RU55659U1

RU55659U1 - ELECTRIC SPARKING DEVICE

Info

Publication number: RU55659U1
Application number: RU2006110059/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Иванович Астафьев; Евгений Михайлович Файншмидт; Владимир Федорович Пегашкин; Владимир Васильевич Пилипенко; Дмитрий Александрович Крашенинников; Василий Францевич Пилипенко
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2006-08-27

Abstract

Полезная модель относится к электрофизическим методам обработки, в частности к электроискровому легированию режущего инструмента, штамповой оснаски и деталей машин. Техническим результатом полезной модели является улучшение качества поверхности легированного слоя, повышение сплошности покрытия и увеличение производительности устройства. Технический результат достигается за счет устройства искрового легирования, у которого электрод шарнирно закреплен с сердечником двух магнитопроводов, имеющих три обмотки возбуждения, причем на одном магнитопроводе установлена одна обмотка для подвода электрода к обрабатываемой детали, а на другом магнитопроводе установлены две катушки возбуждения, первая из которых предназначена для отвода электрода от детали, а другая для ограничения силы тока короткого замыкания. Электрод выполнен трубчатым и охлаждается путем подачи охладителя во внутрь электрода, а в качестве охладителя используют сжатый воздух или нейтральный газ.The utility model relates to electrophysical processing methods, in particular to electrospark alloying of cutting tools, die tools and machine parts. The technical result of the utility model is to improve the surface quality of the alloyed layer, increasing the continuity of the coating and increasing the productivity of the device. The technical result is achieved due to the spark doping device, in which the electrode is pivotally fixed to the core of two magnetic circuits having three excitation windings, and one winding is installed on one magnetic circuit to supply the electrode to the workpiece, and two excitation coils are installed on the other magnetic circuit, the first of which designed to divert the electrode from the part, and the other to limit the short circuit current. The electrode is made tubular and is cooled by supplying a cooler to the inside of the electrode, and compressed air or neutral gas is used as a cooler.

Description

Полезная модель относится к электрофизическим методам обработки, в частности к электроискровому легированию режущего инструмента, штамповой оснаски и деталей машин.The utility model relates to electrophysical processing methods, in particular to electrospark alloying of cutting tools, die tools and machine parts.

Известно устройство для электроэрозионного легирования, у которого электромагнитный вибратор сообщает вибрацию электроду, закрепленному в шарнире. Оправка, с закрепленными на ней опозитно постоянными магнитами, вращается электродвигателем с помощью шкива и передаточного элемента. При этом магнитное поле смещает свободный конец электрода на величину, не превышающую диаметр электрода, что обеспечивается конструкцией шарнира. В момент разряда магнитное поле постоянных магнитов вытесняет расплав из точки касания электрода и распределяет его по обрабатываемой поверхности. Вступая в контакт с обрабатываемой поверхностью, электрод совершает возвратно-поступательное и вращательное движение и под действием электрических разрядов происходит процесс нанесения электродного материала на упрочняемую поверхность [1].A device is known for electroerosive alloying, in which an electromagnetic vibrator transmits vibration to an electrode fixed in a hinge. The mandrel, with fixed permanent magnets fixed to it, is rotated by an electric motor using a pulley and a transmission element. In this case, the magnetic field shifts the free end of the electrode by an amount not exceeding the diameter of the electrode, which is ensured by the hinge design. At the time of discharge, the magnetic field of the permanent magnets displaces the melt from the point of contact of the electrode and distributes it over the surface to be treated. Having come into contact with the treated surface, the electrode makes a reciprocating and rotational movement and under the influence of electric discharges, the process of applying electrode material to the hardened surface occurs [1].

Недостатком данного устройства является недостаточная сплошность наносимого покрытия и малая производительность установки.The disadvantage of this device is the lack of continuity of the applied coating and low productivity of the installation.

Известно устройство для электроэрозионной обработки, в котором для автоматического поддержания расстояния между электродами применены неподвижный корпус с магнитопроводом и катушкой и подвижная часть, состоящая из электрододержателя с катушкой, подключенной к датчику тока или напряжения на искровом промежутке через блок управления [2].A device for electrical discharge machining is known, in which a fixed housing with a magnetic circuit and a coil and a moving part consisting of an electrode holder with a coil connected to a current or voltage sensor on the spark gap through a control unit are used to automatically maintain the distance between the electrodes [2].

Недостатком данного устройства является то, что подвижная часть является электромагнитным успокоителем, т.к. возникающие в нем вихревые токи при движении в магнитном поле создают значительные реакции, тормозящие резкие движения подвижной части. Это ухудшает качество наносимого покрытия и снижает производительность установки.The disadvantage of this device is that the movable part is an electromagnetic damper, because the eddy currents arising in it during movement in a magnetic field create significant reactions that inhibit the sharp movements of the moving part. This affects the quality of the coating and reduces the performance of the installation.

Известно устройство, содержащее источник питания, вибратор и генератор, электрическая схема которого содержит накопительную емкость, электрический зарядный ключ, выполненный на основе двух транзисторов и транзисторного модуля, элементы управления транзисторным ключом, разрядный тиристор с элементами управления им, A device is known that contains a power source, a vibrator and a generator, the electric circuit of which contains a storage capacitance, an electric charging key made on the basis of two transistors and a transistor module, transistor key controls, a discharge thyristor with controls for it,

блок синхронизации вибратора и генератора импульсов [3].block synchronization of the vibrator and the pulse generator [3].

Основными недостатками известного устройства являются невысокая надежность и стабильность работы, высокие удельные энергозатраты на процесс легирования, малая производительность устройства.The main disadvantages of the known device are the low reliability and stability, high specific energy consumption for the alloying process, low productivity of the device.

Известно устройство для электроискрового упрочнения, содержащее трансформатор, соединенный с выпрямителем через переключатель режимов работы, выход выпрямителя соединен с резисторными ограничителями тока, которые в свою очередь соединены с накопительными конденсаторами и обрабатывающим электродом. Обрабатываемая деталь соединяется с рабочим дросселем и выпрямителем, параллельно рабочему дросселю подключена катушка электромагнитного вибратора [4]A device for spark hardening is known, comprising a transformer connected to the rectifier via a mode switch, the output of the rectifier is connected to resistor current limiters, which in turn are connected to storage capacitors and a processing electrode. The workpiece is connected to a working inductor and a rectifier, an electromagnetic vibrator coil is connected in parallel to the operating inductor [4]

Недостатком данного устройства является низкая производительность из-за перегрева упрочняющего электрода и низкая частота искровых разрядов, что снижает сплошность и качество покрытия.The disadvantage of this device is the low productivity due to overheating of the hardening electrode and the low frequency of spark discharges, which reduces the continuity and quality of the coating.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство, содержащее неподвижную часть - корпус с магнитопроводом и катушкой и подвижную часть, состоящую из электрододержателя с катушкой, подключенной к датчику тока и напряжения на искровом промежутке через блок управления. [5].The closest technical solution to the claimed utility model is a device containing a fixed part - a body with a magnetic circuit and a coil and a moving part consisting of an electrode holder with a coil connected to a current and voltage sensor on the spark gap through the control unit. [5].

Электрод, закрепленный в электрододержателе, взаимодействует с деталью, причем длительность контакта электрода с деталью регулируется током короткого замыкания, протекающего через соленоид обратной связи. Для предотвращения перегрева электрод постоянно обдувается сжатым воздухом.The electrode fixed in the electrode holder interacts with the part, and the duration of the contact of the electrode with the part is regulated by the short circuit current flowing through the feedback solenoid. To prevent overheating, the electrode is constantly blown with compressed air.

Однако у данного устройства имеется ряд недостатков:However, this device has several disadvantages:

- низкая производительность устройства вследствии использования стержневых электродов небольшого диаметра;- low productivity of the device due to the use of rod electrodes of small diameter;

- упрочняющий слой получается с недостаточной толщиной;- the reinforcing layer is obtained with insufficient thickness;

- большие энергозатраты на процесс легирования;- high energy consumption for the alloying process;

- обдув электрода производится сжатым воздухом с внешней стороны, что не исключает контакта переносимой капельки-электрода с кислородом воздуха.- blowing of the electrode is performed by compressed air from the outside, which does not exclude the contact of the transferred droplet-electrode with oxygen.

Техническим результатом полезной модели является улучшение поверхности легированного слоя, повышение сплошности покрытия и увеличение производительности устройства.The technical result of the utility model is to improve the surface of the alloyed layer, increase the continuity of the coating and increase the productivity of the device.

Технический результат достигается за счет устройства искрового легирования, у которого электрод шарнирно закреплен с сердечником двух магнитопроводов, имеющих три обмотки возбуждения, причем на The technical result is achieved due to the spark alloying device, in which the electrode is pivotally fixed to the core of two magnetic circuits having three field windings, and on

одном магнитопроводе установлена одна обмотка для подвода электрода к обрабатываемой детали, а на другом магнитопроводе установлены две катушки возбуждения, причем первая из них предназначена для отвода электрода от детали, а вторая для ограничения силы тока короткого замыкания. Электрод выполнен трубчатым и охлаждается путем подачи охладителя во внутрь электрода, а в качестве охладителя используют сжатый воздух или нейтральный газ.one winding has one winding for supplying the electrode to the workpiece, and two excitation coils are installed on the other winding, the first of which is used to divert the electrode from the workpiece, and the second to limit the short-circuit current. The electrode is made tubular and is cooled by supplying a cooler to the inside of the electrode, and compressed air or neutral gas is used as a cooler.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где показана электрическая функциональная схема устройстваThe proposed device is illustrated in the drawing, which shows the electrical functional diagram of the device

Устройство для искрового легирования состоит из электрода 1, закрепленного в электрододержателе с токопроводом. Электрод 1 и обрабатываемая деталь 2 соеденены с источником питания 3. Между электродом и обрабатываемой деталью создается так называемое межэлектродное пространство, в котором при замыкании эл. цепи возникает электрический разряд.The device for spark doping consists of an electrode 1, mounted in an electrode holder with a current lead. The electrode 1 and the workpiece 2 are connected to the power source 3. Between the electrode and the workpiece is created the so-called interelectrode space, in which when the electric circuit is closed. circuit electric discharge occurs.

Электрод шарнирно соединен с возбудителем двойного действия, а именно из магнитных систем 4 и 5. Магнитная система 4, состоящая из магнитной катушки, подводит электрод 1 к обрабатываемой детали 2. Вторая магнитная система 5 состоит из двух катушек: одна обмотка отводит электрод 1 от обрабатываемой детали 2, а вторая обмотка создает магнитный поток при прохождении тока короткого замыкания во время касания электрода к детали. Кроме того электрод связан с приводом 13, имеющим различные скорости вращения. Заряд и разряд накопительных конденсаторов 6 происходит через диоды 7, 8, 9, сопротивление 11 и катушку индуктивности 12. Для регулирования величины тока короткого замыкания в эл. схему включено переменное сопротивление 10.The electrode is pivotally connected to a double-acting exciter, namely from magnetic systems 4 and 5. Magnetic system 4, consisting of a magnetic coil, leads electrode 1 to the workpiece 2. The second magnetic system 5 consists of two coils: one winding leads the electrode 1 from the workpiece parts 2, and the second winding creates a magnetic flux when passing a short circuit current while the electrode is touching the part. In addition, the electrode is connected to the actuator 13 having various rotational speeds. The charge and discharge of the storage capacitors 6 occurs through diodes 7, 8, 9, resistance 11 and an inductor 12. To control the magnitude of the short circuit current in el. the circuit included a variable resistance of 10.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В первоначальный момент работы устройства накопительные конденсаторы 6 не заряжены. При замыкании выключателя сети тока, питающего магнитные системы 4 и 5 через диод 7, происходит отвод электрода 1 от поверхности обрабатываемой детали 2 и одновременно происходит зарядка накопительных конденсаторов 6 через диод 9, индуктивность 12 и сопротивление 11.At the initial moment of operation of the device, the storage capacitors 6 are not charged. When the circuit breaker of the current network supplying the magnetic systems 4 and 5 through the diode 7 is closed, the electrode 1 is withdrawn from the surface of the workpiece 2 and the storage capacitors 6 are simultaneously charged through the diode 9, inductance 12 and resistance 11.

После начала действия отрицательной полуволны ток проходит через диод 8 по обмотке магнитной системы 4 и создающееся магнитное поле притягивает к катушке сердечник с шарнирно закрепленным к нему электродом 1. Межэлектродный промежуток начинает уменьшаться и когда достигает величины, при которой возможен электрический пробой, After the start of the negative half-wave action, the current passes through the diode 8 along the winding of the magnetic system 4 and the generated magnetic field attracts a core to the coil with an electrode 1 pivotally attached to it. The interelectrode gap begins to decrease and when it reaches a value at which electric breakdown is possible,

происходит разряд накопительных конденсаторов 6.there is a discharge of storage capacitors 6.

В это время электрод продолжает движение и происходит его касание поверхности обрабатываемой детали. При этом через переменное сопротивление 10, обмотку магнитной системы 5 и дисковый электрод 1 протекает ток короткого замыкания и создающееся магнитное поле притягивает сердечник к катушке 5 и происходит отвод электрода от поверхности обрабатываемой детали. Величина тока короткого замыкания регулируется с помощью переменного сопротивления 10. Включением в зарядную цепь индуктивного элемента 12 через диод 9 удается ускорить процесс зарядки конденсаторов 6 и увеличить напряжение на нем.At this time, the electrode continues to move and it touches the surface of the workpiece. In this case, a short circuit current flows through the variable resistance 10, the winding of the magnetic system 5 and the disk electrode 1 and the generated magnetic field attracts the core to the coil 5 and the electrode is removed from the surface of the workpiece. The magnitude of the short circuit current is controlled by means of a variable resistance 10. The inclusion of an inductive element 12 in the charging circuit through a diode 9 manages to accelerate the process of charging capacitors 6 and increase the voltage across it.

При последующем замыкании электрода на деталь происходит разряд накопительной емкости и массоперенос материала электрода на обрабатываемую деталь.The subsequent closure of the electrode to the part causes the discharge of the storage capacity and mass transfer of the electrode material to the workpiece.

В момент соприкосновения электрода с деталью возникают большие токи короткого замыкания и электрод начинает греться, и, если не производить охлаждение, электрод может раскалиться и будет происходить налипание капелек материала-электрода на деталь.At the moment of contact of the electrode with the part, large short-circuit currents occur and the electrode begins to heat up, and if cooling is not performed, the electrode may become hot and droplets of the electrode material will stick to the part.

Кроме того происходит окисление нагретого электрода за счет взаимодействия с кислородом воздуха, что приводит к быстрому износу электрода. Для устранения этого недостатка предлагается производить охлаждение электрода охладителем. В качестве охладителя используют газы - азот, аргон или другой нейтральный газ. В качестве материала электрода используют твердый сплав, высокоуглеродистые сплавы железа или графит.In addition, the heated electrode is oxidized due to interaction with atmospheric oxygen, which leads to rapid electrode wear. To eliminate this drawback, it is proposed to produce cooling of the electrode with a cooler. As a cooler use gases - nitrogen, argon or other neutral gas. As the electrode material, hard alloys, high carbon alloys of iron or graphite are used.

Для эффективного охлаждения электрод выполняют трубчатым и охладитель подается во внутрь электрода.For effective cooling, the electrode is made tubular and the cooler is fed into the inside of the electrode.

Пример конкретной реализации устройстваAn example of a specific implementation of the device

Обработке подлежал режущий нож деревообрабатывающего станка, имеющий форму узкой прямоугольной пластины толщиной 4 мм и с размерами 50×400 мм. Ножевая пластина была изготовлена из рядовой углеродистой стали. Электроэрозионной обработке подвергалась большая поверхность ножа, начиная от режущей кромки на всю длину пластины и шириной, равной половине ширины пластины.The cutting knife of a woodworking machine, having the form of a narrow rectangular plate with a thickness of 4 mm and with dimensions of 50 × 400 mm, was subject to processing. The knife plate was made of ordinary carbon steel. A large surface of the knife was subjected to EDM, starting from the cutting edge over the entire length of the insert and with a width equal to half the width of the insert.

Легирование осуществляли сплавом ВК6 при следующих параметрах:Doping was carried out with VK6 alloy with the following parameters:

- скорость перемещения суппорта с устройством- the speed of movement of the caliper with the device

легирования, мм/ сек.alloying, mm / sec. - 1- one - технологический ток, ампер- technological current, ampere - 100- one hundred - емкость конденсаторов, мкф.- capacitance of capacitors, microfarads. - до 1000- up to 1000

напряжение холостого хода, вольтopen circuit voltage, volt - 90- 90 диаметр полого электрода, ммdiameter of a hollow electrode, mm - 8- 8 материал электродаelectrode material - ВК6- VK6 скорость обработки, см²/минprocessing speed, cm ² / min - до 3,5- up to 3.5 толщина легирующего слоя, ммalloying layer thickness, mm - 0,2- 0.2 шероховатость покрытия, Ra мкмsurface roughness, Ra microns - 10,0- 10.0 частота следования импульсов, гцpulse repetition rate, Hz - 50- fifty газ охладительgas cooler - сжатый воздух- compressed air

Используя микроскоп типа МПБ-2 с 24 кратным увеличением установили, что вся поверхность имела равномерное электроэрозионное покрытие, между отдельными участками разрывов не наблюдалось.Using a microscope of the MPB-2 type with a 24x magnification, it was established that the entire surface had a uniform electroerosive coating, no gaps were observed between the individual sections.

При необходимости легирование можно повторить методом наложения 2-го упрочняющего слоя.If necessary, alloying can be repeated by applying the 2nd reinforcing layer.

Эксплуатационная стойкость обработанных деревообрабатывающих ножей зависила от материала электродов и увеличилась в 1,8-3,5 раз.The operational resistance of the processed woodworking knives depended on the material of the electrodes and increased by 1.8-3.5 times.

Применение предлагаемого устройства для электроискрового легирования позволяет увеличить толщину легированного слоя, повысить сплошность покрытия, его сцепляемость с основным металлом и повысить производительность процесса.The use of the proposed device for electrospark alloying allows to increase the thickness of the alloyed layer, increase the continuity of the coating, its adhesion to the base metal and increase the productivity of the process.

Кроме того, устройство позволяет равномерно покрывать легирующим слоем плоские, цилиндрические и сложнопрофильные поверхности.In addition, the device allows you to evenly cover the alloying layer of flat, cylindrical and complex surfaces.

Таким образом, заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу.Thus, the claimed technical solution fully fulfills the task.

Заявляемое техническое решение не известно в Российской Федерации и за рубежом и отвечает требованиям критерия "новизна". Техническое решение может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".The claimed technical solution is not known in the Russian Federation and abroad and meets the requirements of the criterion of "novelty." The technical solution can be implemented industrially in mass production using well-known technical means, technologies and materials and meets the requirements of the criterion of "industrial applicability".

Использованная литератураReferences

1. А.с. 1609564, В 23 Н 9/00, опубл. в бюл. №44, 19901. A.S. 1609564, B 23 H 9/00, publ. in bull. No. 44, 1990

2. А.с. 1627353, В 23 Н 9/00, опубл. в бюл. №6, 19912. A.S. 1627353, B 23 H 9/00, publ. in bull. No.6, 1991

3. Установка Элитрон-22, паспорт АИИЗ. 299.157. ПС, Кишинев, 1986.3. Installation of Elitron-22, passport AIIZ. 299.157. PS, Chisinau, 1986.

4. П-2171162, В 23 Н 7/04, опубл. 2001.07.27.4. P-2171162, B 23 H 7/04, publ. 2001.07.27.

5. Пол. модель №2529, В 23 Н 7/18, опубл. в бюл. №8, 16.08.19965. Paul. Model No. 2529, B 23 H 7/18, publ. in bull. No. 8, 08.16.1996

Claims

1. Device for electrospark alloying, including a source of technological current, an electromagnetic vibrator with a fixed electrode holder and an electrode installed in it, an electrode rotation drive, characterized in that the electrode is pivotally fixed to the core of two magnetic circuits having three excitation windings, and one is mounted on one magnetic circuit winding, and on the other magnetic circuit there are two field windings.

2. The device according to claim 1, characterized in that the electrode is tubular and is cooled by supplying a cooler to the inside of the electrode.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that compressed air or neutral gas is used as a cooler.