Способ предварительного подогрева изделия электрической дугой

 

СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ПОДОГРЕВА ИЗДЕЛИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГОЙ при обработке металлов резанием, при котором дугу колеблют переменным магнитным полем поперек направления обработки , а в течение каждого периода колебания дугирегулируют мощность дуги, изменяя ее ток, отличающийся тем, что, с целью повьппения стойкости режущего инструмента путем дополнительного прогрева кромки обрабатываемого изделия в начале процесса обработки, на дугу воздействуют дополнительным магнитным полем , отклоняющим дугу в направлении, обратном направлению рбраб отки,индукцию которого в течение промежутка времени t от момента.зажигания дуги изменяют по закону а в течение последующего промежутка времени; i + i индукцию изменяют по закону р Bo(ti+tJ 8с р- f Ei где h расстояние от среза сопла до обрабатываемой поверхности , м; о(. - угол отклонения дуги, град скорость обрйботки, м/ммн, Врмаксимальное значение индукции , Т; - длина обрабатываемого изде00 Од лия, Mj В, t - текущие координаты в течение промежутка времени t j , а затем воздействие дополнительного магнитного поля прекращают. с м т;ж М. Ж у77//// , 7////7//. fui.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК зцп В 23 К,9/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Щ .„, *.--".с изменяют по закону

Во

;B=—

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3656191/25-27 (22) 28.10.83 (46) 30.12.84.. Бюл. N 48 (72) С.П.Поляков, П.Ф.Буланый, M.Ë.ÓðèöKèé и Г.Д.Плешивенко (71) Днепропетровский металлургический институт им. Л.И.Брежнева (53) .621.791.75(088.8) (56) 1. Патент США Р 3 130294, кл. 219-123, 21.04.64

2. Авторское свидетельство СССР

У 797853, кл. В 23 К 9/08, 08.02.79 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ПОДОГРЕВА ИЗДЕЛИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГОЙ при обработке металлов резанием, при котором дугу колеблют переменным магнитным полем поперек направления обработки, а в течение каждого периода колебания дуги регулируют мощность . дуги, изменяя ее ток, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьппения стойкости режущего инструмента путем дополнительного прогрева кромки обрабатываемого изделия в начале процесса обработки, на дугу воздействуют дополнительным магнитным полем, отклоняющим дугу в направлении, обратном направлению обработки,индук„„SU„„113 k 614 А цию которого в течение промежутка времени t» от момента зажигания дуги а в течение последующего промежутка времени t2. индукцию изменяют по закону

В (+ а) В

tõ, 3 где и — расстояние от среза сопла до обрабатываемой поверхности, м, Π— угол отклонения дуги, град

Чою- скорость обработки, м/мин, Во- -максимальное значение индукции, Т; (— длина обрабатываемого изде- . лия, м, М

В, — текущие координаты в течение промежутка времени t Cb а затем воздействие дополнительного магнитного поля прекращают. вВ

113

Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для предварительного дугового подогрева .при чер.новой обработке строганием, фрезерова кием крупногабаритных деталей из труднообрабатываемьм материалов.

Известен способ предварительного дугового подогрева перед сваркой, при котором электрическую дугу колеблют переменным магнитным полем поперек направления обработки (17 .

Недостатками этого способа являются уменьшение КПД нагрева, обусловленное снижением теплового воздей-1 ! ствия дуги на обрабатываемый материал из-за ее отклонения, а также неравномерность прогрева металла йо толщине, следствием чего является быстрый износ режущего инструмента.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предварительного по догрева изделия электрической дугой, при котором дугу колеблют переменным магнитным полем поперек направления обработки, причем в течение каждого периода колебания дуги регулируют мощность дуги, изменяя ее ток Г2 ).

В результате этого металл равномерно прогревается по толщине и КПД

30 нагрева не уменьшается, так как тепловое воздействие дуги на обрабатываемый материал при ее колебательном движении практически не изменяется.

Однако при применении известного способа подогрева для процессов строга- З5 ния, фрезерования крупногабаритных длинномерных изделий из труднообраба-, тываемых материалов наблюдаются большие ударные нагрузки на режущие инструменты в момент соударения их с кромкой обрабатываемой детали, приводящие к быстрому износу инструментов. Это объясняется тем, что кромка при известном способе подогрева недостаточно прогрета для снижения удар- 45 ных нагрузок, или может оказаться вообще непрогретой из-за несовпадения начала горения дуги на деталь с моментом прохождения плазмотрона над кромкой детали. 50

Цель изобретения — повьш ение стойкости режущего инструмента путем дополнительного прогрева кромок обрабатываемого изделия.

Цель достигается тем, что согласно 55 способу предварительного подогрева изделия электрической дугой при обработке металлов резанием, при кото2 ром дугу колеблют переменным магнитным полем поперек направления обработки, а в течение каждого периода колебания дуги регулируют мощность дуги, изменяя ее ток,на дугу воздействуют дополнительным магнитным полем, отклоняющим дугу в направлении, обратном направлению обработки, индукцию которого в течение промежутка времени t< от момента зажигания дуги

1614 изменяют по закону а в течение последующего промежутка времени

Vob индукцию изменяют по закону где И вЂ” расстояние от среза сопла до . обрабатываемой поверхности, м, с(. — угол отклонения дуги, град, Vp&- скорость обработки, м/мин»

Во- максимальное значение индукции, Т;

Ц вЂ” длина обрабатываемого изделия, м, — текущие. координаты в течение промежутка времени t а затем воздействие дополнительного магнитного поля прекращают.

На фиг. 1 изображена упрощенная .схема осуществления предлагаемого способа, на фиг. 2 — график изменения во времени индукции дополнительного магнитного поля на фиг ° 3 электрическая схема, позволяющая осуществить предлагаемый способ.

На фиг. 1 и 3 приняты следующие обозначения: обрабатываемая деталь 1, режущий инструмент 2, закрепленный . вместе с плазмотроном 3 на суппорте станка 4, а цифрами Т, 11 показаны положения плазмотрона в конце каждого промежутка времени, источник 5 питания электрической дуги, плазменная горелка 6; магнитная отклоняющая система 7; генератор Я переменного напряжения, выполненный в виде трансформатора, первичная обмотка 9 которого подсоединена к выпрямительному, мосту 10, включенно последователь3 113 1,614 4 но в цепь питания горелки 6. Питание1 равна скорости обработки. С другой магнитной отклоняющей системы осуще- стороны, угол отклонения дуги есть ствляется через последовательно вклю- функция следующих параметров: 4 ченную фазосдвигающую цепь 11 во вто- f(>, 6,И,d, В ), где 3 — величина та рой вторичной обмотке 12 трансформа- 5 ка, 6 — расход газа, Ci — диаметр соптора. Источником дополнительного маг- ла, И - расстояние от среза сопла до нитного поля является катушка 13, обрабатываемой поверхности;  — последовательно соединенная с усили- максимальное значение индукции. Этот телем 14 и генератором 15 линейно из- угол определяет условия стабильного меняющегося напряжения. 10 горения дуги. Обычно он принимается

На основании закона Ампера, а так- равным К 45 ., Поэтому, по известо же учитывая принцип суперпозиции маг- ным расчетным формулам значение Ва нитных полей очевидно,.что если ос- выбирают таким, чтобы сохранялось усновное переменное магнитное поле ко- ловие стабильного горения дуги и

I леблет дугу поперек направления об- 15 чтобы скорость отклонения дуги была работки, то воздействие дополнитель- равна У<5. Отсюда формула для расчета ного магнитного поля с силовыми ли- времени 1 ниями, направленными перпендикулярно силовым линиям основного поля, вызывают колебание дуги вдоль направле- щ ния обработки. Изменяя величину и направление индукции дополнительного магнитного поля, можно достичь определенной скорости и направления отклонения дуги вдоль направления обработки. Это соотношение между индукцией магнитного поля и скоростью отклонения основывается на известной зависимости между амплитудой колебания дуги и индукцией магнитного поля

= КВ, где В â€” ; z — амплитуда, а скорость движения есть производная пути по времени, т.е.

=с /dt или U= Zdadt.

Для того, чтобы начальная кромка 35 получила дополнительное тепло, на дугу в течение первого промежутка времени, равного 1 = Ь|у"-/Ч 8воздействуют дополнительным магнитным полем, индукция которого изменяется по за- 40 кону В = Воt/t<. При этом дуга отклоняется вдоль направления обработки. Направление индукции выбирается таким, чтобы дуга отклонялась в сторону, противоположную направлению 45 обработки. Так как величина индукции изменяется по линейному закону, то д В dt = Со р а, следовательно, и скорость отклонения дуги величина постоянная. Плазмотрон (его вертикаль- 50 ная ось) перемещается по направлению обработки в течение времени t со скоростью, равной скорости обработки

g =If>g, так как плазмотрон 3 и резцедержатель 2 закреплены на суппор- 55 те 4 станка. Для того, чтобы анодное пятно "задержалось" на кромке, скорость отклонения дуги должна быть

И у, 1 1 ЧГоа Ф

За второй промежуток. времени плазмотрон из положения переходит в положение П, т.е. путь, равный ((|II

ИфА), где fg — диииа обрабатываемого изделия. За этот промежуток времени необходим обычный прогрев поверхности, для чего анодное пятно должно перемещаться по обрабатываемой поверхности с постоянной скоростью, . дуга допжна отклоняться в сторону направления обработки для уменьшения влияния излучения тепла сжатой дуги на резец. В конце обрабатываемой поверхности (положение П) дуга занимает свое вертикальное положение, и- в дальнейшем до конца обработки в воздействии дополнительного магнитного поля нет необходимости. Поэтому за второй промежуток времени индукция дополнительного и -И ф

Uo8 поля должна уменьшаться по линейному закону от В до О. Этот закон выражаетея формулой б . бе т ейе) представляющей собой уравнение прямой, проходящей через две точки с известными координатафы (X<= t<, х

=(,+t- ), у„= В у

Пример. Были проведены испытания способа предварительного подогрева иэделия электрической дугой согласно прототипу и предполагаемому способу. На продольно-строительном станке модели 72 10 производилась об1131614 работка поверхности длинномерной детали длиной 2 м (материал детали: сталь М76) . Плазмотрон был жестко закреплен с резцедержателем станка и перемещался со скоростью 1/ =Цдр = 5

20 м/мин при подаче S = 3 мм/ммдв.ход резания (при предлагаемом способе подогрева) и Vh=Vohp= 16,8 м/мин при той же подаче (при способе подогрева по прототипу). Режимы работы плазмо- 10 трона: 3 = 250-280 А; (j = 120-140 В;

Gsoyvxa = 1,5-2 г/с (расход воздуха); диаметр сопла Ct = 5,5 мм, расстояние от среза сопла до обрабатываемой поверхности h = 4-5 см. 15

Согласно предлагаемому способу предварительный подогрев осуществлялся следующим образом.

При подходе плазмотрона к обрабатываемой поверхности замыкалась цепь 20 основной электрической дуги и сигнал от датчика положения плазмотрона подавался на первичную обработку питания трансформатора 8, и одновременно сигнал от датчика положения по-25 ступал на вход синхронизации генера" ,тора 15 линейно изменяющегося напряжения. На выходе выпрямительного моста 10 возникало пульсирующее напряжение, т.е. оказывалось, что в цепь Зр питания электрической дуги последовательно включен модулятор напряжения. Подача питания на первичную обмотку трансформатора 8 вызывала также протекание тока через магнитную систему 7, колеблющую дугу поперек направления обработки. Фазосдвигающая цепь 11 обеспечивала опережение по фазе индукции основного магнитного поля по отношению к фазе rrepe 40 менного напряжения цепи первой вто, ричной обмотки. Этот фазный сдвиг был равен отставанию по фазе колебания дуги от индукции основного магнитного поля. В результате колеба- 4 ние дуги совпадало с увеличением

t п рикладываемог о к ней напряжения.

Сигнал от датчика положения плазмотрона запускал генератор 15 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), выход которого был соединен с входом усилителя 14. Питание обмотки 9 осуществлялось через усилитель 14.

Величина Вд задавалась равной Ц

0,05-0,1 Т. В этих пределах значение угла К было близко к 45 . Так как

t„ + — t - Я.. 2 = та, подставlf oS " 1г в ляя перечисленные значения буквенных выражений, были получены для конкретного примера следующие промежутки времени: „= О, 12 с, С =

5,9 с.

Задавая эти параметры генератору

15 и соответствующий линейный закон изменения индукции, получаем предлагаемую последовательность изменения индукции дополнительного магнитного поля во времени.

Способ по прототипу осуществлялся аналогично предлагаемому, только в схеме отсутствовала катушка 13, усилитель 14 и генератор 15, т.е. осуществлялось колебание дуги только поперек направления обработки.

В результате испытаний была определена стойкость режущего инструмента в обоих случаях. Было установлено, что стойКость резца при проведении способа по прототипу составляла

50 мин, а по предлагаемому способу—

70 мин.

Таким образом, использование предлагаемого способа предварительного подогрева изделий электрической дугой по сравнению с прототипом, обеспечивает повышение стойкости резца в

1 4 раза, следствием чего является повышение производительности обработ ки.

1131614

Во

СОставитель Г. Квартальнова

Редактор С.Лисина Техред Ж. Каст елевич Корректор Л.Пилипенко

Заказ 9691/7 Тираж 1036 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиап ППП "Патент", r . Ужгород, ул . Проектная, 4

Способ предварительного подогрева изделия электрической дугой Способ предварительного подогрева изделия электрической дугой Способ предварительного подогрева изделия электрической дугой Способ предварительного подогрева изделия электрической дугой Способ предварительного подогрева изделия электрической дугой 

 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в сварочном производстве

Изобретение относится к области сварки, в частности к способу сварки с нагревом дугой, управляемой магнитным полем, и может быть использовано в таких отраслях народного хозяйства, как автомобилестроение, строительство водонагревательных котлов, промышленное и гражданское строительство, при сооружении трубопроводов с применением труб малого и среднего диаметра, для сварки деталей со сплошным и развитым сечением, а также для соединения деталей в тавр

Изобретение относится к способу дуговой сварки намагниченных объектов при ремонтно-восстановительных работах и может быть использовано для сварных намагниченных стыков магистральных трубопроводов

Изобретение относится к способу сварки в защитном газе неплавящимся электродом магнитоуправляемой дугой

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при двухдуговой сварке на повышенных скоростях длиномерных тонкостенных стыков, в частности труб
Наверх