RU76270U1

RU76270U1 - PULSE GENERATOR FOR ELECTROEROSION PROCESSING

Info

Publication number: RU76270U1
Application number: RU2008114889/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Иванович Астафьев; Евгений Михайлович Файншмидт; Владимир Федорович Пегашкин; Владимир Васильевич Пилипенко; Владимир Ильич Воротников; Андрей Владимирович Андриянов; Василий Францевич Пилипенко
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2008-09-20

Abstract

Полезная модель относится к электроэрозионным методам обработки металлов и может использоваться в качестве широкодиапазонного генератора импульсов электроэрозионных устройств. Технической задачей полезной модели является создание такого генератора импульсов для электроэрозионного легирования, который бы обеспечил улучшение качества упрочненного слоя по физико-химическим свойствам: шероховатости, сплошности и износостойкости при одновременном упрощении электрической схемы. Техническая задача решается тем, что генератор импульсов включает в себя источник питания, накопительную емкость с зарядно-разрядной цепью, содержащей зарядный транзисторный ключ, в коллекторную цепь которого включен ограничивающий резистор, разрядный тиристорный ключ, узлы управления ключами, а также блок управления электрод-инструментом, согласно полезной модели узел управления разрядным тиристорным ключом содержит транзистор с двумя резисторами, при этом база транзистора через один из резисторов связана с электрод-инструментом, коллектор транзистора через второй резистор связан с управляющим электродом разрядного тиристорного ключа, а эмиттер - с источником питания.The utility model relates to electroerosive methods of metal processing and can be used as a wide-range pulse generator of EDM devices. The technical task of the utility model is the creation of such a pulse generator for electroerosive alloying, which would provide an improvement in the quality of the hardened layer by physicochemical properties: roughness, continuity, and wear resistance while simplifying the electrical circuit. The technical problem is solved in that the pulse generator includes a power source, a storage capacitance with a charge-discharge circuit containing a charging transistor switch, the collector circuit of which includes a limiting resistor, a discharge thyristor switch, key control nodes, and also an electrode-instrument control unit , according to the utility model, the control unit for the discharge thyristor switch contains a transistor with two resistors, while the base of the transistor is connected through one of the resistors to the electrode-tool, to the transistor collector is connected through a second resistor to the control electrode of the discharge thyristor switch, and the emitter to a power source.

Description

Полезная модель относится к электроэрозионным методам обработки металлов и может использоваться в качестве широкодиапазонного генератора импульсов электроэрозионных устройств.The utility model relates to electroerosive methods of metal processing and can be used as a wide-range pulse generator of EDM devices.

Известны генераторы импульсов технологического тока, включающие источник питания, накопительную емкость с зарядно-разрядной цепью, узлы контроля и управлением процессом (А.с. СССР №837715, кл. В23Р 1/02, 15.06.1981,; А.с. СССР №1323268, кл. В23Н 1/02, 15.07.1087).Known pulse generators of a technological current, including a power source, storage capacity with a charge-discharge circuit, control and process control units (AS USSR No. 837715, class B23P 1/02, 06/15/1981; AS USSR No. 1323268, CL B23H 1/02, 07/15/1087).

Известен генератор импульсов ШГИ 63-440 для электроэрозионной обработки металлов (Техническое описание ЗЕИ 729.016.70, 1079), включающий блок питания, платы силовых ключей и ключей поджига.The well-known pulse generator ShGI 63-440 for electrical discharge machining of metals (Technical description ZEI 729.016.70, 1079), including a power supply, power key boards and ignition keys.

Недостатком известных генераторов является отсутствие возможности автоматического регулирования величины тока в процессе обработки в зависимости от состояния межэлектродного промежутка.A disadvantage of the known generators is the lack of the ability to automatically control the magnitude of the current during processing, depending on the state of the interelectrode gap.

Известен также генератор импульсов ШГИ-М2 для электроэрозионной обработки металлов (ШГИ-80×2-200 М2, техническое описание ИАВК435312 -042 ТО, 1991 г.), включающий блок питания, блок системы управления, платы силовых ключей и ключей поджига. Данный генератор снабжен регулятором тока, расположенным на панели блока системы управления и обеспечивающим возможность автоматического регулирования величины тока в процессе обработки в зависимости от состояния межэлектродного промежутка. Регулирование тока производят с помощью регулятора тока изменением длительности паузы между пакетами импульсов. Уменьшение величины тока происходит до минимального значения, если критическое состояние межэлектродного промежутка продолжается более 5 с. или уменьшается частично, если за время 30 с. произошло 9 релаксаций межэлектродного промежутка. Увеличение тока происходит ступенчато, по одной дискрете через 5 с. после устранения критического состояния.Also known is a ShGI-M2 pulse generator for electrical discharge machining of metals (ShGI-80 × 2-200 M2, technical description IAVK435312-042 TO, 1991), including a power supply unit, a control system unit, power key boards and ignition keys. This generator is equipped with a current regulator located on the panel of the control unit and providing the ability to automatically control the amount of current during processing, depending on the state of the interelectrode gap. The current is regulated using the current regulator by changing the pause duration between the pulse packets. The current decreases to the minimum value if the critical state of the interelectrode gap lasts more than 5 s. or decreases partially, if during 30 s. 9 relaxation of the interelectrode gap occurred. The current increases stepwise, one discrete after 5 s. after elimination of a critical condition.

К недостаткам данного генератора следует отнести следующее: при электроэрозионной обработке достаточно часто критическое состояние межэлектродного промежутка приводит к процессу шлакования с The disadvantages of this generator include the following: during electrical discharge machining, quite often the critical state of the interelectrode gap leads to a slagging process with

последующим разрушением детали и электрода-инструмента; ступенчатое увеличение тока с интервалом времени 5 с.после релаксации межэлектродного промежутка, в случае частого повторения этого процесса, приводит к снижению производительности обработки.subsequent destruction of the part and the electrode tool; stepwise increase in current with a time interval of 5 s. after relaxation of the interelectrode gap, in the case of frequent repetition of this process, leads to a decrease in processing productivity.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является генератор импульсов технологического тока, который включает источник питания, накопительную емкость с зарядно-разрядной цепью и узлом управления разрядным ключом, кроме того источник питания выполнен импульсным с блоком управления током заряда накопительной емкости, при этом разрядная цепь содержит разрядный транзисторный ключ, в коллекторную цепь которого включен сглаживающий фильтр и рекуперативный диод, соединенный анодом с эмиттером, который соединен с катодом коммутирующего диода и электрод инструментом (Пол. модель №51547, кл. В23Н 1/02, опубл. 27.02.2006 г.).Closest to the proposed technical solution is a technological current pulse generator that includes a power source, a storage capacitance with a charge-discharge circuit and a discharge key control unit, in addition, the power supply is pulsed with a storage capacity charge current control unit, while the discharge circuit contains a discharge a transistor switch, in the collector circuit of which a smoothing filter and a regenerative diode are connected, connected by an anode to an emitter, which is connected to a commode cathode using a diode and an electrode with a tool (Pol. Model No. 51547, class B23H 1/02, publ. 02.27.2006).

Основным недостатком известного технического решения является невысокое качество слоя по физико-химическим свойствам, улучшение которых возможно за счет повышения частоты импульсов технологического тока, но данная схема, в частности RC-цепочка, не будет успевать реагировать на каждый разрядный импульс и соответственно количество разрядных импульсов в разрядном контуре: электрод-инструмент - поверхность детали остается на прежнем уровне в пределах 60-70 Гц.The main disadvantage of the known technical solution is the low quality of the layer in terms of physicochemical properties, which can be improved by increasing the frequency of technological current pulses, but this circuit, in particular the RC circuit, will not have time to respond to each discharge pulse and, accordingly, the number of discharge pulses in discharge circuit: electrode-tool - the surface of the part remains at the same level within 60-70 Hz.

Кроме этого, известное техническое решение характеризуется усложненной электрической схемой.In addition, the known technical solution is characterized by a complicated electrical circuit.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание такого генератора импульсов для электроэрозионного легирования, который бы обеспечил улучшение качества упрочненного слоя по физико-химическим свойствам: шероховатости, сплошности и износостойкости при одновременном упрощении электрической схемы.The technical task of the proposed utility model is the creation of such a pulse generator for electroerosive alloying, which would provide an improvement in the quality of the hardened layer according to the physicochemical properties: roughness, continuity, and wear resistance while simplifying the electrical circuit.

Поставленная техническая задача решается тем, что генератор импульсов включает в себя источник питания, накопительную емкость с зарядно-разрядной цепью, содержащей зарядный транзисторный ключ, в коллекторную цепь которого включен ограничивающий резистор, разрядный тиристорный ключ, узлы управления ключами, а также блок управления электрод-инструментом, согласно полезной модели узел управления разрядным тиристорным ключом содержит транзистор с двумя резисторами, при этом база транзистора через один из резисторов связана с электрод-инструментом, коллектор транзистора через второй резистор связан с управляющим электродом The stated technical problem is solved in that the pulse generator includes a power source, a storage capacitance with a charge-discharge circuit containing a charging transistor switch, the collector circuit of which includes a limiting resistor, a discharge thyristor switch, key control nodes, and also an electrode control unit tool, according to a useful model, the control unit of the discharge thyristor key contains a transistor with two resistors, while the base of the transistor through one of the resistors is connected to the electrode strument transistor collector via a second resistor connected to the control electrode

тиристорного ключа, а эмиттер - с источником питания.thyristor key, and the emitter with a power source.

Преимущество предлагаемого генератора импульсов заключается в том, что электрическая схема позволяет увеличить частоту технологического тока с 60 Гц до диапазона 100-350 Гц, изменяя ее дискретно через каждые 50 Гц с возможностью работы на заданных частотах, а увеличение частоты влечет за собой необходимость уменьшения емкости накопительных конденсаторов для ее эффективного использования при их полной зарядке. Уменьшение за счет этого энергии единичного импульса в разрядном контуре компенсируется повышением частоты импульсов, благоприятно сказывающим на качестве легирующего слоя.The advantage of the proposed pulse generator is that the electrical circuit allows you to increase the frequency of the process current from 60 Hz to a range of 100-350 Hz, changing it discretely every 50 Hz with the ability to work at specified frequencies, and increasing the frequency entails the need to reduce the storage capacitance capacitors for its effective use when fully charged. The decrease due to this energy of a single pulse in the discharge circuit is compensated by an increase in the pulse frequency, which favorably affects the quality of the doping layer.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена электрическая схема генератора импульсов.The proposed utility model is illustrated in the drawing, where figure 1 shows the electrical circuit of the pulse generator.

Генератор импульсов для электроэрозионной обработки содержит источник питания 1, накопительную емкость 2 с зарядно-разрядной цепью, зарядная цепь содержит зарядный транзисторный ключ 3 с ограничивающим резистором 4 и узлом управления 5, а разрядная цепь содержит разрядный тиристорный ключ 6 с узлом управления 7, который включает транзистор 8 с двумя резисторами 9 и 10. При этом база транзистора 8 через резистор 9 связана с электродом- инструментом 11, коллектор транзистора 8 через резистор 10 связан с управляющим электродом тиристорного ключа 6, а эмиттер с источником питания 1.The pulse generator for electrical discharge machining contains a power source 1, a storage capacitance 2 with a charge-discharge circuit, a charge circuit contains a charge transistor switch 3 with a limiting resistor 4 and a control unit 5, and the discharge circuit contains a discharge thyristor switch 6 with a control unit 7, which includes transistor 8 with two resistors 9 and 10. In this case, the base of transistor 8 is connected through a resistor 9 to the electrode-tool 11, the collector of transistor 8 is connected through a resistor 10 to the control electrode of the thyristor switch 6, and emitter with power supply 1.

Электрод-инструмент 11 снабжен блоком управления 13. Общий привод генератора соединен с обрабатываемой деталью 12.The electrode tool 11 is equipped with a control unit 13. The general drive of the generator is connected to the workpiece 12.

Принцип работы генератора импульсов.The principle of operation of the pulse generator.

При включении генератора через источник питания 1 и ограничивающий резистор 4 с помощью узла управления 5 включается зарядный транзисторный ключ 3 и происходит заряд накопительной емкости 2, после полной зарядки накопительной емкости 2 транзисторный ключ 3 закрывается. При касании детали электродом-инструментом 11, режим работы которого задается блоком его управления 13 дискретно от 60 до 350 Гц, узлом управления 7 включается разрядный тиристорный ключ 6 и происходит разряд накопительной емкости 2, вследствие чего происходит перенос материала с электрода-инструмента 11 на поверхность детали 12. К моменту окончания разряда и отхода электрода- инструмента 11 от When the generator is turned on through the power source 1 and the limiting resistor 4 using the control unit 5, the charging transistor switch 3 is turned on and the storage capacitor 2 is charged, after the storage capacitor 2 is fully charged, the transistor switch 3 closes. When the part is touched by the electrode-tool 11, the operation mode of which is set by its control unit 13 discretely from 60 to 350 Hz, the control unit 7 turns on the thyristor bit 6 and discharges the storage capacitance 2, as a result of which the material is transferred from the electrode-tool 11 to the surface details 12. By the time the discharge and the departure of the electrode tool 11 from

поверхности детали 12 транзисторный разрядный ключ 6 закрывается, на его управляющем электроде открывающее напряжение отсутствует, зарядный транзисторный ключ 3 открывается и через него происходит заряд накопительной емкости 2. Цикл заряда-разряда повторяется. Узел управления 7 разрядным тиристорным ключом 6 работает следующим образом.the surface of the part 12, the transistor discharge key 6 is closed, there is no opening voltage at its control electrode, the charging transistor switch 3 is opened and the charge of the storage capacitance 2 is charged through it. The charge-discharge cycle is repeated. The control unit 7 bit thyristor key 6 operates as follows.

При касании электродом- инструментом 11 поверхности детали 12 на базу транзистора 8 через резистор 9 поступает отпирающее напряжение, в результате чего транзистор 8 открывается и напряжение с его коллектора через резистор 10 поступает на управляющий электрод тиристорного разрядного ключа 6, который вследствие этого открывается.When the electrode-tool 11 touches the surface of the part 12, the unlocking voltage is supplied to the base of the transistor 8 through the resistor 9, as a result of which the transistor 8 opens and the voltage from its collector passes through the resistor 10 to the control electrode of the thyristor discharge switch 6, which therefore opens.

После окончания разряда накопительной емкости 2 через разрядный тиристорный ключ 6 и отрыва электрода- инструмента 11 от поверхности детали 13 транзистор 8 закрывается, напряжение на управляющем электроде тиристорного ключа 6 отсутствует, он закрыт, происходит заряд накопительной емкости 2 через открытый зарядный транзисторный ключ 3.After the discharge of the storage capacitance 2 through the discharge thyristor switch 6 and the electrode-tool 11 is detached from the surface of the part 13, the transistor 8 closes, there is no voltage at the control electrode of the thyristor key 6, it is closed, the storage capacitor 2 is charged through an open charging transistor switch 3.

Более быстродействующий транзисторный ключ в узле управления разрядным тиристорным ключом в отличие от тиристорного ключа с RC-цепочкой в известном решении позволил эффективно использовать накопительную емкость с уменьшением ее от 900 до 300 мкФ при повышении частоты импульсов тока.The faster transistor switch in the control unit of the discharge thyristor switch, unlike the thyristor switch with an RC circuit, in the known solution made it possible to efficiently use the storage capacitance with a decrease from 900 to 300 μF with increasing current pulse frequency.

Предлагаемая электрическая схема позволяет увеличить ток до 5,5А, что позволит наряду с улучшением качества покрытия увеличить толщину слоя за счет повышения массопереноса, т.е. предлагаемое техническое решение дает возможность не только легировать, но и восстанавливать изношенную поверхность деталей.The proposed electrical circuit allows you to increase the current to 5.5A, which, along with improving the quality of the coating, will increase the layer thickness by increasing mass transfer, i.e. the proposed technical solution makes it possible not only to alloy, but also to restore the worn surface of the parts.

ПримерExample

Для экспериментальной проверки заявляемой полезной модели была обработана партия деревообрабатывающих ножей в количестве 20 шт.: 10 шт. - по предлагаемой полезной модели и 10 шт. - с использованием известного генератора ШГИ-80×2-200 М2.For experimental verification of the claimed utility model, a batch of 20 woodworking knives was processed in an amount of 20 pcs.: 10 pcs. - according to the proposed utility model and 10 pcs. - using the well-known generator SHGI-80 × 2-200 M2.

Сравнение проводили по времени врезания электрода- инструмента на глубину 0,6 мм, когда наиболее полно проявляется нестабильность процесса электроэрозионной обработки, и от эффективности работы регулятора тока напрямую зависит продолжительность обработки.The comparison was carried out by the time of insertion of the tool electrode to a depth of 0.6 mm, when the instability of the EDM process is most fully manifested, and the duration of processing directly depends on the efficiency of the current regulator.

Режущие ножи имели форму узкой прямоугольной пластины толщиной 4 мм с размерами 50×400 мм, пластины были изготовлены 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 knives had the shape of a narrow rectangular plate 4 mm thick with dimensions of 50 × 400 mm, the plates were 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 проводили электродами марки ВК-6 при следующих параметрах: напряжение холостого хода - 80 В, ток - 5,0 А, диаметр электрода - 10 мм, скорость обработки - 120 мм²/мин., толщина легирующего слоя - 0,25 мм, емкость конденсаторов - 500 мкф., частота импульсов - 200 Гц., шероховатость - 4,2 Ra.Doping was carried out with VK-6 brand electrodes with the following parameters: open circuit voltage - 80 V, current - 5.0 A, electrode diameter - 10 mm, processing speed - 120 mm ² / min., Alloying layer thickness - 0.25 mm, the capacitance of the capacitors is 500 microfarads., the pulse frequency is 200 Hz., the roughness is 4.2 Ra.

Испытанные опытные образцы подтвердили работоспособность предлагаемого технического решения.Tested prototypes confirmed the efficiency of the proposed technical solution.

Проведенные испытания в сравнении с известным устройством показали улучшение качества нанесенного покрытия: по сплошности - до 98%, повышение износостойкости - в 1,5 раза, увеличение толщины нанесенного слоя - в 1,75 раза. Кроме того опытные образцы в сравнении с известным устройством показали улучшение качества слоя: уменьшение шероховатости R_а - от 5,5 до 3,5, повышение износостойкости в 1,6 раза, увеличение толщины слоя с 0,15 до 0,25 мм.The tests carried out in comparison with the known device showed an improvement in the quality of the applied coating: by continuity - up to 98%, increased wear resistance - by 1.5 times, increase in the thickness of the applied layer - by 1.75 times. In addition, prototypes in comparison with the known device showed an improvement in the quality of the layer: a decrease in roughness R _a from 5.5 to 3.5, an increase in wear resistance by 1.6 times, an increase in the thickness of the layer from 0.15 to 0.25 mm.

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

Claims

A pulse generator for electrical discharge machining, including a power source, an electrode-tool control unit, storage capacitors with a charge-discharge circuit containing a charging transistor switch, key control units, and an electrode-tool control unit, characterized in that the discharge thyristor switch control unit contains a transistor with two resistors, while the base of the transistor through one of the resistors is connected to the electrode-tool, the collector of the transistor through another transistor is connected n to the control electrode of the discharge thyristor switch, and an emitter of the transistor - the power supply.