RU74922U1

RU74922U1 - DEVICE FOR ELECTRIC ARC Hardening

Info

Publication number: RU74922U1
Application number: RU2008109336/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Иванович Астафьев (RU); Геннадий Иванович Астафьев; Евгений Михайлович Файншмидт (RU); Евгений Михайлович Файншмидт; Владимир Федорович Пегашкин (RU); Владимир Федорович Пегашкин; Владимир Васильевич Пилипенко (RU); Владимир Васильевич Пилипенко; Александр Владимирович Журавлев (RU); Александр Владимирович Журавлев; Владимир Ильич Журавлев (RU); Владимир Ильич Журавлев; Андрей Владимирович Андриянов (RU); Андрей Владимирович Андриянов; Василий Францевич Пилипенко (RU); Василий Францевич Пилипенко
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2008-07-20

Abstract

1. Устройство для электродуговой закалки изделий, содержащее газоэлектрическую горелку, тугоплавкий электрод, источник питания дуги, щеточное устройство и охлаждаемую горелку, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит электромагнитное управление дугой в виде сканирующего устройства, а для защиты электрода и нагретого металла от окисления в дуговой промежуток подают инертный газ.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сканирующее устройство выполнено из полого водоохлаждаемого магнитопровода и катушки - соленоида.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве инертного газа используют аргон.1. Device for electric arc hardening of products, containing a gas-electric torch, refractory electrode, arc power source, brush device and a cooled torch, characterized in that the device further comprises electromagnetic control of the arc in the form of a scanning device, and to protect the electrode and heated metal from oxidation in the inert gas is supplied by the arc gap. 2. The device according to claim 1, characterized in that the scanning device is made of a hollow water-cooled magnetic circuit and a coil - a solenoid. The device according to claim 1, characterized in that argon is used as an inert gas.

Description

Полезная модель относится к электрофизическим методам обработки и может быть использована в металлургии и машиностроении для электродуговой (плазменной) закалки поверхности деталей и инструмента.The utility model relates to electrophysical processing methods and can be used in metallurgy and mechanical engineering for electric arc (plasma) hardening of the surface of parts and tools.

Известен способ, а также устройство для закалки зубьев пил электроконтактным нагревом [1, А.с.1680786, кл. С21Д 9/24, БИ №36, опубл. 30.09. 1991 г.]A known method, as well as a device for hardening the teeth of saws by electric contact heating [1, A. p. 1680786, class. S21D 9/24, BI No. 36, publ. 09/30. 1991]

Недостатком этого способа и устройства является то, что закалка происходит по всему сечению зуба, что повышает его хрупкость.The disadvantage of this method and device is that hardening occurs over the entire cross section of the tooth, which increases its brittleness.

Известен способ упрочнения деталей, при котором поверхность изделия нагревают азотной плазменной струей. Диаметр сопла плазмотрона 6 мм, подводимая мощность 10,5-12 кВт, расход азота 15-17 л/мин., скорость перемещения струи 0,5-1,1 мм/с. Дистанция обработки - 10 мм. [2, А.с.№1766970, кл. С21Д 1/06, БИ №37, опубл. 07.10.1992 г.].A known method of hardening parts, in which the surface of the product is heated with a nitrogen plasma stream. The diameter of the plasma torch nozzle is 6 mm, the input power is 10.5-12 kW, the nitrogen flow rate is 15-17 l / min., The jet velocity is 0.5-1.1 mm / s. The processing distance is 10 mm. [2, A.S. No. 1766970, class. S21D 1/06, BI No. 37, publ. 10/07/1992].

Недостатком данного способа является невысокая твердость упрочненной поверхности детали.The disadvantage of this method is the low hardness of the hardened surface of the part.

Также известен способ плазменного упрочнения режущего инструмента, при котором ось плазменной струи устанавливают относительно продольной оси инструмента по снижению интенсивности звуковых колебаний в диапазоне 6-8 кГц и 75-45 дБ.[3, А.с.№1622409, Кл. С21Д 1/06, БИ №3, опубл. 23.01. 1991 г.]. Недостатком данного способа является его сложность, контроль взаимного расположения осей плазменной струи и режущего элемента осуществляют акустическим методом по снижению интенсивности звуковых колебаний в диапазоне определенных частот, что добиться очень сложно.Also known is the method of plasma hardening of a cutting tool, in which the axis of the plasma jet is set relative to the longitudinal axis of the tool to reduce the intensity of sound vibrations in the range of 6-8 kHz and 75-45 dB. [3, A.C. No. 1622409, Cl. S21D 1/06, BI No. 3, publ. 01/23. 1991]. The disadvantage of this method is its complexity, the control of the relative position of the axes of the plasma jet and the cutting element is carried out by the acoustic method to reduce the intensity of sound vibrations in the range of certain frequencies, which is very difficult to achieve.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ, а также устройство плазменного упрочнения пилообразного режущего инструмента. Способ заключается в скоростном нагреве вершин зубьев высокотемпературной плазмой с последующим самоохлаждением их за счет отвода тепла вглубь металла. Устройство, реализующее этот способ, содержит The closest in technical essence and the achieved technical result is a method, as well as a plasma hardening device for a sawtooth cutting tool. The method consists in high-speed heating of the tooth tips with high-temperature plasma, followed by their self-cooling due to the removal of heat deep into the metal. A device that implements this method contains

приспособление для зажатия и перемещения вперед и назад пилообразного режущего инструмента, в частности, рамных пил.a device for clamping and moving forward and back a sawtooth cutting tool, in particular, frame saws.

Плазмотрон в этом устройстве установлен неподвижно. Пила перемещается относительно плазмотрона вдоль своей продольной плоскости [4, А.с.1775480, кл.. С21Д 1/09, опубл. 15.11.1992 г.]The plasma torch in this device is stationary. The saw moves relative to the plasma torch along its longitudinal plane [4, A. p. 1775480, class. С21Д 1/09, publ. November 15, 1992]

Недостатком известного устройства является неравномерность нагрева по всей ширине режущей кромки зубьев при перемещении плазменной струи вдоль закаляемого инструмента из-за флуктуации плазменной струи. Кроме того, левая и правая кромки зуба при этом упрочняются в неодинаковой степени. Степень закалки середины и краев вершины зуба различна, особенно заметно это различие при плазменной обработке пил большой толщины (в данном случае неравномерность распределения твердости по ширине кромки может достигать до 40%).A disadvantage of the known device is the uneven heating across the entire width of the cutting edge of the teeth when moving the plasma jet along the hardened tool due to fluctuations in the plasma jet. In addition, the left and right edges of the tooth are thus hardened to an unequal extent. The degree of hardening of the middle and edges of the top of the tooth is different, this difference is especially noticeable during plasma processing of saws of large thickness (in this case, the uneven distribution of hardness along the width of the edge can reach up to 40%).

Технической задачей полезной модели является создание устройства для электродуговой закалки электропроводящих материалов для увеличения твердости и износостойкости рабочей поверхности деталей машин, технологического оборудования и инструмента.The technical task of the utility model is to create a device for electric arc hardening of electrically conductive materials to increase the hardness and wear resistance of the working surface of machine parts, technological equipment and tools.

Техническая задача достигается тем, что устройство для электродуговой закалки дополнительно содержит электромагнитное управление дугой в виде сканирующего устройства, выполненного из полого водоохлаждаемого магнитопровода и катушки- соленоида, а для защиты электрода и нагретого материала детали от окисления в дуговой промежуток подают инертный газ, а в качестве инертного газа используют аргон.The technical problem is achieved in that the device for electric arc hardening further comprises an electromagnetic arc control in the form of a scanning device made of a hollow water-cooled magnetic circuit and a solenoid coil, and inert gas is supplied to the electrode gap to protect the electrode and heated material of the component from oxidation, and as inert gas use argon.

Полезная модель поясняется на чертеже - фиг.1, где показана блок-схема заявляемого устройства.A useful model is illustrated in the drawing - figure 1, which shows a block diagram of the inventive device.

Устройство состоит из газоэлектрической горелки 1, отклоняющей электромагнитной системы 2 с источником питания переменным током, импульсного возбудителя дуги 3, источника питания дуги постоянным током 4, система контроля и управления процессом 5 и щеточного узла 6.The device consists of a gas-electric burner 1, a deflecting electromagnetic system 2 with an alternating current power source, an arc pulse exciter 3, a direct current arc source 4, a process monitoring and control system 5, and a brush assembly 6.

Блок - схема устройства для электродуговой закалки выполнена следующим образом.The block diagram of the device for electric arc hardening is as follows.

Манипулятор изделия (или горелки) обеспечивает взаимное перемещение поверхности детали и горелки с заданной скоростью и шагом. В качестве манипулятора используется сварочный автомат, The manipulator of the product (or burner) provides mutual movement of the surface of the part and the burner with a given speed and step. A welding machine is used as a manipulator,

сварочный манипулятор или вращатель; токарный, шлифовальный или др. станок, обеспечивающие необходимые технологические параметры. Общая компоновка в каждом конкретном случае определяется конструкцией применяемого манипулятора, исходя из удобства обслуживания, эксплуатации и требований безопасности.welding positioner or rotator; turning, grinding or other machine, providing the necessary technological parameters. The general layout in each case is determined by the design of the manipulator used, based on the convenience of maintenance, operation and safety requirements.

В качестве источника питания дуги постоянным током используется сварочный выпрямитель с падающими вольт- амперными характеристиками, предпочтительно с плавным регулированием сварочного тока.A welding rectifier with falling current-voltage characteristics, preferably with stepless control of the welding current, is used as a DC arc power source.

Водоохлаждаемая газоэлектрическая горелка предназначена для поддержания электрического дугового разряда между поверхностью детали, служащей анодом, и неплавящимся вольфрамовым электродом (катодом).A water-cooled gas-electric torch is designed to maintain an electric arc discharge between the surface of the part serving as the anode and the non-consumable tungsten electrode (cathode).

Основные части горелки: корпус с каналами водяного охлаждения, вольфрамовый электрод, сопло, служащее для обжатия прикатодной области дуги и формирования струи защитного газа (аргона). Электрод закрепляется в корпусе горелки посредством цангового зажима, через который осуществляется подвод тока и отвод тепла от электрода. Сопло закрепляется на корпусе коаксиально электроду и электрически изолировано от корпуса посредством резиновых колец, обеспечивающих одновременно герметизацию водоохлаждаемой части горелки.The main parts of the burner: a casing with water cooling channels, a tungsten electrode, a nozzle used to compress the near-cathode region of the arc and form a protective gas jet (argon). The electrode is fixed in the burner body by means of a collet clamp, through which current is supplied and heat is removed from the electrode. The nozzle is fixed on the housing coaxially to the electrode and is electrically isolated from the housing by means of rubber rings, which simultaneously provide sealing of the water-cooled part of the burner.

Электромагнитная отклоняющая система (сканирующее устройство) предназначена для рассредоточения тепловой мощности анодного пятна дуги в пределах локального участка на поверхности детали. Электромагнитная отклоняющая система состоит из полого водоохлаждаемого магнитопровода и катушки- соленоида, питаемого переменным электрическим током.An electromagnetic deflection system (scanning device) is designed to disperse the thermal power of the anode spot of the arc within a local area on the surface of the part. The electromagnetic deflecting system consists of a hollow water-cooled magnetic circuit and a solenoid coil fed by alternating electric current.

Принцип действия электромагнитной отклоняющей системы основан на взаимодействии токопроводящего столба дуги с переменным магнитным полем, создаваемым соленоидом. Для регулирования напряженности магнитного поля, создаваемого электромагнитной отклоняющей системой, служит источник тока, размещенный в блоке управления. Регулятор мощности выведен на лицевую панель блока управления.The principle of operation of the electromagnetic deflecting system is based on the interaction of the conductive column of the arc with an alternating magnetic field created by the solenoid. To regulate the magnetic field generated by the electromagnetic deflecting system, a current source is located in the control unit. The power regulator is displayed on the front panel of the control unit.

В блоке управления объединены органы контроля и управления параметрами режима закалки, импульсный возбудитель дуги, источник питания сканирующего устройства (электромагнитной отклоняющей системы).The control unit combines the control and management parameters of the quenching mode, the pulse exciter of the arc, the power source of the scanning device (electromagnetic deflecting system).

Процесс термообработки характеризуется быстрым нагревом участка поверхности детали электрической дугой прямого действия выше критической температуры фазового перехода и последующей самозакалкой этого участка при охлаждении за счет интенсивного теплоотвода в окружающий металл.The heat treatment process is characterized by rapid heating of the surface part of the part with a direct-acting electric arc above the critical temperature of the phase transition and subsequent self-hardening of this section during cooling due to intense heat removal to the surrounding metal.

Сущность процесса упрочнения (термообработки) с помощью предлагаемого устройства состоит в следующем:The essence of the hardening process (heat treatment) using the proposed device is as follows:

- между поверхностью детали и неплавящимся электродом, находящимся под напряжением, посредством искрового высокочастотного разряда возбуждается электрическая дуга прямой полярности;- between the surface of the part and the non-consumable electrode, which is energized, an electric arc of direct polarity is excited by means of a high-frequency spark discharge;

- для защиты электрода и нагретого металла детали от окисления в дуговой промежуток подается инертный газ, например, аргон;- to protect the electrode and the heated metal of the part from oxidation, an inert gas, for example, argon, is supplied into the arc gap;

- для рассредоточения тепловой мощности дуги, регулирования формы и площади пятна нагрева на поверхности детали, используется электромагнитное управление дугой с помощью сканирующего устройства (электромагнитная отклоняющая система);- to disperse the thermal power of the arc, to regulate the shape and area of the heating spot on the surface of the part, electromagnetic control of the arc using a scanning device (electromagnetic deflecting system) is used;

- регулирование термического цикла в поверхностном слое детали осуществляется изменением напряжения и тока дуги, формы и скорости перемещения пятна нагрева по поверхности детали;- regulation of the thermal cycle in the surface layer of the part is carried out by changing the voltage and arc current, the shape and speed of movement of the heating spot along the surface of the part;

- упрочнение поверхности с заданной площадью осуществляется путем перемещения пятна нагрева по поверхности детали с наложением упрочненных участков по прямой или винтовой линии.- hardening of the surface with a given area is carried out by moving the heating spot over the surface of the part with the application of the hardened sections in a straight or helical line.

Применение предлагаемого устройства позволяет проводить упрочняющую поверхностную термическую обработку электропроводных материалов. Например, твердость рабочей поверхности стальных и чугунных деталей, термообработанных с помощью предлагаемого устройства достигает 50-62 HRC (в зависимости от химического состава), глубина упрочнения достигает 2 мм, а ширина упрочненной за один проход зоны до 20 мм.The application of the proposed device allows for hardening surface heat treatment of electrically conductive materials. For example, the hardness of the working surface of steel and cast iron parts heat-treated using the proposed device reaches 50-62 HRC (depending on the chemical composition), the hardening depth reaches 2 mm, and the width of the zone hardened in one pass up to 20 mm.

Пример конкретной реализацииConcrete implementation example

Упрочнению поверхностной электродуговой закалки подвергли партию прокатных валков из стали 15 ХНМ в количестве 10 штук. Упрочнение проводили плазмотроном с диаметром сопла 6 мм. Мощность подводимая к плазмотрону составляла 12 кВт, расход газа составлял 14,0-18,5 л/мин., скорость перемещения струи 0,6-1,2 мм/сек.A batch of rolling rolls of steel 15 HNM in the amount of 10 pieces was subjected to hardening of the surface electric arc hardening. Hardening was carried out by a plasmatron with a nozzle diameter of 6 mm. The power supplied to the plasmatron was 12 kW, the gas flow rate was 14.0-18.5 l / min., The speed of the jet 0.6-1.2 mm / s.

Упрочнение производили при следующих технологических параметрах:Hardening was carried out with the following technological parameters:

- линейная скорость перемещения дуги, м/час. - linear velocity of the arc, m / hour. - 110- 110 - ток дуги, А- arc current, A - 250- 250 -300-300 - напряжение на дуге, В- arc voltage, V - 30- thirty -38-38 - ширина закаленной полосы, мм- width of the hardened strip, mm - 12- 12 -18-eighteen - шаг наложения полос (по винтовой линии), мм- pitch of strips (along a helix), mm - 8- 8 -12-12 - твердость поверхности материала детали, HRC- surface hardness of the material of the part, HRC - 42- 42 -58-58 - твердость упрочненной поверхности детали, HRC- hardness of the hardened surface of the part, HRC - 58- 58 - глубина упрочненного слоя, мм- depth of the hardened layer, mm - 1,3- 1.3

Дистанция обработки в 12-18 мм выбрана исходя из наиболее рационального использования подводимой к плазмотрону мощности.The processing distance of 12-18 mm is selected based on the most rational use of the power supplied to the plasmatron.

Благодаря использования электромагнитного управления дугой удается достичь рассредоточение тепловой мощности анодного пятна дуги в пределах локального участка, что способствует повышению твердости поверхности обрабатываемой детали.Thanks to the use of electromagnetic arc control, it is possible to achieve dispersion of the thermal power of the anode spot of the arc within the local area, which helps to increase the surface hardness of the workpiece.

Предлагаемое устройство плазменного упрочнения деталей позволяет, по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями, повысить качество упрочняемой поверхности и увеличить тем самым срок службы металлических изделий.The proposed device for plasma hardening of parts allows, in comparison with the prototype and other known technical solutions, to improve the quality of the hardened surface and thereby increase the service life of metal products.

При этом эксплуатационная стойкость упрочненных прокатных валков возрастала в 1,4-2,2 раза по сравнению с неупрочненными.At the same time, the service life of hardened rolling rolls increased by 1.4–2.2 times compared to unstressed ones.

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

Заявляемое техническое решение не известно в Российской Федерации и за рубежом, поэтому отвечает требованиям критерия ″новизна″.The claimed technical solution is not known in the Russian Federation and abroad, therefore, meets the requirements of the criterion of "novelty".

Заявляемое техническое решение может быть реализовано с использованием известных технических средств, технологий и материалов в машиностроении и металлургии и поэтому отвечает требованиям критерия ″промышленная применимость″.The claimed technical solution can be implemented using well-known technical means, technologies and materials in mechanical engineering and metallurgy and therefore meets the requirements of the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. Device for electric arc hardening of products, containing a gas-electric torch, refractory electrode, arc power source, brush device and a cooled torch, characterized in that the device further comprises electromagnetic control of the arc in the form of a scanning device, and to protect the electrode and heated metal from oxidation in the arc gap serves an inert gas.

2. The device according to claim 1, characterized in that the scanning device is made of a hollow water-cooled magnetic circuit and a coil - solenoid.

3. The device according to claim 1, characterized in that argon is used as an inert gas.