Устройство для электроискрового легирования

Изобретение относится к электрофизическим методам обработки, в частности к электроискровому легированию режущего инструмента, штамповой оснастки и деталей машин. Накопительный конденсатор включен параллельно электроду-инструменту. В зарядно-разрядную цепь введен симистор с узлом управления напряжением, подаваемым на него. Симистор включает конденсатор, выпрямитель с транзистором и потенциометром. Узел привода электродержателей состоит из мостового выпрямителя и диодного выпрямителя с управляемыми тиристорами, которые посредством переключателя режимов связаны с вибратором. Узел управления частотой вибрации и частотой импульсов технологического тока включает симметричный мультивибратор с потенциометром, который связан с одной стороны с управляемыми тиристорами узла привода электродержателей и с другой стороны - с управляемыми тиристорами зарядно-разрядной цепи. В результате обеспечивается асинхронная работа коммутирующих элементов в оптимальной последовательности по сигналу с рабочего электрода, изменение частоты следования импульсов от 100 до 1200 Гц, расширение технологических возможностей установки при ручном и механизированном вариантах работ и возможность управления качеством образуемого покрытия. 1 ил.

 

Изобретение относится к электрофизическим методам обработки, в частности к электроискровому легированию режущего инструмента, штамповой оснастки и деталей машин.

Известны устройства для электроискрового легирования, содержащие вибратор и генератор для создания импульсов технологического тока, питания обмотки вибратора, контроля и управления процессом (см. ав.св. СССР №837715).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство, содержащее источник питания, вибратор и генератор, электрическая схема которого содержит накопительную емкость, электронный зарядный ключ, выполненный на основе двух транзисторов и транзисторного модуля, элементы управления транзисторным ключом, разрядный тиристор с элементами управления им, блок синхронизации вибратора и генератора импульсов (см. Паспорт на установку ЭЛИТРОН-22, АИИЗ 299.157 ПС, Кишинев, 1986, копия принципиальной электрической схемы установки прилагается).

Основными недостатками известного устройства являются:

- невысокая надежность и нестабильность работы в связи с наличием в схеме электромагнитных реле и пакетных переключателей;

- высокие энергозатраты на процесс легирования;

- невысокий коэффициент полезного действия;

- установка предназначается только для одного вида использования - работы с ручным вибратором и не обеспечивает работу в механизированном режиме со специальными электродержателями, одноэлектродными и многоэлектродными головками;

- генератор установки не позволяет изменять частоту следования импульсов (частота следования импульсов постоянная и составляет 100 Гц), что ограничивает возможность управления качеством легирования и качеством образуемого покрытия.

В основу изобретения положена задача создания устройства для электроискрового легирования со значительно расширенными технологическими возможностями работы как в ручном, так и механизированном режимах, высокой надежности и стабильности в работе, меньшими удельными энергозатратами, более высокой производительностью, коэффициентом полезного действия.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для электроискрового легирования, включающее источник питания, зарядно-разрядную цепь, накопительный конденсатор, включенный параллельно электроду-инструменту, схему управления и вибратор (ручной электрододержатель), согласно изобретению в зарядную цепь введен симистор с узлом управления напряжением, подаваемым на него, включающим конденсатор, выпрямитель с транзистором и потенциометром; кроме того, в схему введены узел привода электрододержателей, состоящий из мостового выпрямителя и диодного выпрямителя с управляемыми тиристорами, которые посредством переключателя режимов связаны с вибратором, а также узел управления частотой вибрации и частотой импульсов технологического тока, включающий симметричный мультивибратор с потенциометром, и который связан с одной стороны с управляемыми тиристорами узла привода электрододержателей и с другой стороны с управляемыми тиристорами зарядно-разрядной цепи.

Преимущество предлагаемого устройства заключается в том, что в предложенную схему введены: симистор с узлом управления, узел привода электрододержателей, узел управления частотой вибрации и частотой импульсов технологического тока, обеспечивающих асинхронную работу коммутирующих элементов в оптимальной последовательности по сигналу с рабочего электрода, изменение частоты следования импульсов от 100 до 1200 Гц, расширение технологических возможностей установки при ручном и механизированном вариантах работ и возможность управления качеством образуемого покрытия; повышен КПД установки и снижены удельные энергозатраты на процесс.

Эти преимущества достигнуты за счет уменьшения количества электромеханических деталей, таких как электромагнитные реле в узлах управления и пакетные переключатели, имеющие невысокие характеристики надежности, что позволяет улучшить стабильность и надежность работы устройства в целом. Предлагаемое техническое решение позволит также расширить диапазон возможных режимов обработки за счет изменения частоты вращения электрододержателей и частоты вибрации ручного электрододержателя (вибратора).

Предлагаемое устройство поясняется чертежом.

Источник питания устройства содержит силовой трансформатор 1, соединенный через симистор 2 с выпрямителем 3 и накопительным конденсатором 4. Источник питания посредством зарядной цепи, состоящей из переключателя 5 и зарядных тиристоров 6 и 7, соединен с рабочими конденсаторами 8 и 9. Последние через диоды 10 и 11 и общий провод соединены с электродом 12, и с другой стороны через разрядные тиристоры 13 и 14, диоды 15 и 16, общий провод, вибратор 17 с электродом-инструментом 18.

К симистору 2 подключен узел управления подаваемого напряжения: через выпрямитель 19, конденсатор 20, транзистор 21, потенциометр 22.

Узел управления частотой вибрации и частотой импульсов технологического тока, имеющий питание от вторичной обмотки трансформатора 1, выполнен по стандартной схеме в виде симметричного мультивибратора 23 и потенциометра 24 с возможностью периодического регулирования частоты следования импульсов от 100 до 1200 Гц и соединен с управляющими тиристорами 6, 7, 25 (высокое напряжение) и тиристорами 13, 14, 26 (низкое напряжение).

Узел привода электродержателей также соединен со вторичной обмоткой трансформатора 1 и имеет выпрямитель 27, фильтрующий конденсатор 28, а также однополупериодный выпрямитель на диоде 30, фильтрующий конденсатор 31, тиристоры 25 и 26, с которыми соединен мультивибратор 23, конденсатор задержки 32. Переключатель 33 функционально обеспечивает подключение электрододержателей для механизированной работы или вибратора для использования установки в ручном режиме (показано пунктиром).

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства в сеть, индикатором сети служит лампа накаливания 30, на вторичных обмотках трансформатора наводится эдс. На выходе выпрямителя 3 устанавливается постоянное напряжение, которое можно регулировать потенциометром 22 от 0 до 96 В. Регулирующим элементом служит симистор 2. Регулировка напряжения осуществляется путем изменения фазового угла ϕ, при котором происходит отпирание ключа симистора, при переходе напряжения через "0". Накопительный конденсатор 4 через выпрямитель 3 заряжается до напряжения, определяемого положением потенциометра 22. Напряжение с накопительного конденсатора 4 в зависимости от положения переключателя 5 поступает на зарядные тиристоры 6 и 7. Одновременно запускается узел управления частотой вибрации и частотой импульсов технологического тока, выполненный в виде симметричного мультивибратора 23, на первом выходе которого, в точках 3, 4, 9, 10, 13, 14, устанавливается напряжение высокого уровня, которое поступает на управляющие электроды тиристоров 25, 6 и 7, а на втором выходе мультивибратора, в точках 5, 6, 7, 8, 11, 12, устанавливается напряжение низкого уровня, которое поступает на управляющие электроды тиристоров 26, 13, и 14. Через определенное время происходит переключение мультивибратора, и на первом выходе устанавливается напряжение низкого уровня, а на втором выходе напряжение высокого уровня. Процесс переключения мультивибратора периодический и регулируется потенциометром 24 с частотой переключении от 100 до 1200 Гц.

При контакте электродов 12 и 18 энергия передается в нагрузку, так же как при заряде током по контуру: зарядный тиристор 6 (7), рабочие емкости 8 (9), диод 15 (16) и межэлектродный промежуток; так и при разряде рабочих емкостей по контуру рабочие емкости 8 (9), разрядный тиристор 13 (14), межэлектродный промежуток и диод 10 (11). Процесс прохождения электрических импульсов с заданной частотой и напряжением в межэлектродном промежутке между электродами 12 и 18, а значит, и процесс массопереноса будет повторяться до разведения электродов 12 и 18 на величину, превышающую пробой.

Узел привода электрододержателей (вибратора) включается в работу одновременно с включением устройства в сеть и положением переключателя 33 обеспечивает питание либо приводов электрододержателей для механизированной работы, либо вибратора установки в ручном режиме. В первом случае на выходе выпрямителя 27 устанавливается напряжение, которое через фильтрующий конденсатор 28 и регулирующий потенциометр 29 подается к приводу электрододержателей; регулировка частоты вращения двигателя электродержателей 17 обеспечивается потенциометром 29. Во втором случае напряжение от однополупериодного выпрямителя на диоде 30, фильтрующего конденсатора 31, управляемых от мультивибратора 23 тиристоров 25 и 26 и потенциометра 29 подается в катушку вибратора 17 с устанавливаемой регулируемой частотой потенциометром 24. Конденсатор 32 обеспечивает задержку срабатывания вибратора после прохождения электрического импульса с анода 18 на катод 12.

Были проведены испытания опытного образца устройства предложенной конструкции. Электроискровому упрочнению подвергали рабочие поверхности комплекта гильотинных ножей в количестве 8 штук по 8 поверхностей общей длиной 420 мм на каждой детали с шириной упрочнения 10 мм. Общая площадь упрочнения составила 2888 см², из них 2 ножа упрочнялись с использованием вибратора в ручном режиме и 6 ножей упрочнялись в механизированном режиме с использованием многоэлектродного держателя на горизонтально-фрезерном станке.

Процесс упрочнения проводили на 1, 2, 3 режимах при емкостях разрядных конденсаторов 150, 210, 240, 300 мкФ и частотах 100, 400, 600, 800, 1000 Гц. Рабочие электроды, используемые в процессе, были выполнены из материалов марки ВК-8 и Т15К6. При оптимальных условиях в ручном режиме 2 емкости конденсаторов 210 и частоте следования импульсов 600 Гц была достигнута наибольшая производительность установки (1 см² за 0,4 мин) при толщине образуемого слоя покрытия 0,12 мм. Установка устойчиво обеспечивает заданный режим. Микротвердость покрытия составила 16 ГПа, что повысило износостойкость рабочих поверхностей (режущих кромок) гильотинных ножей в 3,3 раза. Величина удельных энергозатрат на 1 см² упрочняемой поверхности уменьшена с 2,6 Вт·ч до 1,8 Вт·ч, коэффициент полезного действия формирующего контура повысился с 38% до 48%. При оптимальных условиях в механизированном режиме 3, емкости конденсаторов 300 мкФ и частоте следования импульсов 800 Гц была достигнута наибольшая производительность установки (1 см² за 0,2 мин) при толщине образуемого покрытия до 0,08 мм. Установка устойчиво обеспечивает заданный режим. Микротвердость покрытия составила 15,6 ГПа, что повысило износостойкость рабочих поверхностей (режущих кромок) гильотинных ножей в 3,3 раза. Величина удельных энергозатрат на 1 см² упрочняемой поверхности сократилась с 2,6 Вт·ч до 1,7 Вт·ч, коэффициент полезного действия формирующего контура повысился с 38% до 50%.

Устройство для электроискрового легирования, включающее источник питания, зарядно-разрядную цепь, накопительный конденсатор, включенный параллельно электроду-инструменту, схему управления и вибратор (ручной электрододержатель), отличающееся тем, что в зарядную цепь введен симистор с узлом управления напряжением, подаваемым на него, включающим конденсатор, выпрямитель с транзистором и потенциометром, кроме того, в схему введены узел привода электрододержателей, состоящий из мостового выпрямителя и диодного выпрямителя с управляемыми тиристорами, которые посредством переключателя режимов связаны с вибратором, а также узел управления частотой вибрации и частотой импульсов технологического тока, включающий симметричный мультивибратор с потенциометром и который связан с одной стороны с управляемыми тиристорами узла привода электрододержателей и с другой стороны -- с управляемыми тиристорами зарядно-разрядной цепи.