого изделия, установленным перед входным шлюзом и выполненным в виде по меньшей мере трех роликов, оси которых параллельны между собой, расположены в шахматном порядке и перпендикулярны к плоскости, совпадающей с продольным перемещением обрабатываемого изделия, причем средний ролик установлен с возможностью принудительного перемещения по отношению к другим неподвижным роликам.

13. Установка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что она снабжена средством стабилизации обрабатываемого изделия относительно отверстий в анодах и экранах в процессе перемещения обрабатываемого изделия через рабочую камеру, при этом указанное средство смонтировано в рабочей камере между анодами и выполнено в виде по меньшей мере двух роликов, расположенных по обе стороны обрабатываемого изделия.

14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере двумя дополнительными экранами, выполненными аналогично экранам, упомянутым в пп.1 и 3, и установленными между упомянутым средством стабилизации обрабатываемого изделия и соответствующим анодом, при этом каждый дополнительный экран электрически соединен с анодами через резистор.

15. Установка по любому из пп.1-3 и 14, отличающаяся тем, что упомянутые экраны выполнены из графита или жаростойкого сплава, например, на железо-никелевой основе.

16. Установка по любому из пп.1, 4 и 14, отличающаяся тем, что в нижней части рабочей камеры установлено средство для сбора твердых остатков окалины и других металлических частиц, выполненное, например, в виде магнитной ловушки.