SU1821300A1

SU1821300A1 - Device for electroerosive alloying

Info

Publication number: SU1821300A1
Application number: SU914909860A
Authority: SU
Inventors: Vladimir S Tarasov
Original assignee: Proizv Ob Edinenie Luganskij T
Priority date: 1991-02-11
Filing date: 1991-02-11
Publication date: 1993-06-15

Description

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки электропроводных материалов,' может быть применено во всех отраслях промышленности для упрочнения и поверх- 5 ностной обработки деталей машин и инструментов с целью повышения их эксплуатационных характеристик.The invention relates to electrophysical and electrochemical methods for processing electrically conductive materials, 'can be applied in all industries for hardening and surface treatment of machine parts and tools in order to increase their operational characteristics.

Целью изобретения является повышение производительности и качества легиро- 10 вания за счет увеличения силы отрыва электрода от детали, что позволяет повысить допустимую мощность в эрозионном промежутке.The aim of the invention is to increase the productivity and quality of alloying by increasing the force of separation of the electrode from the part, which allows to increase the allowable power in the erosion gap.

На чертеже представлено устройство 15 для эЛектроэрозионного легирования.The drawing shows a device 15 for electroerosive alloying.

Устройство содержит дисковые кольцевые легирующие электроды 1, например из высокохромистого сплава припаянные твердым припоем к электрододержателям 20 2, выполненным в виде кольцевых дисков из бериллиевой бронзы с гофрами 3 в центральной части, закрепленными на валу 4 свободными краями центрального отверстия. Электропроводные втулки 5 и электро- 25 изоляционные втулки 6 фиксируют ' положение электрододержателей 2 относительно рабочей поверхности плоских спиральных сильноточных индукторов 7, содержащих витки 8, выполненные в виде 30 изолированных силовых шин, торцовые поверхности которых обращены к плоским поверхностям электрододержателей 2 и покрыты слоем металла с повышенной электропроводностью. При этом витки 8 пред- 35 ставляют собой выточенную из хромистой стали спираль Архимеда, а толщина сереб. ряного сплава покрытия выбрана не менее ’ , глубины проникновения тока с рабочей частотой силового контура в материал по кры- 40 . тия. Витки 8 с токоподводами к рабочим концам залиты ударопрочным компаундом, образующим наружные поверхности индуктора 7, прилегающие к закрепляющим индукторы частям разборного корпуса 9 45 устройства. Между рабочими поверхностями индукторов 7 и плоскими поверхностями электрододержателей 2 выдержан зазор, величина которого достаточна для отсутствия касания этих элементов в режиме ос- 50 цилляции.The device contains circular ring alloying electrodes 1, for example, of a high-chromium alloy, brazed to electrode holders 20 2, made in the form of ring disks of beryllium bronze with corrugations 3 in the central part, fixed to the shaft 4 by the free edges of the central hole. The electrical conductive sleeves 5 and the electrical 25 insulating sleeves 6 fix the position of the electrode holders 2 relative to the working surface of the flat spiral high-current inductors 7, containing turns 8 made in the form of 30 insulated busbars, the end surfaces of which face the flat surfaces of the electrode holders 2 and are covered with a metal layer with increased electrical conductivity. In this case, turns 8 are an Archimedes spiral machined from chrome steel, and the thickness is silver. no less than ’is chosen for the coating alloy, the current penetration depth with the working frequency of the power circuit into the material is 40. tiya. The turns 8 with current leads to the working ends are filled with a shock-resistant compound forming the outer surfaces of the inductor 7 adjacent to the parts of the collapsible housing 9 45 of the device securing the inductors. Between the working surfaces of the inductors 7 and the flat surfaces of the electrode holders 2, a gap is maintained, the size of which is sufficient for the absence of contact of these elements in the oscillation mode 50.

Изолированные между собой и от вала 4 кольца 10 размещены на валу 4 вне корпуса 9. Привод вращения выполнен в виде электродвигателя 11, корпус которого за- 55 креплён на корпусе 9, а вал соединен с валом 4. Корпус 9 закреплен на каретке 12 устройства, выполненной с возможностью перемещения по направляющей 13 посредством привода 14 поступательного переме щения, содержащего электропривод и пару зубчатое колесо-рейка (не показано).The rings 10 isolated from each other and from the shaft 4 are placed on the shaft 4 outside the housing 9. The rotation drive is made in the form of an electric motor 11, the housing of which is 55 mounted on the housing 9, and the shaft is connected to the shaft 4. The housing 9 is mounted on the carriage 12 of the device, made with the possibility of moving along the guide 13 by means of a translational displacement drive 14 comprising an electric drive and a pair of a gear-rack (not shown).

На каретке 12 размещены конденсаторы 15 и 16 рабочего контура индукторов 7, подключенные через тиристоры 17 и 18 к выводам индукторов 7 посредством силовых изолированных шин 19, 20, 21. Конденсаторы 15 и 16. и общая шина 19 соединены бифилярным токоподводом, выполненным в. виде кабеля 22, с зарядной частью генератора 23 импульсов силового тока. Управляющие электроды тиристоров 17 и 18, а также общая шина 19 соединены бифилярным кабелем 24 со схемой генератора 25 запускающих импульсов. В устройстве использован известный генератор импульсного тока, тиристор и конденсатор силовой части которого размещены на каретке 12 для сокращения массы гибких кабелей, связывающих генератор 23 с устройством, и уменьшения индуктивности рассеивания рабочего контура. Отдельно выполнен известный генератор запускающих импульсов. Оба генератора могут быть размещены как вне устройства и соединяться кабелем, так и быть полностью размещены на каретке 12 неподвижно относительно корпуса 9.On the carriage 12, capacitors 15 and 16 of the working circuit of the inductors 7 are placed, connected via thyristors 17 and 18 to the terminals of the inductors 7 by means of insulated power buses 19, 20, 21. The capacitors 15 and 16. and the common bus 19 are connected by a bifilar current supply made in. cable form 22, with the charging part of the generator 23 pulses of power current. The control electrodes of the thyristors 17 and 18, as well as the common bus 19 are connected by a bifilar cable 24 to the circuit of the generator 25 of the triggering pulses. The device uses a known pulse current generator, the thyristor and capacitor of the power part of which are located on the carriage 12 to reduce the mass of flexible cables connecting the generator 23 to the device and reduce the leakage inductance of the working circuit. Separately, a well-known trigger generator is made. Both generators can be placed both outside the device and connected by cable, and can be completely placed on the carriage 12 motionless relative to the housing 9.

Каждое из колец 10 соединено токоподводами 26, размещенными в полом валу 4, со втулками 5, соединяющими их с парами электрододержателей 2. Пары электрододержателей 2 изолированы между собой втулками 6. Щетки 27 по числу колец 10 соединяют потенциальный вывод генератора 29 технологического тока эрозионной обработки с устройством. Второй вывод генератора 29 соединен щеткой 28 с кольцом токоподвода на обрабатываемой детали 30 - прокатном валке. Электроды 1 и цилиндрическая поверхность детали 30 образуют эрозионный промежуток 3! При обработке на поверхности детали 30 образуется легированный слой 32. Посредством трубопровода 33 в полости корпуса 9 с электрододержатёлями 2 и индукторами 7 подают охлаждающую среду, например, углекислый газ. В рассматриваемом примере конкретного выполнения применено четыре генератора технологического тока и, соответственно, четыре прры легирующих электродов, для повышения производительности при обработке детали большой площади поверхности - прокатного валка.Each of the rings 10 is connected by current leads 26 located in the hollow shaft 4, with bushings 5 connecting them to pairs of electrode holders 2. The pairs of electrode holders 2 are insulated by bushings 6. The brushes 27 connect the potential output of the erosion treatment process generator 29 with device. The second output of the generator 29 is connected by a brush 28 to the current supply ring on the workpiece 30 — a roll. The electrodes 1 and the cylindrical surface of the part 30 form an erosion gap 3! When processing on the surface of the part 30, an alloy layer 32 is formed. By means of a pipe 33 in the cavity of the housing 9 with electrode holders 2 and inductors 7, a cooling medium, for example, carbon dioxide, is supplied. In the considered example of a specific implementation, four process current generators and, accordingly, four prra alloying electrodes were used to increase productivity when machining a part of a large surface area - a rolling roll.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает получение заявленного положительного эффекта при любых других возможных вариантах подключения и соединения источников силового импульсного тока с индукторами. Электрододержа5The proposed technical solution provides the claimed positive effect with any other possible options for connecting and connecting power pulsed current sources with inductors. Electrode 5

1821300 6 *· плоскую часть электрододержателей 2 с электродами 1 к поверхности индуктора 7. при этом в остальную часть периода времени осцилляции происходят колебания плоской части электрододержателей 2 с электродами 1 на частоте собственного резонанса механической системы: плоская часть электрододержателя 2 - упругий гофр 3. Поскольку колеблющаяся масса подвиж- ,, ной части не содержит магнитопровода и минимально возможна при значительных •силах упругости гофра 3, частота собственного резонанса может быть выбрана в диапазоне, например, 1 10³ - 20 ·10³ Гц, что телИ 2 могут быть выполнены биметаллическими: например, как витки 8. При этом слой с повышенной проводимостью располагают обращенным к виткам 8. а слой основы, с ‘ повышенными упругими и прочностными свойствами - с противоположной стороны.1821300 6 * · the flat part of the electrode holders 2 with electrodes 1 to the surface of the inductor 7. at the same time, the rest of the oscillation period oscillates the flat part of the electrode holders 2 with electrodes 1 at the natural resonance frequency of the mechanical system: the flat part of the electrode holder 2 is an elastic corrugation 3. Since oscillating mass mobility ,, hydrochloric portion contains the magnetic circuit and the lowest possible power at significant • corrugation 3 of elasticity, self-resonant frequency can be chosen in the range of, e.g., 10 January ³ - 20 March ¹⁰ Hz, which ATORs 2 can be made bimetallic example as coils 8. In this case a layer with enhanced conductivity have facing the coils 8 and the base layer, with 'increased elasticity and strength properties - on the opposite side.

• Концентрация силового высокочастотного тока вблизи зазора между индуктором 7 и электрододержателем 2 повышает магнитную связь между ними и силу импульсного механического воздействия на- электрододержатель при прочих равных условиях Покрытие на плоских поверхностях электрододержателей 2 и витках 8 может быть выполнено наплавкой, пайкой, термо- 15 при амплитуде импульсного смещения 1,2диффузионным спеканием и другими методами, обеспечивающими -надежную механическую связь покрытия с подложкой. К источнику силового импульсного тока питания индукторов не предъявляется особых требований, возможно его выполнение на тиратронах, игнитронах, тригатронах и т.д., известных в технике силовых токов генераторов импульсов. Применение тиристорного генератора позволяет уменьшить габариты рабочего контура с конденсаторами 15 и 16 и коммутаторами - тиристорами 17 и 18 и подвижную массу устройства.• The concentration of the high-frequency power current near the gap between the inductor 7 and the electrode holder 2 increases the magnetic coupling between them and the strength of the pulsed mechanical effect on the electrode holder, ceteris paribus, Coating on the flat surfaces of the electrode holders 2 and coils 8 can be done by surfacing, soldering, thermo-15 the amplitude of the pulse bias by 1.2 diffusion sintering and other methods providing reliable mechanical bonding of the coating to the substrate. There are no special requirements to the source of the pulsed power supply current, it can be performed on thyratrons, ignitrons, trigatrons, etc., known in the technology of power currents of pulse generators. The use of a thyristor generator allows to reduce the dimensions of the working circuit with capacitors 15 and 16 and switches - thyristors 17 and 18 and the moving mass of the device.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Приводят во вращение деталь 30 и вал 4 с электрододержателями 2 и легирующими электродами 1. От генератора 2о заряжают конденсаторы 15 и 16 до напряжения в диапазоне едйниц-десятков киловольт. От генератора 25 периодически, с частотой в диапазоне десятков-сотен Герц подают через кабель 24 на управляющие электроды тиристора 17, или тиристора 18 запускающие импульсы. Импульсы силового тока те- 40 кут по це^и: незаземленная обкладка конденсатора 15, тиристор 17, шина 20, пер,вые выводы индукторов 7, шина 19, заземленная обклэдка конденсатора 15,The part 30 and the shaft 4 with the electrode holders 2 and the alloying electrodes are brought into rotation 1. From the generator 2o, the capacitors 15 and 16 are charged to a voltage in the range of tens of kilovolts. From the generator 25 periodically, with a frequency in the range of tens to hundreds of Hertz, the triggering pulses are fed through the cable 24 to the control electrodes of the thyristor 17 or thyristor 18. The pulses of the power current are 40 kHz in terms of power: ungrounded capacitor plate 15, thyristor 17, bus 20, first leads of inductors 7, bus 19, grounded capacitor box 15,

Протекая по слою повышенной проводимости витков 8, силовой ток наводит вих’· ревые ток : в теле плоских дисковых частей электрододержателя 2, противостоящих виткам 8. Взаимодействие тока в слое витков 8 и наведенного тока в элёктрододержателях 2 приводит к их механическому отталкиванию - в результате электрододер-. жатели 2 благодаря гибкости гофров 3 отходят от поверхности индуктора 7 с витками 8 с большим импульсным ускорением (напри- 55 В рабочемрежиме осцилляция осуществляется поперёк направления вращения детали и электродов, такйм образом усилие от электрододержателя 2 действует поперек расположения теле возможного мостика схватывания, в направлении его наимень0,05 мм, соответственно, обеспечивает надежную осцилляцию эрозионного промежутка 31 при мощности каждого генератора 29 в диапазоне 1,3-0.25 кВт. Периодическая подача управляющих сигналов от генератора 25 приводит к периодической механической осцилляции соответствующей пары электрододержателей 2 с электродами 1. Благодаря разнонаправленным усилиям от поля индукторов 7 на электрсдодержатели 2, в момент осцилляции, вибрации, передаваемые на вал 4 минимизированы, минимальны и напряжения от импульсных механических воздействий сил реакции на индукторы 7 и корпус 9. Это обеспечено симметричным размещением электрододержателей 2 относительно индукторов 7, Размещение электрододержателёй 2 с обеих сторон от индукторов 7 обеспечивает повышение использования индукторов 7 в два раза. Это снижает по. сравнению с односторонним расположением электрододержателей 2 энергию, затрачиваемую на осциллирование, в два раза. Закрепление краев гофра на валу 4 в центральной части обеспечивает малые потери в упругом элементе - гофре 3, что обеспечивает высокую добротность механической колебательной системы с электро до держателем 2 и электродом 1 и увеличение времени свободных резонансных колебаний легирующего электрода после ударного возбуждения силовым импульсным магнитным полем. Это интенсифицирует процесс осцилляции и требует меньшей затраты энергии для поддержания в ходе обработки заданной усредненной механической амплитуды смещения рабочих концов электродов 1 относительно детали 30.Flowing through a layer of increased conductivity of turns 8, the power current induces eddy currents: in the body of the flat disk parts of the electrode holder 2 opposing the turns 8. The interaction of the current in the layer of turns 8 and the induced current in the electrode holders 2 leads to their mechanical repulsion - as a result of electrode -. residents 2 due to the flexibility of the corrugations 3 extend from the surface of the inductor 7 with turns 8 with high pulse acceleration (for example, 55 In the operating mode, the oscillation is carried out across the direction of rotation of the part and electrodes, so the force from the electrode holder 2 acts across the body of the possible setting bridge, in the direction of at least 0.05 mm, respectively, provides reliable oscillation of the erosion gap 31 at a power of each generator 29 in the range of 1.3-0.25 kW. Periodic supply of control signals from The oscillator 25 leads to periodic mechanical oscillation of the corresponding pair of electrode holders 2 with electrodes 1. Due to the multidirectional forces from the field of inductors 7 to the electrode holders 2, at the time of oscillation, the vibrations transmitted to the shaft 4 are minimized, the stresses from pulsed mechanical effects of the reaction forces on the inductors 7 and housing 9. This is ensured by the symmetrical placement of the electrode holders 2 relative to the inductors 7, the placement of the electrode holder 2 on both sides of the inductors 7 provides the use of inductors 7 is doubled. It lowers on. compared with the one-sided arrangement of the electrode holders 2, the energy spent on oscillation is doubled. Fixing the edges of the corrugation on the shaft 4 in the central part provides small losses in the elastic element - corrugation 3, which ensures high quality factor of the mechanical oscillatory system with an electric holder 2 and electrode 1 and an increase in the time of free resonant vibrations of the alloying electrode after shock excitation by a pulsed magnetic field. This intensifies the oscillation process and requires less energy to maintain during the processing of a given averaged mechanical amplitude of the displacement of the working ends of the electrodes 1 relative to the part 30.

мер. в диапазоне начальных скоростей 702600 м/с). Затем сила упругости гофров 3 тормозит и замедляет движение электрододержателей 2, накопленная в гофрах 3 внутренняя механическая энергия перемещает шей прочности, когда оно работает на излом. В результате прихваток практически не, происходит, так как на точки контакта действуют усилия от принудительной осцилляции и совместного вращения электродов 1 и 5 детали 30 во время формирования мостиков схватывания. Допустимая мощность технологического тока практически определяется отрывом мостиков схватывания и прочностью самого тела электрододержателя 2 и 10 тела электрода 1, материалы для которых могут быть выбраны весьма прочными, так как усилие электродинамического воздействия на электрододержатель со стороны индуктора превышает предел прочности 15 точки схватывания электрода 1 с деталью 30. Во время процесса легирования в полости корпуса 9 подают газ для охлаждения и защиты зоны легирования от доступа кислорода воздуха от трубопровода 33. Вращение элёктрододержателей с электродами Способствует интенсификации процесса охлаждения и позволяет до- 25 полнительно повысить мощность технологического тока без термического разрушения материала в зоне рабочего края легирующего электрода.measures. in the range of initial speeds of 702600 m / s). Then the elastic force of the corrugations 3 slows down and slows down the movement of the electrode holders 2, the internal mechanical energy accumulated in the corrugations 3 moves the neck strength when it works on a break. As a result, there are practically no tacks, it happens because the contact points are affected by forced oscillations and joint rotation of the electrodes 1 and 5 of part 30 during the formation of setting bridges. The permissible power of the technological current is practically determined by the separation of the setting bridges and the strength of the body of the electrode holder 2 and 10 of the body of the electrode 1, the materials for which can be selected very strong, since the force of the electrodynamic action on the electrode holder from the side of the inductor exceeds the tensile strength of 15 points of setting of the electrode 1 with the part 30. During the alloying process, gas is supplied into the cavity of the housing 9 to cool and protect the alloying zone from the access of oxygen from the pipeline 33. The use of electrode holders with electrodes promotes the intensification of the cooling process and allows an additional 25 increase in the technological current power without thermal destruction of the material in the area of the working edge of the alloying electrode.

Выключают устройство в обратном по- 30 рядке.Turn off the device in the reverse order of 30.

Claims

Claim

1. Device for electroerosive alloying, including electrode holders with electrodes connected to the shaft by means of elastic elements designed together with an electromagnetic system fixed motionless in the housing to oscillate the electrode holders, a shaft rotation drive and sources of technological current and power of the magnetic system, characterized in that, in order to increase the performance and quality of alloying, each electrode holder is made of a material with high electrical conductivity and high mod Lemma elasticity in form of an annular disk member with a resilient corrugation in the middle portion adjacent the place of attachment to the shaft, performed electrodes

20 yen in the form of circular disk elements and are fixed on the periphery of the electrode holders, the electrode holders are installed along the axis of the shaft, and the electromagnetic system is made in the form of flat spiral inductors located parallel to the surface of the electrode holders coaxially with them.

2. The device according to claim 1, with the fact that its elements are combined into groups, in each of which on both sides of the inductor is located on the electrode holder.