WO2012064219A1 - Способ электрохимической обработки и источник питания для его реализации - Google Patents

Способ электрохимической обработки и источник питания для его реализации Download PDF

Info

Publication number
WO2012064219A1
WO2012064219A1 PCT/RU2011/000604 RU2011000604W WO2012064219A1 WO 2012064219 A1 WO2012064219 A1 WO 2012064219A1 RU 2011000604 W RU2011000604 W RU 2011000604W WO 2012064219 A1 WO2012064219 A1 WO 2012064219A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
pulses
pulse
amplitude
voltage
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000604
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Вячеслав Александрович ЗАЙЦЕВ
Тимур Рашитови ИДРИСОВ
Максим Сергеевич СМИРНОВ
Сергей Викторович БЕЗРУКОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Отве Тственностью "Есм"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2010146353/02A external-priority patent/RU2455131C1/ru
Priority claimed from RU2011101119/02A external-priority patent/RU2456138C1/ru
Application filed by Общество С Ограниченной Отве Тственностью "Есм" filed Critical Общество С Ограниченной Отве Тственностью "Есм"
Priority to EP11839519.3A priority Critical patent/EP2639002A1/en
Publication of WO2012064219A1 publication Critical patent/WO2012064219A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/26—Apparatus for moving or positioning electrode relatively to workpiece; Mounting of electrode
    • B23H7/30—Moving electrode in the feed direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H2300/00—Power source circuits or energization
    • B23H2300/10—Pulsed electrochemical machining

Definitions

  • the invention relates to electrochemical processing (ECHO) of conductive materials and can be used in the manufacture of dies, molds and other parts of complex shape at the stage of finishing processing.
  • ECHO electrochemical processing
  • Such processing can be effectively carried out using pulsed power supplies with a microsecond pulse duration.
  • the pulse voltage is applied ahead of time when [there is a voltage surge at the electrode dilution section, at etrm, the EI feed rate is increased to form a third local maximum of the voltage maximum in the middle of the pulse and maintain this speed so that the voltage surge does not exceed the voltage value in the middle momentum of more than 20 percent.
  • the duration of the current pulse is set not less than the charging time of the capacitance of the double electric layer on the anode at points located at a minimum distance from the cathode, and not more than the charging time of the capacitance of the double electric layer on the anode at points located at a distance from the cathode, equal to the maximum allowable value interelectrode gap and characterizing the permissible error of copying the size of the electrode tool.
  • the disadvantage of this method is the lack of methods for selecting parameters; pulses providing a given surface roughness.
  • a known method of electrochemical processing with optimal pulse duration (US 6723223, IPC V23NZ / 00, publ. 04/20/2004). According to this method, processing voltage pulses with a predetermined optimal duration, which is determined based on the maximum value of the localization coefficient for a predefined value of the working gap, are supplied to the working gap.
  • the disadvantage is that the analogue has limited functionality and insufficient reliability of the power source.
  • MOSFETs are always transistors; contain a built-in anti-parallel diode, and after the end of the current pulse, there is a polarization voltage at the load, which can cause an uncontrolled reverse current through the anti-parallel diode of the second transistor and the open first transistor, this
  • the proposed invention is aimed at increasing the efficiency of electrochemical processing of conductive materials, achieving high surface quality by optimizing current pulse parameters and using a reliable power source with a common control system.
  • pulse duration t 10 ... 500 ⁇ s
  • duration of the leading and trailing edges of the pulses x f 0.5 ... 5.0 ⁇ s
  • the amplitude current usefulness j 100 .. .10,000 A / cm 2 , adjusting the amplitudes - tudu and duration; pulses so that the trailing edge of each the pulse corresponded to the moment of the highest electrical conductivity of the interelectrode gap.
  • the amplitude or duration of the current pulses is first increased until a sharp rise in voltage is associated with a decrease in the electrical conductivity of the interelectrode gap, and then the amplitude or duration of current pulses is reduced to a value at which the voltage value at the end of each pulse is minimal.
  • the amplitude or duration of the voltage pulses is first increased until a sharp drop in the current begins, associated with a decrease in the electrical conductivity of the interelectrode gap, then the amplitude or duration of the voltage pulses is reduced to
  • the amplitude of the current pulses is increased and the duration of the pulses is selected in such a way that (5th, the trailing edge of each pulse corresponds to the instant of the highest conductivity of the interelectrode gap, moreover, the amplitudes are continued until the specified roughness of the treated surface is reached.
  • a power source made in the form of current generators connected in parallel, in which each generator is connected by a load through a current switch, with the possibility of closing the current generator at a time when the generator current has not yet reached the specified value or it is necessary to pause between pulses and switching the current to the load to form a pulse on the load of duration, the switching contact of which is connected to the output of the current generator in such a way that the normally closed contact is connected to a common point, while the total internal inductance of the current generator and the wire connecting the current generator to the current switch is significantly larger than the total load inductance and wires connected
  • the normally closed and normally open contacts of the current switch are made on transistors.
  • voltage limiters are installed in parallel with the transistors.
  • FIG. 1 shows a connection diagram of a power source of current generators, current and load switches
  • FIG. 2.3 shows the implementation of the voltage limiter in the power source
  • FIG. Figure 4 shows the dependence of the surface roughness Ra on the pulse duration t for various amplitude current densities j
  • the power source (Fig. 1) is made in the form of current generators 1 connected in parallel (Fig. 1 shows the inclusion of two current generators) connected to the load 2 through the current switches 3.
  • Fig. 1 shows the inclusion of two current generators
  • low-closed contact transistor 4 is used, protected from breakdown the first voltage limiter 5.
  • a transistor 6 is used, protected from breakdown by the second voltage limiter 7, and connected to the current generator through diode 8.
  • the inductance of the wires connecting the current generators to the current switches, 9 is much larger than the inductance wires connecting the current switches with a load of 2, 10.
  • the control unit 1 1 controls the current generators and through the drivers 12 - current switches 3.
  • the number of current generators and switches is determined by the required power and power supply and can be quite large, since the proposed switching circuit provides a uniform distribution of current between the keys and does not lead to failure of transistors.
  • the voltage limiter is made according to one of the known schemes and can be implemented in different ways, depending on the required pulse front and inductance of the wires connecting the current switches 3 to load 2.
  • the voltage limit can be set at 60 ... 80V and MOS transistors can be used.
  • the voltage limiter contains a zener diode 13 and a diode l connected in series between the drain and the gate of the transistor (Fig. 2).
  • the voltage limiter may comprise a capacitor 16 connected in parallel with the transistor through the diode 15 and a voltage stabilizer 17, also connected in parallel with the transistor.
  • a capacitor 16 connected in parallel with the transistor through the diode 15 and a voltage stabilizer 17, also connected in parallel with the transistor.
  • the power source operates as follows. At the moment of turning on the current generators 1, transistors 4 are turned on, and transistors 6 are turned off (Fig. 1). The current goes from the plus of the current generator 1 to minus, bypassing the resistance load 2. This state is maintained until the current of the current generator 1 reaches the set value. Moreover, this time can be significant, since the current generators 1 can contain large inductances, and this delay is taken into account in the control unit 1 1, which gives a signal to turn on the current generators with the necessary lead.
  • transistors 4 When it is necessary to apply a pulse to the load resistance 2, transistors 4 turn off and transistors 6 turn on. Now the current from the current generators passes through the load resistance 2. Since the switching speed of modern transistors is very high, and the current in the load cannot turn on at that speed due to the presence of inductance in the circuit, transistors 4 and 6 occur surge of tension. To prevent the breakdown of transistors, voltage limiters 5 and 7 are introduced into the
  • transistors 4 When it is necessary to remove the impulse from the load resistance 2, transistors 4 turn on and transistors 6 turn off. Now the current from the current generator passes, again bypassing the load 2.
  • the inductance 10 in the load circuit creates an overvoltage on the transistors 6.
  • the same overvoltage with a minus sign also occurs at the output of the current switch 3, which contributes to the rapid decay of the current in the load .
  • the current generator can be turned off. This makes it possible to use the proposed power supply for electrochemical processing with microsecond pulses, as well as microsecond pulse packets.
  • Such a circuit design makes it possible to create the most compact and technologically advanced design.
  • the voltage limiter according to the scheme with a zener diode (figure 2) operates as follows *.
  • the voltage at the drain of the transistor is higher than the breakdown voltage of the zener diode, it opens, and a voltage is applied to the transistor gate, which opens the transistor.
  • the locking speed of the transistor is set such that the voltage at its drain does not exceed the permissible value.
  • the energy stored by the inductance 10 during the pulse ultimately is released in the form of heat on the transistor, and, in the case of a large value of inductance 10 (long wire length), reduces the permissible current.
  • the voltage limiter according to the circuit with a capacitor operates as follows.
  • the capacitor 16 is charged to a voltage at which it is necessary to limit the voltage across the transistor.
  • the voltage across the collector of the transistor is higher than the voltage across the capacitor 16 by 0.7V, the current begins to flow through the diode 15, charging the capacitor 16.
  • the capacitor capacitance is chosen large enough so that during the voltage peak, the voltage across the capacitor 16 changes slightly.
  • the voltage regulator 17 discharges the capacitor 16 to a predetermined value.
  • the voltage limiter according to such an implementation scheme can limit the voltage at a high level (up to max j
  • Such a circuit can be used to create very short pulse edges or with significant values of inductance 10 (at large distances from current switch 3 to load 2).
  • the other side of the problem of choosing pulse parameters during ECM is the limitation determined by the characteristics of the equipment used. For example, the increase in amplitude current is limited by the maximum current of the generator. For a given current density, there is a maximum processing area i available on this machine. Also, restrictions relate to the minimum duration of the generator current pulse. For a given minimum pulse duration, there is the maximum possible current for a specific processing area.
  • the method is as follows.
  • processing is carried out at a low current density, and the pulse duration is chosen so that it is less than the time to reach the maximum current t 3 for voltage source generators.
  • the pulse duration is determined on the waveform by the minimum voltage at the end of the pulse. If the maximum conductivity is not achieved due to reaching the maximum current of the power source, then increase the duration of the current pulse until the maximum conductivity of the interelectrode gap is reached.
  • Electrochemical treatment using the proposed power source was carried out on a sample of 40X13 chrome steel with a working electrode area of 0.3 to 2 cm, in an electrolyte of 8% NaN0 3 at a density of 1050 Kg / cm 3 . Processing mode parameters are given in the table.
  • the surface area was 2.35 cm.
  • the surface roughness obtained during processing was 0.03 ⁇ m.
  • the proposed invention ensures the achievement of a given surface roughness at the final stage of the ECHO process using a reliable and technological power source.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электрохимической обработке (ЭХО) токопроводящих материалов и может быть использовано при производстве штампов, пресс-форм и других деталей сложной формы на этапе финишной обработки. Способ включает подачу прямоугольных микросекундных импульсов тока, синхронизированных с моментом максимального сближения электрода- инструмента (ЭИ) и электрода-заготовки для обработки в области параметров: длительность импульсов t = 10...500 мкс, длительность переднего и заднего фронтов импульсов τf= 0,5...5,0 мкс, амплитуда напряжения Ua =10-100 В, амплитудная плотность тока j = 100...10 000 А/см2. Процесс осуществляют, регулируя амплитуду и длительность импульсов таким образом, чтобы задний фронт каждого импульса соответствовал моменту наибольшей электропроводности межэлектродного промежутка. Источник питания рыполнен в виде включенных параллельно генераторов тока, в котором каждый генератор соединен с нагрузкой через переключатель тока, с возможностью замыкания генератора тока во время, когда ток генератора еще не достиг заданного значения или необходимо сделать паузу между импульсами и переключением тока на нагрузку для формирования на нагрузке импульса заданной длительности. Нормально-замкнутый контакт переключателя тока соединен с общей точкой, а нормально-разомкнутый контакт соединен с| генератором тока через диод. Изобретение позволяет повысить эффективность электрохимической обработки токопроводящих материалов, обеспечить высокое качество поверхности за счет оптимизации параметров импульсов тока и использования надежного источника питания с общей системой управления.

Description

СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
Изобретение относится к электрохимической обработке (ЭХО) токопроводящих материалов и может быть использовано при производстве штампов, пресс-форм и других деталей сложной формы на этапе финишной обработки.
Такая обработка может быть эффективно осуществлена при использовании импульсных источников питания с микросекундной длительностью импульсов.
Известен способ электрохимической размерной обработки (Патент РФ N22038928, МПК В23НЗ/02, опубл. 10.07.1995 г.), в котором, при использовании импульсного источника питания с падающей вольтамперной характеристикой, обработку выполняют при вибрации одного из электродов и подаче импульсов напряжения в фазе сближения электродов, и контролируют текугцее значение импульсов напряжения, выделяя выбросы напряжения на участках сближения и разведения электродов, регулируют подачу импульсов относительно момента максимального сближения электродов, задерживая подачу импульсов при наличии выброса напряжений ί
на участке сближения электродов и подают импульсное напряжение с опережением при [наличии выброса напряжения на участке разведения электродов, при этрм скорость подачи ЭИ увеличивают до образования третьего локального экстремума максимума напряжения в середине импульса и поддерживают эту скорость, чтобы выброс напряжения не превышал значения напряжения в середине импульса более, чем на 20 процентов.
При осуществлении данного способа используют миллисекундные импульсы, когда за время их действия межэлектродный промежуток (МЭП) успевает заполняться продуктами анодного растворения - шламом и парогазовой смесы . При этом, в условиях повышения температуры и использования малых межэлектродных зазоров, нарушается стабильность протекания процесса, поэтому известный способ не обеспечивает повышение производительности обработки, качества и точности формообразования обрабатываемой поверхности, особенно при обработке жаропрочных, жаростойких, твердых и титановых сплавов.
Известен способ электрохимической обработки (А.с. СССР N°891299,
I
МПК5 В23Р1/04, |опубл. 23.12.1981 г.), при котором процесс анодного растворения ведут прямоугольными импульсами тока в микросекундном диапазоне. При этом длительность импульса тока устанавливают не менее времени заряжения емкости двойного электрического слоя на аноде в точках, расположенных на минимальном расстоянии от катода, и не более времени заряжения емкостц двойного электрического слоя на аноде в точках, расположенных на расстоянии от катода, равном максимально допустимой величине межэлектродного зазора и характеризующей допустимую погрешность копирования размера электрода-инструмента.
I
Недостатком рассмотренного способа является отсутствие методики выбора параметров; импульсов, обеспечивающих заданную шероховатость поверхности.
Известен способ электрохимической обработки с оптимальной длительностью импульса (US 6723223, МПК В23НЗ/00, опубл. 20.04.2004 г.). По данному способу на рабочий зазор подают обрабатывающие импульсы напряжения с предварительно заданной оптимальной длительностью, которую определяют исходя из максимального значения коэффициента локализации для предварительно заданной величины рабочего зазора.
Это техническое решение, как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому эффекту, принято нами в качестве прототипа. Однако известный способ, как и предыдущий, не обеспечивает оптимизацию параметров режима обработки для достижения заданной шероховатости поверхности.
j
Известен низковольтный сильноточный источник питания для станков электрохимической обработки металлов (патент РФ N° 202503 1 , Н02М5/25, опубл. 15.12.1994 г]), содержащий управляемый выпрямитель с основным блоком тиристоров и системой их управления, тиристорный ключ, катод ко- торого соединен с положительным выводом нагрузки, а анод соединен с пер- вым выводом реактора, тиристорный короткозамыкатель и систему управле- ния тиристорами к|люча и короткозамыкателя, причем аноды тиристоров ключа и короткозамыкателя объединены и подключены к первому выводу выпрямителя, а катбд тиристора короткозамыкателя соединен с вторым вы- водом реактора, вторым выводом выпрямителя и отрицательным выводом нагрузки.
Недостатком ;аналога являются ограниченные функциональные воз- можности и недостаточная надежность источника питания.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результа- ту к заявляемому является источник питания, описанный в (ЕР 1714725, В23НЗ/02, 25.10.2006 г., заявка РФ на изобретение JY° 2008145736, В23НЗ/02, 27.05.2010), выполненный в виде включенных параллельно генераторов тока, причем каждый генератор тока соединен с нагрузкой через переключатель тока, который замыкает генератор тока, когда ток еще не вышел на заданный уровень или необходимо сделать паузу между импульсами, и переключает ток на нагрузку для формирования на нагрузке импульса заданной длитель- ности, причем переключающий контакт переключателя тока соединен с вы- ходом генератора тока таким образом, что нормально- замкнутый контакт со- единен с общей точкой, а нормально - разомкнутый контакт - с нагрузкой. Суммарная внутренняя индуктивность источника тока и провода, соединяю- щего генератор тока с переключателем тока, существенно больше, чем сум- марная индуктивность нагрузки и проводов, соединяющих переключатель тока с нагрузкой.
Недостатком ближайшего аналога является ограниченные функцио- нальные возможности и недостаточная надежность источника питания, т.к. не учитывается емкостный характер нагрузки при электрохимической обра- ботке и особенности: современных транзисторов. Поскольку МОП (MOSFET) транзисторы всегда; содержат встроенный встречно-параллельный диод, и после окончания импульса тока на нагрузке имеется напряжение поляриза- ции, которое может вызвать неуправляемый обратный ток через встречно- параллельный диод второго транзистора и открытый первый транзистор, это
I
отрицательно влияет на надежность источника питания. При обработке паке- тами микросекундных импульсов соотношение обратного и рабочего токов возрастает, что прив'одит к ухудшению процесса обработки. В частности, при обработке жаропрочных и титановых сплавов может происходить растворе- ние электрода-инструмента.
Предложенное изобретение направлено на повышение эффективности электрохимической обработки токопроводящих материалов, достижение вы- сокого качества поверхности за счет оптимизации параметров импульсов то- ка и использования надежного источника питания с общей системой управ- ления.
Поставленная задача решается способом электрохимической обработки с вибрацией электрода-инструмента, включающим подачу прямоугольных микросекундных импульсов тока, синхронизированных с моментом макси- мального сближения электрода-инструмента (ЭИ) и электрода-заготовки, в котором в отличие от прототипа процесс обработки ведут в области пара- метров: длительность импульсов t = 10...500 мкс, длительность переднего и заднего фронтов импульсов xf = 0,5...5,0 мкс, амплитуда напряжения Ua ^lO- 100 В, амплитудная ютность тока j = 100 ...10 000 А/см2, регулируя ампли- туду и длительность; импульсов таким образом, чтобы задний фронт каждого импульса соответствовал моменту наибольшей электропроводности межэ- лектродного промежутка.
Кроме того, согласно изобретению для определения наибольшей элек- тропроводности межэлектродного промежутка сначала увеличивают ампли- туду или длительность импульсов тока до момента начала резкого подъема напряжения, связанного со снижением электропроводности межэлектродно- го промежутка, затем снижают амплитуду или длительность импульсов тока до величины, при которой значение напряжения в конце каждого импульса является минимальным.
Кроме того, согласно изобретению для определения наибольшей элек- тропроводности межэлектродного промежутка сначала увеличивают ампли- туду или длительность импульсов напряжения до момента начала резкого спада тока, связанного со снижением электропроводности межэлектродного промежутка, затем снижают амплитуду или длительность импульсов напря- жения до величинь|1, при которой значение тока в конце каждого импульса является максимальным.
Кроме того, согласно изобретению для достижения заданной шерохо- ватости обрабатываемой поверхности в процессе обработки увеличивают амплитуду импульсбв тока и при этом подбирают длительность импульсов таким образом, что(5ы задний фронт каждого импульса соответствовал мо- менту наибольшей ^электропроводности межэлектродного промежутка, при- чем увеличение амплитуды продолжают до достижения заданной шерохова- тости обрабатываемой поверхности.
Поставленная задача решается также источником питания, выполнен- ным в виде включенных параллельно генераторов тока, в котором каждый генератор соединен а нагрузкой через переключатель тока, с возможностью замыкания генератора тока во время, когда ток генератора еще не достиг за- данного значения или необходимо сделать паузу между импульсами и пере- ключением тока на нагрузку для формирования на нагрузке импульса задан- ной длительности, переключающий контакт которого соединен с выходом генератора тока таким образом, что нормально -замкнутый контакт соединен с общей точкой, при этом суммарная внутренняя индуктивность генератора тока и провода, соединяющего генератор тока с переключателем тока, суще- ственно больше, чем суммарная индуктивность нагрузки и проводов, соеди-
I
няющих переключатель тока с нагрузкой, в котором в отличие от прототипа нормально-разомкнутый контакт переключателя тока соединен с генерато- ром тока через диод1
Кроме того, согласно изобретению нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты переключателя тока выполнены на транзисторах.
Кроме того, согласно изобретению параллельно транзисторам установ- лены ограничители напряжения.
Сущность изобретения и достижение указанного технического резуль- тата поясняются чертежами, где на фиг.1 изображена схема соединения в ис- точнике питания генераторов тока, переключателей тока и нагрузки; на фиг. 2,3 изображены схемы реализации ограничителя напряжения в источнике питания; на фиг. 4 приведена зависимость шероховатости поверхности Ra от длительности импульса t для различных амплитудных плотностей тока j; на фиг. 5 представлены осциллограммы плотности тока J для различных вели- чин напряжения: U=10..35 В (электролит 5.5% NaCl, величина МЭЗ s=30 мкм, давление электролита на входе в МЭП- Р=3 атм); на фиг. 6 приведены линии равной шероховатости Ra(j,t)=const и схема выбора параметров им- пульса тока: а - зависимость максимально допустимой длительности им- пульса t от амплитудной плотности тока, b - линия заданной шероховатости,
М - рабочая трчка, R - минимальная достижимая шероховатость.
Источник питания (фиг.1) выполнен в виде включенных параллельно генераторов тока 1 (на фиг.1 показано включение двух генераторов тока), подключённых к нагрузке 2 через переключатели тока 3. В качестве нор- ί
мально-замкнутого контакта применён транзистор 4, защищённый от пробоя первым ограничителем напряжения 5. В качестве нормально-разомкнутого контакта применён транзистор 6, защищенный от пробоя вторым ограничи- телем напряжения 7, и подключенный к генератору тока через диод 8. Ин- дуктивность проводов, соединяющих генераторы тока с переключателями тока, 9 значительно больше индуктивности проводов, соединяющих пере- ключатели тока с нагрузкой 2, 10. Блок управления 1 1 управляет генератора- ми тока и через драйверы 12 - переключателями тока 3. Количество генера- торов тока и ключей определяется необходимой мощностью источника пита- ния и может быть достаточно большим, так как предложенная схема включе- ния обеспечивает равномерное распределение тока между ключами и не при- водит к выходу из строя транзисторов.
Ограничитель напряжения выполнен по одной из известных схем и может быть реализован по-разному, в зависимости от требуемого фронта им- пульса и индуктивности проводов, соединяющих переключатели тока 3 с на- грузкой 2.
При расположении переключателя тока 3 близко к нагрузке 2 и при от- сутствии необходимости формировать импульсы с фронтами короче 3...5 μ8 ограничение напряжения можно задать на уровне 60...80V и использовать МОП транзисторы. В этом случае ограничитель напряжения содержит стаби- литрон 13 и диод l , подключенные последовательно между стоком и затво- ром транзистора (фиг. 2).
По другой схбме реализации ограничитель напряжения (фиг. 3) может содержать включенный параллельно транзистору через диод 15 конденсатор 16 и стабилизатор напряжения 17, включенный также параллельно транзи- стору. Такая схема используется при больших расстояниях от переключате- ля тока 3 до нагрузки 2 (значительных значениях индуктивности 10).
Источник питания работает следующим образом. В момент включения генераторов тока 1 транзисторы 4 включены, а транзисторы 6 выключены (фиг. 1). Ток идет от плюса генератора тока 1 к минусу, минуя сопротивление нагрузки 2. Это состояние сохраняется до тех пор, пока ток генератора тока 1 не достигнет заданного значения. Причем, это время может быть значитель- ным, так как генераторы тока 1 могут содержать большие индуктивности, и эта задержка учитывается в блоке управления 1 1, который дает сигнал на включение генераторов тока с необходимым опережением.
Когда необходимо подать импульс на сопротивление нагрузки 2, тран- зисторы 4 выключаются, а транзисторы 6 включаются. Теперь ток от генера- торов тока проходит через сопротивление нагрузки 2. Так как скорость пере- ключения современных транзисторов очень высока, а ток в нагрузке не мо- жет включиться с кой скоростью из-за наличия индуктивности в цепи, на транзисторах 4 и 6 возникает бросок напряжения. Для предотвращения про- боя транзисторов в |схему введены ограничители напряжения 5 и 7. Причем, такой же бросок напряжения возникает и на выходе переключателя тока 3, что способствует скорейшему нарастанию тока в нагрузке 2.
Когда необходимо снять импульс с сопротивления нагрузки 2, транзи- сторы 4 включаются, а транзисторы 6 выключаются. Теперь ток от генерато- ра тока проходит, опять минуя нагрузку 2. Индуктивность 10 в цепи нагрузки создает бросок напряжения на транзисторах 6 .Такой же бросок напряжения со знаком минус возникает и на выходе переключателя тока 3, что способст- вует скорейшему спаданию тока в нагрузке. Для получения группы импуль- сов можно, не отключая генератора тока, повторять вышеописанные пере- ключения необходимое число раз. После последнего переключения генера- тор тока можно выключить. Это позволяет использовать предложенный ис- точник питания для электрохимической обработки микросекундными им- пульсами, а также пакетами микросекундных импульсов.Такое построение схемы дает возможность создать наиболее компактную и технологичную конструкцию. При большом количестве транзисторов все они делятся на две группы с соединенными эмиттерами (истоками) с общей системой управле- ния и общим ограничением напряжения. Ограничитель напряжения по схеме со стабилитроном (фиг.2) работает следующим образок*. При превышении напряжения на стоке транзистора выше пробивного напряжения стабилитрона он открывается, и на затвор транзистора подается напряжение, которое приоткрывает транзистор. Таким образом, скорость запирания транзистора устанавливается такой, что напря- жение на его стоке не превышает допустимого. Энергия, запасенная индук- тивностью 10 во время импульса, в конечном итоге выделяется в виде тепла на транзисторе, и, в случае большого значения индуктивности 10 (большая длина проводов), снижает допустимый ток.
Ограничитель напряжения по схеме с конденсатором работает сле- дующим образом. Конденсатор 16 заряжен до напряжения, на котором необ- ходимо ограничить ^напряжение на транзисторе. При превышении напряже- ния на коллекторе транзистора по отношению к напряжению на конденса- торе 16 на 0,7V, ток начинает течь через диод 15, заряжая конденсатор 16. Ёмкость конденсатора выбирается достаточно большой, чтобы во время пика напряжения, напряжение на конденсаторе 16 изменилось незначительно. В паузе между импульсами стабилизатор напряжения 17 разряжает конденса- тор 16 до заданной величины. Ограничитель напряжения по такой схеме реа- лизации может ограничивать напряжение на высоком уровне (вплоть до мак- j
симального напряжения транзистора) без увеличения нагрузки на транзистор. При этом энергия, запасенная индуктивностью 10 во время импульса, в ко- нечном итоге выдел|яется в виде тепла в стабилизаторе напряжения 17 или рекуперируется. Такую схему можно применять для создания очень коротких фронтов импульсов или при значительных значениях индуктивности 10 (при больших расстояниях от переключателя тока 3 до нагрузки 2).
Для большинства обрабатываемых при помощи ЭХО сплавов харак- терно уменьшение шероховатости поверхности при увеличении плотности тока, которая в условиях ЭХО на постоянном токе ограничена процессами выноса продуктов реакции из межэлектродного зазора. Импульсная ЭХО по- зволяет достигать больших плотностей тока, причем было установлено, что шероховатость поверхности уменьшается также с увеличением длительности импульса (фиг.4). Увеличение длительности импульса более imaxj ограничено фазовым запиранием, начало которого соответствует максимуму ( max~J (^тахз)) на осциллограмме тока (фиг.5), после чего вероятность электрическо- го пробоя МЭП существенно увеличивается. Поэтому режимы обработки, у которых длительность импульса больше, чем tmax3 в данных условиях явля- ются нерабочими.
Другой стороной проблемы выбора параметров импульса при ЭХО яв- ляются ограничения, определяемые характеристиками используемого обору- дования. Например,, увеличение амплитудного тока ограничено максималь- ным током генератора. Для данной плотности тока существует максимальная площадь обработки, i доступная на данном станке. Также ограничения каса- ются минимальной длительности импульса тока генератора. Для данной ми- нимальной длительности импульса существует максимально возможный ток для конкретной площади обработки.
Таким образом, при выборе режимов обработки следует учитывать следующие факторь!:
1. Увеличение амплитудной плотности тока и длительности импульса по- зволяет уменьшить шероховатость обработанной поверхности.
2. Увеличение амплитудной плотности тока и длительности импульса имеет энергетические ограничения.
3. Для увеличения максимальной площади обработки и уменьшения
Figure imgf000012_0001
прещенных параметров, в которой возможен пробой МЭП. Точка R, в кото- i
рой эта кривая кас тся некоторой линии равной шероховатости, указывает минимально достижимую шероховатость поверхности. В наших условиях эта
Figure imgf000013_0001
гается при наименьшей плотности тока.
Способ осуществляют следующим образом.
Сначала ведут обработку при низкой плотности тока, при этом дли- тельность импульса выбирают таким образом, чтобы она была меньше вре- мени достижения максимума тока t3 для генераторов-источников напряже- ния. Для генераторов-источников тока длительность импульса определяется на осциллограмме минимумом напряжения в конце импульса. Если макси- мальной проводимости не достигается из-за достижения максимального тока источника питания, то увеличивают длительность импульса тока до момента достижения максимальной проводимости межэлектродного промежутка.
Ниже приведен пример конкретной реализации способа и источника питания. Электрохимическую обработку с использованием предложенного источника питания рсуществляли на образце из хромистой стали 40X13 при рабочей площади электродов от 0,3 до 2 см , в электролите 8% NaN03 при плотности 1050 Кг/см3 . Параметры режима обработки приведены в таблице.
I Таблица
Наименование параметра Обозна- Размер- Диапазон чение ность изменения
1 Напряжение на межэлектродном
промежутке и В 6...70
2 Давление электролита на входе
в межэлектродный промежуток Р КПа 500
3 Длительность |импульсов тока t МКС 10...2500 4 Температура электролита Т0 °C 20
5 Амплитуда вибрации Ah MKM 200
6 Частота вибрации f Гц 50
7 Амплитуда импульсов I A 200...2000
8 Передний/задний фронт if MKC 2
1. Выбрана плотность тока j = 100 А/см , длительность импульса t = 2500 мкс соответствует максимальной длительности, обеспечиваемой гене- ратором. Площадь обрабатываемой поверхности составила 2,35 см .
2. На финишной стадии снизили длительность импульса до 20 мкс и плавно увеличили амплитуду тока до I = 2000 A j=850 А/см ) , не допуская фазового запирания! МЭП (не допуская подъема напряжения после достиже- ния максимальной проводимости МЭП).
3. Увеличили длительность импульса, при этом длительность импульса ограничивалась фазовым запиранием и составила t = 40 мкс. Полученная при обработке шероховатость поверхности составила 0,03 мкм.
Такое повышение плотности тока возможно, благодаря использованию предложенного источника питания, в котором благодаря соединению нор- мально разомкнутого контакта переключателя тока с генератором тока через диод удается устранить неуправляемый обратный ток.
Таким образом, предложенное изобретение обеспечивает достижение заданной шероховатости поверхности на финишной стадии процесса ЭХО при использовании надежного и технологичного источника питания.

Claims

Формула изобретения
1. Способ электрохимической обработки с вибрацией электрода- инструмента, включающий подачу прямоугольных микросекундных импуль- сов тока, синхронизированных с моментом максимального сближения элек- трода-инструмента (ЭИ) и электрода-заготовки, отличающийся тем, что процесс обработки ведут в области параметров: длительность импульсов t = 5...500 мкс, длительность переднего и заднего фронтов импульсов xf = 0,5...5 мкс, амплитуда напряжения Ua=10-100B, амплитудная плотность тока j = 100 ...10 000 А/см2, регулируя амплитуду и длительность импульсов таким обра- j
зом, чтобы задний !фронт каждого импульса соответствовал моменту наи- болыией электропроводности межэлектродного промежутка.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения наиболь- шей электропроводности межэлектродного промежутка сначала увеличива- ют амплитуду или длительность импульсов тока до момента начала резкого подъема напряжения, связанного со снижением электропроводности межэ- лектродного промежутка, затем снижают амплитуду или длительность им- пульсов тока до величины, при которой значение напряжения в конце каждо- го импульса является минимальным.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения наиболь- шей электропроводности межэлектродного промежутка сначала увеличива- ют амплитуду или длительность импульсов напряжения до момента начала резкого спада тока, Связанного со снижением электропроводности межэлек- тродного промежутка, затем снижают амплитуду или длительность импуль- сов напряжения до! величины, при которой значение тока в конце каждого импульса является максимальным.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для достижения заданной шероховатости обрабатываемой поверхности в процессе обработки увели- чивают амплитуду импульсов тока и при этом подбирают длительность им- ульсов таким образом, чтобы задний фронт каждого импульса соответство-
Figure imgf000016_0001
такт которого соединен с выходом генератора таким образом, что нормально замкнутый контакт соединен с общей точкой, при этом суммарная внутрен- няя индуктивность Генератора тока и провода, соединяющего генератора то- ка с переключателем тока существенно больше, чем суммарная индуктив- ность нагрузки и проводов, соединяющих переключатель тока с нагрузкой, отличающийся τεώ, что нормально разомкнутый контакт переключателя тока соединен с генератором тока через диод.
6. Источник питания по п. 5, отличающийся тем, что нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты переключателя тока выпол- нены на транзисторах.
7. Источник г|итания по п. 6, отличающийся тем, что параллельно транзисторам установлены ограничители напряжения.
PCT/RU2011/000604 2010-11-13 2011-08-10 Способ электрохимической обработки и источник питания для его реализации WO2012064219A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11839519.3A EP2639002A1 (en) 2010-11-13 2011-08-10 Electrochemical machining method and power source for carrying out said method

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010146353/02A RU2455131C1 (ru) 2010-11-13 2010-11-13 Источник питания для электрохимической обработки материалов
RU2010146353 2010-11-13
RU2011101119 2011-01-12
RU2011101119/02A RU2456138C1 (ru) 2011-01-12 2011-01-12 Способ электрохимической обработки

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012064219A1 true WO2012064219A1 (ru) 2012-05-18

Family

ID=46051173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000604 WO2012064219A1 (ru) 2010-11-13 2011-08-10 Способ электрохимической обработки и источник питания для его реализации

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2639002A1 (ru)
WO (1) WO2012064219A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017110735B4 (de) * 2017-05-17 2023-03-23 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils, insbesondere eines Schaufelbauteils einer Strömungsmaschine

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU891299A1 (ru) 1979-02-12 1981-12-23 Новосибирский электротехнический институт Способ размерной электрохимической обработки
US4978829A (en) * 1988-05-27 1990-12-18 Nada Electronics Limited Electric discharge machining power supply circuit
RU2025031C1 (ru) 1991-01-09 1994-12-15 Юрий Федорович Прасолов Низковольтный сильноточный источник питания для станков электрохимической обработки металлов
RU2038928C1 (ru) 1990-10-10 1995-07-09 Гимаев Насих Зиятдинович Способ электрохимической размерной обработки
RU2177391C1 (ru) * 2000-06-19 2001-12-27 Лимонов Александр Дмитриевич Способ размерной электрохимической обработки
RU2220031C1 (ru) * 2003-02-05 2003-12-27 Уфимский государственный авиационный технический университет Способ электрохимической обработки титана и титановых сплавов
US6723223B2 (en) 2001-05-08 2004-04-20 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electrochemical machining method with optimal machining pulse duration
EP1714725A1 (de) 2005-04-18 2006-10-25 Wilhelm Mahler Verfahren und Schaltanordnung zur elektrochemischen Metallbearbeitung

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU891299A1 (ru) 1979-02-12 1981-12-23 Новосибирский электротехнический институт Способ размерной электрохимической обработки
US4978829A (en) * 1988-05-27 1990-12-18 Nada Electronics Limited Electric discharge machining power supply circuit
RU2038928C1 (ru) 1990-10-10 1995-07-09 Гимаев Насих Зиятдинович Способ электрохимической размерной обработки
RU2025031C1 (ru) 1991-01-09 1994-12-15 Юрий Федорович Прасолов Низковольтный сильноточный источник питания для станков электрохимической обработки металлов
RU2177391C1 (ru) * 2000-06-19 2001-12-27 Лимонов Александр Дмитриевич Способ размерной электрохимической обработки
US6723223B2 (en) 2001-05-08 2004-04-20 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electrochemical machining method with optimal machining pulse duration
RU2220031C1 (ru) * 2003-02-05 2003-12-27 Уфимский государственный авиационный технический университет Способ электрохимической обработки титана и титановых сплавов
EP1714725A1 (de) 2005-04-18 2006-10-25 Wilhelm Mahler Verfahren und Schaltanordnung zur elektrochemischen Metallbearbeitung
RU2008145736A (ru) 2005-04-18 2010-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "ТИТАН ЕСМ" (RU) Способ электрохимической обработки

Also Published As

Publication number Publication date
EP2639002A1 (en) 2013-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2008145736A (ru) Способ электрохимической обработки
KR100465545B1 (ko) 전해금속침착용전류펄스를발생시키기위한방법및회로배치
CN102554374B (zh) 自调式放电加工节能电源装置及其方法
CN102615364B (zh) 三维超声波协同调制微细电火花线切割加工装置
JP5414864B1 (ja) ワイヤカット放電加工装置の加工電源装置
CN111644718B (zh) 中走丝线切割光洁加工用脉冲电源及其加工方法
CN104588799A (zh) 具有辅助电极脉间输出的微细电解加工电源及其加工方法
Sen et al. Developments in electric power supply configurations for electrical-discharge-machining (EDM)
CN104014878B (zh) 一种可实现多点放电高速电火花加工的新型放电加工回路及加工方法
Yu et al. Multi-channel aerosol dielectric electrical discharge machining ablation based on discrete electrode
CN1033794C (zh) 用于放电加工的脉冲发生器
WO2012064219A1 (ru) Способ электрохимической обработки и источник питания для его реализации
CN102672293A (zh) 电火花加工装置
RU63275U1 (ru) Генератор импульсов для электроэрозионной обработки
CN207026652U (zh) 电火花加工电源和加工装置
CN101829822A (zh) 一种通过与极间串联二极管以减小微细电火花加工工具电极损耗的方法
CN214361771U (zh) 一种工频非对称正负电压的电源电路
CN211539826U (zh) 一种电火花线切割无阻脉冲电源
US6630641B2 (en) Electric discharge machining apparatus generating preliminary discharge and machining discharge pulses
CN115026362A (zh) 一种用于微细电解加工碳化钨硬质合金的电解装置及方法
RU2456138C1 (ru) Способ электрохимической обработки
RU2455131C1 (ru) Источник питания для электрохимической обработки материалов
CN111730156A (zh) 一种变幅值脉冲电火花-电解复合加工方法
Wollenberg et al. Process energy supply for unconventional machining
Gao et al. Research on a two-stage discharge current regulation method in RT-WEDM

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11839519

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2011839519

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011839519

Country of ref document: EP