Устройство для электроэрозионного легирования

 

Изобретение относится к металообработке и касается устройств для электроискрового легирования. Цель изобретения - повышение производительности легирования путем улучшения характеристик разрядных импульсов. Сетевое напряжение поступает в цепь: фильтр 4-коммутатор 1-емкостной накопитель 8-межэлектродный промежуток 9. В процессе заряда-разряда накопителя 8 датчик проводимости 15, датчик напряжения 17 и датчик зарядного тока 10 контролируют заряды-разряды накопителя 8 и через сумматор 19 управляют этим процессом. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4 24 321 7/25-08 (22) 06.04 ° 87 (46) 07.06.89. Бюп. М- 21 (75) В.С. Тарасов (53) 621.9.048.4.06 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 702627, кл. В 23 Н 7/16, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к металлообработке и касается устройств для электроискрового легирования.

„„SU, 1484516 А 1 (51)4 В 23 Н 9/00 1/02, 7/16

Цель изобретения — повышение производительности легирования путем улучшения характеристик разрядных импульсов. Сетевое напряжение поступает в цепь фильтр 4 — коммутатор 1— емкостной накопитель 8 — межэлектродный промежуток 9. В процессе зарядаразряда накопителя 8 датчик проводимости 15, датчик напряжения 17 и датчик зарядного тока 10 контролируют заряды-разряды накопителя 8 и через сумматор 19 управляют этим процессом. 2 ил.

1484516

Изобретение относится к электрафизическим и электрохимическим методам обработки электроправодных материалов, касается устройств, предназначенных для получения в эрозионном промежутке разрядника импульс.— ных токов, осуществляицих такую обработку и может быть использовано при построении станков для электроэро- 10 зионного легирования и нанесения покрытий.

Целью изобретения является повышение производительности легирования. f5

На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 — диаграмма сигналов устройства.

Устройство для электроэрозионного легирования содержит высокочастотный коммутатор 1, вход которого соединен с накопителем 2 (емкость). По входу накопитель 2 подключен к питающей сети переменного тока промышленной частоты через последовательные выпря- 25 митель 3 сетевого напряжения и фильтр 4. Последний задерживает помехи от проникновения иэ устройства в сеть, а также из сети в устройство.

Выход коммутатора 1 подключен через высокочастотный трансформатор 5, выпрямитель 6 и токоограничитель 7 к емкостному накопителю 8, включенному с разрядником 9 эрозионного промежутка в рабочий контур импульсного технологического тока. Электроды разряд-: ника 9 образованы легирующим электродом эрозионного промежутка и обрабатываемой деталью.

Токоограничитель 7 соединен с датчиком 10 тока заряда накопителя 8, подключенным через фильтр 11 низких частот к управляющему входу частотного модулятора 12, выход которого под ключен через двунаправленный ключ 13 к управляющему входу коммутатора 1.

Для работы на повышенных частотах коммутации коммутатора 1 в цепь сиг. нала управляющего входа включают фар мирователь 14 управляющих импульсов, что исключает воэможность возникновения прямого тока через коммутирующие элементы коммутатора 1 и позволяет применить инерционные коммутирующие элементы для упрощения коммутатора.

К разряднику 9 подключен датчик

15 тока через разрядник 9, служащий для измерения проводимости эрозионноro промежутка разрядника. Выход датчика 15 соединен с пороговым элементом 16. К емкостному накопителю 8 подключен датчик 17 напряжения на накопителе 8.Выход датчика 17 соединен с входом порогового элемента 18.Выходы пороговых элементов 16 и 18 соединены с входами сумматора 19, выход которого через ключ 20 подключен к управляющему входу ключа 13. Элемент 21 — гальваническая развязка.

При питании устройства от общепромышленной, сети переменного тока коммутатор 1 выполняют в виде полумостового преобразователя, что позволяет в два раза снизить рабочее напряжение на коммутирующих элементах и упростить выполнение коммутатора.

При питании от цеховой сети пониженного напряжения коммутатор 1 выполняют в виде двухтактного трансформаторного преобразователя, что позволяет упростить и снизить массогабаритные показатели коммутатора 1 no сравнению с полумостовым преобразователем.

Пороговые элементы 16 и 18 выполнены в виде компараторов"с гистерезисной характеристикой переключения, что обеспечивает отсутствие дребезга при переключении и исключает неопределенность состояния по выходу. Час-, тотный модулятор 12 выполнен в виде управляемого напряжением генератора переменной частоты.

Устройство работает следующим образом.

Сетевое напряжение переменного тока промышленной частоты прикладывается к входу фильтра 4. По выходу фильтра 4 переменный ток выпрямляется выпрямителем 3. Пульсации с удвоенной частотой сети заряжают накопитель 2 до амплитудного значения напряжения сети.

Двуполярные импульсы с выхода модулятора 12 (фиг.2, диаграмма А1) через открытый ключ 13 поступают на управляющий вход коммутатора 1, Если применен формирователь 14, длительность импульсов уменьшается при той же частоте следования, что исключает прямой ток через плечи коммутатора

1. Ток с выхода накопителя 2 коммутируется коммутатором 1 и поступает в трансформатор 5 (фиг.2, диаграмма А2). Трансформатор 5 осуществляет гальваническую развязку питающей се148 516 ти от заземленной части устройства.

Гальваническая развязка по управляющему входу коммутатора 1 осуществляется оптотранзисторами элемента 21.

Гальваническая развязка частей устройства необходима для выполнения по технике безопасности заземления обрабатываемой детали при электроэроэионном легировании.

Высокочастотный ток вторичной обмотки трансформатора 5 выпрямляется выпрямителем 6, ограничивается токоограничителем 7 и заряжает накопитель 8. Напряжение заряда накопителя 8 в ходе заряда возрастает (фиг.2, диаграмма АЗ). В начальный период заф .яда накопителя 8 ток заряда велик и сигнал с датчика 10 тока заряда поступает на вход фильтра 11.

Сигнал, пропорциональный среднему току заряда накопителя 8, поступает на управляющий вход модулятора

12. В результате с повышением тока заряда накопителя 8 частота модулятора 12 возрастает. Повышение частоты коммутации коммутатора 1 приводит к увеличению падения напряжения на токоограничителе 7, так как в виде токоограничителя используют индуктивность, реактивное сопротивление которой возрастает с ростом частоты тока через нее. В результате такой отрицательной обратной связи ток заряда накопителя 8 поддерживается с постоянным средним значением в течение всего времени заряда, что обеспечивает наибольшую скорость заряда накопителя для коммутатора 1 с задан; ным допустимым током коммутирующих элементов. Диаграмма сигнала с выхода фильтра !1 показана на фиг.2,А4.

При достижении напряжением накопителя 8 заданного до начала обработки напряжения в соответствии с требованиями технологии нанесения покрытия к амплитуде тока и длительности разрядного импульса напряжение на накопителе 8 с выхода блока 17 включает пороговый элемент 18, на его выходе появляется дискретный сигнал (фиг.2, A5), поступающий на вход сумматора 19. В результате ключ 20 выключается, сигнал на его выходе прерывается (фиг.2,Аб). При этом ключ 13 закрывается, управляющие сигналы с выхода частотного модулятора

12 на вход элемента 21 н коммутатора 1 не поступают. Ток в цепи заряда накопителя 8 безинерционно прерывается.

В это время устройство находится

5 в режиме ожидания инициирования эро— зио нного промежутка разрядника 9.

Фактором инициирования может служить периодическое сближение электродов разрядника 9 до пробойного р для потенциала заряда накопителя 8 напряжения расстояи я, при вибрации по крайней мере одного из электродов (фиг. 2,А7) .

В момент пробоя разрядника 9 ток

15 силового технологического импульса разряда накопителя 8 протекает через разрядник 9 и воздействует на его электроды. В результате осуществляется легирование детали.

После возникновения проводимости разрядника 9 сигнал на выходе датчика 15 возрастает, так как возрастает проводимость эрозионного промежутка (фиг.2, AS). При достижении напряже25 нием сигнала с выхода датчика 15 напряжения уставки элемента 16 на выходе элемента 16 появляется дискретный сигнал, поступающий на вход сумматора 19 (фиг.2, A9). Ключ 20 остается

gp закрытым.

Если производится легирование .на чистовом режиме, то до начала обработки датчик 15 проводимости эрозионного промежутка разрядника 9 настраи35 вают так, чтобы пороговый элемент 16 срабатывал раньше, чем пороговый элемент 18 из-за падения напряжения на накопителе 8 при его разряде. В этом случае все время разряда накопителя

4р 8 на эрознонный промежуток разрядника во время технологического импульса (фиг.2, А10) коммутатор 1 выключен и ток зарядной цепи через разрядник 9 не протекает. Это позволяет повысить

45 качество электроэрозионного легирования за счет уменьшения шероховатости покрытия, вызванной дополнительным нагревом прямым током коммутатора 1 рабочего конца легирующего электрода

50 и зоны обработки. При этом возможно также увеличить число импульсов (факторов инициирования) в единицу времени при данном допустимом нагреве электродов разрядника 9, что позволяет значительно повысить пооизводительность легировання.

Если производится легирование на грубом режиме для увеличения толши1484516 ны легированного слоя, то датчик 15 проводимости разрядника 9 настраивают так, чтобы пороговый элемент

16 срабатывал позже, чем пороговый элемент 18 при установленном гистерезисе. В этом случае после начала разряда накопителя 8 на эрозионный промежуток разрядника 9 напряжение на нем падает ниже уставки элемента 1п

18 и он срабатывает, сигнал на его выходе исчезает. В результате ключ

13 включается, коммутатор 1 подает. ток в зарядную цепь накопителя 8, т.е..в проводящий промежуток разрядника 9. Этот ток совместно с током разряда накопителя 8 воздействует на электроды разрядника 9,интенсифицируя процесс переноса материала легирующего электрода на обрабатываемую деталь. В результате толщина легированного слоя увеличивается, что обеспечивает повышение производительности легирования с помощью предлагаемого устройства..При 25 этом не требуется дополнительного увеличения емкости накопителя 8, так как часть тока поступает непосредственно из зарядной цепи накопителя 8 в эрозионный промежуток разрядника 9. В то же время ток в эрозионном промежутке разрядника 9 сохраняет чисто импульсный характер, так как последующее повышение проводимости разрядника 9 вызывает срабатывание порогового элемента 16, при этом ключ 13 безинерционно выключается, ток на .выходе коммутатора 1,прерывается, ток в цепи разрядника 9 прекращается. Промежуток разрядника 9 замыкается механическим контактированием электродов, при этом силовые токи через разрядник

9 отсутствуют, так как проводимость замкнутого разрядника 9 высока и срабатывание элемента 16 происходит в любом случае. Обратная связь по току цепи заряда накопителя 8 функцио" нирует и в случае этого дополнительного тока от зарядной цепи в разрядник 9, в результате независимо от текущей проводимости промежутка разрядника 9 ток от зарядной цепи в разрядник 9 постоянен, что исключает повреждение электродов разрядника при резком изменении проводимости разрядника и перегрузку устройства. Питание 5 в этот период времени промежутка постоянным средним током от зарядной цепи накопителя позволяет автоматически поддерживать необходимое для интенсификации легирования количество энергии, введенной в промежуток разрядника. Это имеет место благодаря тому, что с увеличением времени действия дополнительного тока проводимость разрядника 9 возрастает,что приводит к более раннему срабатыванию элемента 16 из-за повышения проводимости разрядника от введенной дополнительным током энергии, что в свою очередь приводит к уменьшению энергии от дополнительного тока,т.е. осуществляется стабилизация количества энергии в разряднике 9 на уровне, заданном порогом срабатывания элемента 16. Это повышает качест. во обработки.

Возможность путем. настройки порога срабатывания элемента 16 осуществлять как чистотую, так и грубую электроэрозионную обработку расширяет технологические возможности устройства, при этом уменьшенная величина емкости накопителя при грубой обработке и отсутствие силового низкочастотного трансформатора питания в устройстве повышают его удельную мощность на единицу объема и массы, снижая массогабаритные показатели и позволяя выполнить устройство переносным для обработки крупногабаритных и нетранспортируемых объектов без увеличения длины токоподводов контура технологического тока.

После .размыкания электродов разрядника 9 и деионизации зоны эрозионного промежутка промежуток становит- ся непроводящим. Датчик 15 выключает пороговый элемент 16, ключ 13 включается и подает сигнал управления через элемент 21 развязки в коммутатор

1, накопитель 8 заряжается от сети, среднее значение тока его заряда поддерживается по цепи обратной связи от датчика тока 10 заряда постоянным.

При заданном напряжении заряда накопителя 8 срабатывает элемент 18 и заряд накопителя 8 прекращается, устройство переходит в состояние ожидания инициирования пробоя. При инициировании разрядника 9 вновь происходит пробой промежутка. Таким образом в разряднике 9 формируется посл) довательность импульсов технологи- ческого тока с частотой инициирования.

148 i:)16

Отсутствие активных токоограничивающих элементов в устройстве как в зарядной, так и в разрядной цепях емкостного накопителя повышает КПД устройства и прои з води тел ь наст ь легирования. Гальваническая развязка рабочего контура устройства от питающей сети позволяет использовать для ,питания устройства сеть с незаземлен- 10 ными токоподводами, что облегчает его эксплуатацию, повьинает безопас, ность работы. Одновременное использование обратной связи ло току заряда накопителя для питания эрозионно- 15 го промежутка постоянным средним током, повышает качество легирования, обеспечивая отсутствие токов короткого замыкания в разряднике при высоком КПД зарядной цепи. Подключение накопителя через датчик напряжения и пороговый элемент к сумматору, а эрозионного промежутка через датчик тока и второй пороговый элемент к второму входу сумматора позволяет путем настройки элемента 16 осуществить предварительную грубую и окончательную чистовую обработку детали.

Заряд накопителя постоянным средним током позволяет плавно ограничивать мощность импульсов технологического тока в разряднике в случае превышения частоты инициирования и ограничения времени, предоставляемого устройству для заряда накопителя. Это исключает разрушение покрытия и предохраняет устройство от перегрузки по мощности подключение дискретных связей по напряжению на накопителе и по току проводимости эрозионного промежутка к роз сумматор и ключ в цепь обратной связи по среднему току з.гряда накопителя позволяет использовать один коммутирующий силовой элемент н зарядной цели на первичной стороне высокочастотного силового трансформатора для осуществления управления зарядной и разрядной цепями рабочего контура, повысить производительность, качество легирования и КПД устройства лри сиижении массы.

Формула изобретения

Устройство для электроэрозионного легирования, содержащее соединенные последовательно фильтр, первый выпрямитель, емкостный накопитель, высокочастотный коммутатор, трансформатор, второй выпрямитель, токоограничитель и второй накопитель, при этом управляющий вход коммутатора через первый ключ подключен к задающему модулятору частоты, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, в него введены датчик тока заряда второго накопителя, выход которого через фильтр нижних частот подключен к óïравляющему входу модулятора, датчик напряжения второго накопителя, подключенный через первый пороговый элемент к первому входу введенного в устройство сумматора, и датчик тока разряда второго накопителя, подключенный через второй пороговый. элемент к второму входу сумматора, при этом выход сумматора через второй ключ. подключен к управляющему входу первого ключа.

1484516

Составитель P. Иельдер

Техред Л.Сердюкова Корректор И, Васильева

Редактор Н. Лазаренко

Заказ 2977/11 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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