Устройство для электродуговой обработки изделий в вакууме

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ В ВАКУУМЕ,преимущественно тел вращения, содержащее вакуумную камеру, анод с отверстием для размещения обрабатываемого изделия и с токоподводами и кольцевые Изобретение относится к области электротермической обработки при пониженных давлениях среды изделий, имеющих преимущественно форму тела вращения Изобретение может быть использовано для разогрева изделий, удаления с поверхности плоских и цилиндрических изделий окисной пленки и загрязнений, регулируемого удаления с участков поверхности изделий слоев металла с Это изобретение может электроизолированные экраны, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности технологического процесса и улучшения качества обработки , анод выполнен в виде двух усеченных конусов, угол между образущей и высотой которых равен 50-80° , конусы установлены с возможностью продольного перемещения для регулирования расстояния между ними, меньшими основаниями обращены друг к другу, а большими связаны с токоподводами, при . этом электроизолированные экраны установлены в отверстиях усеченных конусов о 2о Устройство по По 1, о т л и мающееся тем, что токоподводы к анодам выполнены в симметрично расположенных точках по большим основа ниям усеченных конусов« Зо Устройство по Па 2, о т л ичающееся тем, что токоподводы к одному из анодов выполнены сд смещением на половину расстояния между токоподводами, к другому аноду. СА Ю О N3 быть применено также для разогрева ГО тиглей электродугоаых испарителей. Для обработки изделий в настоящем изобретении используется электрическая дуга, горящая при давлении ниже . атмосферного, преимущественно ниже мм РТ„ СТо Известно устройство, содержащее анод, кольцевой катод, поджигающий электрод, а также электромагнит, между

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 . В 23 К 10 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВ Е Н Н О Е ПАТЕ НТН ОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 3609105/27 (22) 07 .04 .83

-(46) 30.10.92. Бюл. М 40 (71) Институт электроники им. У.А.Арифова и Центральное проектно-конструкторское и технологическое бюро научного приборостроения AH УЗССР (72) M.Õ,Ýñòåðëèñ, И.Ф.Дворжак, В.H.Êàçàêîâ, A.À.Ñîêoëoâ, P.M.Тангриберганов, Е.Н.Токарев, В,Е.Булат, А.И.Белобородов, Г.ф.Плисс и Ю.M.Цай (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 426540, кл. С 23 С 15/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

8Г 592058, кл. В 23 К 9/16, 1975.

Авторское свидетельство СССР

Р 978474, кл. В 23 К 9/16. (54}(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГО"

ВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ В ВАКУУМЕ,преимущественно тел вращения, содержащее вакуумную камеру, анод с отверстием для размещения обрабатываемого изделия и с токоподводами и кольцевые

Изобретение относится к области электротермической обработки при пониженных давлениях среды изделий, имеющих преимуц|ественно форму тела вращения. Изобретение монет быть использовано для разогрева изделий, удаления с поверхности плоских и цилиндрических изделий окисной пленки и загрязнений, регулируемого удаления с участков поверхности изделий слоев металла. Это изобретение может Ы 1139022 А1 электроизолированные экраны, о т л ич а ю ц е е с я тем, что, с целью повышения надежности технологического процесса и улучшения качества обработки, анод выполнен в виде двух усеченных конусов, угол между образующей и высотой которых равен 50-80, конусы установлены с возможностью продольно" го перемец|ения для регулирования расстояния между ними, меньшими основаниями обращены друг к другу, а большими связаны с токоподводами, при этом электроизолированные экраны установлены в отверстиях усеченных конусов.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что токоподводы к анодам выполнены в симметрично расположенных точках по большим основа." ниям усеченных конусов.

3. Устройство по и. 2, о т л ич а ю ц1 е е с я тем, что токоподводы к одному из анодов выполнены со смещением на половину расстояния между токоподводами, к другому аноду. быть применено также для разогрева тиглей электродуговых испарителей.

Для обработки изделий в настоящем изобретении используется электрическая дуга, горящая при давлении ниже атмосферного преимущественно ниже

10 мм рт. ст.

Известно устройство, содержащее анод, кольцевой катод, поджигающий электрод, а также электромагнит, между

1133022 полюсными наконечниками которого смонтирован катод.

В этом устройстве электрическая дуга, включая ее катодные пятна, перемещается по поверхности электрода вследствие взаимодействия заряженных частиц плазмы дугового разряда с маг- . нитным полем, совершая вращательное движение по кольцеобразной поверхности 0 желоба на:;поверхности катода, Недостатком изобретения является наличие усложняющего устройства. электромагнита „ невозможность обработки поверхностей длинномерных изделии, т.к. В 15 этом устройстве катодные пятна перемещаются только по торцу катода, В этом устройстве обосновано применение элек" тромагнита, т.к. создаваемое им магнитное поле преоЬразует хаотическое движение катодных пятен в направленное по кольцевому желобу на торце катода, создавая направленный поток испаренного материала.

Известно также устройство, обеспе- 2Б чиваюц ее равномерный разогрев по всему периметру оЬрабатываемого участка из" делия без использования внешнего маг-. нитного поля.Это устройство содержит кольцевой анод, катод-изделие, имеющее преимущественно форму тела вращения и расположенное внутри кольцеобразного анода, поджигаюций электрод и жаропрочные изолированныеот электрической цепи э краны, зацища ющие от воздейст вия дуги части иэделия, не подлежащие дуговой обработке, Недостатком этого устройства является загрязнение детали продуктами, испаряющимися с ее поверхности вследствие осаждения некоторого количества

40 их..на аноде и дальнейшего испарения с его поверхности, ограниченность интервала токов дугового разряда, при которых можно проводить обработку 45 нестабильность режима горения дуги.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является устройство для электродуговой обработки деталей, в вакууме, содержащее кольцевой анод, катод-изделие, поджигающий электрод, электроизолированный экран, охватывающий обрабатываемую деталь вне зоны обработки, а в зоне оЬработки между кольцевым анодом и обрабатываемой деталью установлено электроизолированное кольцо. Сечение кольцевого анода выполнено в виде трапеции, основание которой параллельно оси обрабатываемой детали, а боковые поверхности образуют с указанной осью линейный угол ч0-80

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы вследствие того, что электроизолированное кольцо, находясь в зоне дуги, разогревается до высоких температур и разрушается. Кроме того, осаждающаяся на кольце окалина закорачивает кольцо на электрод или деталь, что также приводит к нарушению технологического процесса.

Целью изобретения является повышение надежности технологического процесса и улучшение качества продукции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем вакуумную камеру, анод с отверстием для размецения оЬрабатываемого изделия и с токоподводами и кольцевые электроизолированные экраны, анод выполнен в виде двух усеченных конусов, угол между образуюцей и высотой которых о равен 50-80, конусы установлены с возможностью продольного перемецения для регулирования расстояния между ними, меньшими основаниями обращены друг к другу, а большими связаны с токоподводами, при этом электроизолированные экраны установлены в отверстиях усеченных конусов, Кроме того, токоподводы к анодам выполнены в симметрично расположенных точках по большим основаниям усеценных конусов.

Токоподводы к одному из анодов выполнены со смещением на половину расстояния между токоподводами к другому аноду.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг, 2 -. вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — вид Б на фиг. 1 (размещение токоподводов на аноде, вариант выполнения).

Устройство содержит анод 1, выполненный из двух колец, симметрично расположенных по краям оЬраЬатываемого участка изделия 2. Величина. зоны обработки зависит от тока разряда, количества и характера окалины. Необходимую величину зоны устанавливают с помощью электроизолированных экранов 3, расположенных между кольцами анода 1 и изделием 2.

5 11390

Аноды 1 выполнены в виде усеченных конусов с углом между образующей конуса и высотой 50-80

К кольцам анода подсоединены токоподводы 4, 5 в нескольких точках, рас5 положенных симметрично по каждому ко-, льцу. Токоподводы 4 выполнены со смещением по отношению,K токоподводам 5 на половину расстояния между токоподводами 5. В зазор электродов 1 введен поджигающий электрод 6„ Аноды 1 выполнены принудительно охлаждаемыми.:Сим метричные токоподводы 7 присоединены также и к изделию 2. Анод 1 выполнен 15 неподвижным. Изделие-катод 2 совершает поступательное (или вращательное) движение при помощи механизма подачи

3. Аэрозированная с поверхности изделия фракция удаляется из области ду- 20 гового промежутка без взаимодействия с поверхностью анода и в дальнейшем технологическом процессе не участвует.

Это повышает качество продукции и надежность работы устройства. Вслед- 25 ствие постоянного перемещения изделия все новые участки его поверхности подвергаются воздействию дуги в области, катодных пятен. Известно, что катодные пятна перемец|аются по поверхности QQ

4 -4 изделия-катода со скоростью 10-10 см/с в сторону токоподводящего электрода.

В предлагаемом устройстве токоподвод осуществлен с обеих сторон участка изделия, подвергающегося дуговой обработке. Это приводит к равномерному рас35 пределению катодных пятен по обрабатываемой поверхности.

Аналогичная цепь осуц|ествлена и при подсоединении токоподводов к ано-. ду, Симметричное подведение токоподводов к кольцу электрода - анода создает поле равномерного потенциала на поверхности электрода, что приводит к равномерному распределению анодной плазмы на поверхности колец. Вследствие этого увеличивается величина критического тока разряда, при котором вольт-амперная характеристика горящей

pyr переходит с падающего На BQ3pac 5О таюций участок, когда начинается плавление анода. На падающем участке ВАХ дуги плавления электродов не происходит.

Токоподводы к кольцевым электродам не находятся на одной прямой: токоподводы к одному из колец смещены на половину расстояния между токоподводами к другому кольцу. В результате это22 6 го путь катодных пятен возрастает в пределах оЬрабатываемого участка, поскольку пятна приоЬретают винтовую составляющую движения. Это приводит к Ьолее равномерному распределению катодных пятен по обрабатываемому участку, повышению качества обработки. Это также повышает надежность работы устройства, т.к. уменьшается ве" роятность проплавления изделия под действием катодных пятен.

Электроды - аноды, выполненные с сечением в виде усеченного конуса, обеспечивают беспрепятственный вылет эрозированной фракции, в частности окалины, из области дугового проме" жутка.,Угол 50-30 подобран экспериментально, с учетом угла вылета эрозированной фракции при наименьшей вероятности ее охлаждение на аноде и сохранении высокой стабильности горе" ния дуги. При углах между образующей и вь:сотой конуса, меньших 50 может произойти оЬрыв дуги, а при углах о

У больших 80, значительная часть эрозированной окалины будет осаждаться на аноде, что приведет к изменению условий горения дуги. Расположение анодных колец меньшими основаниями к зоне обработки обеспечивает условия вылета эрозированной фракции из зоны горения дуги., Устройство работает следующим образом.

В вакуумной камере (на чертеже не приведена) при давлении в объеме ниже О, 1 мм рт. ст. между кольцевыми анодами 1 и обрабатываемым изделием

2, служащим катодом, зажигают дуговой . разряд, питающийся от источника IlocTo» . янного тока 9. Ток разряда регулируе ся нагрузочным сопротивлением 1О. Под" жиг дуги производится при помощи поджигающего электрода 6, включенного в цепь анода через нагрузочное сопротивление 11. Значение сопротивления

11 много больше сопротивления 10. При горении дуги обрабатываемое изделие перемещается по оси при помощи подающего механизма 8 и, таким образом, происходит последовательная очистка его поверхности от окалины и загрязнений. Наличие двух кольцевых анодов с сечением в виде усеченных конусов позволит беспрепятственно удалять окалину из области дугового разряда, что повышает надежность работы устрой- . l139022

Фиг.1 ства, качество и интенсивность обработки.

В реальном технологическом процес-.. се производилась очистка от окалины поверхности прутка диаметром 12 мм из стали 45, полосы шириной 45 мм из стали Х18Н10Т, шпинделей хлопкоуборочных машин, изготовленных из стали 40Х и представляющих собой трубку длиной lp

63 см. На внешней поверхности шпинде.ля имеются в 4 ряда зубья. Носле закалки токами ТВЧ вся его поверхность включая поверхность межзубьев, покрыта окалиной. l5

Таким образом, новая конструкция электрода повышает надежность технологического процесса, повышает качество и производительность продукции, По сравнению с существующими установками электрохимического и химического травгения предлоненное устройство обладает следующими преимуществами,:

1,. Исключает применение различного рода кислот, щелочей и воды, которые могут быть использованы для других народно-хозяйственных задач.

2 ° Исключает вредные условия труда и загрязнение окружающей среды.

3. Нет необходимости применять раз" личного рода очистные сооружения и устройства.

Ч. Позволяет автоматизировать технологический процесс.

5. Позволяет повысить надежность технологического процесса,:качество продукции и производительность.

1139022

ЫБ

Редактор Е.Гиринская

Корректор О. Кравцова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина,101

Заказ 4574

ВНИИПИ Государственного

113035, Составитель

Техред И.Моргентал

Тирая Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5