УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ В ЭЛЕКТРОЛИТНОЙ ПЛАЗМЕ Российский патент 1994 года по МПК C21D1/44 

Изобретение относится к обработке материалов в электролитной плазме.

Известны устройства для термохимической обработки металлов, включающие контейнер для размещения обрабатываемых изделий, систему обеспечения и контроля в нем заданной газовой среды и систему регулировки температурного режима обработки. Такие устройства применяются, например, для борирования поверхностей деталей для повышения их износостойкости. При этом обычно процесс борирования осуществляется путем разложения газообразных соединений бора: диборана В₂Н₆, треххлористого бора ВCl₃, трехбромистого бора, которые разбавляют водородом или аргоном. В результате диссоциации этих газов образуется атомарный бор, который при 850-860^оС при осаждении диффундирует вглубь металла, образуя бориды [1] .

К недостаткам приведенных устройств относится применение токсичных, взрывоопасных смесей и необходимости использования специального оборудования, нестабильность боридных слоев и неравномерность их по глубине, твердости и плотности.

В качестве прототипа выбрано устройство для термохимической обработки металлов, содержащее ванну с электролитом, электрод, размещенный в последнем и источник электропитания. При прохождении электрического тока через электролит между электродами, один из которых является обрабатываемое изделие, поверхность изделия, погруженное в электролит, нагревается до высокой температуры за счет экзотермических реакций в приповерхностной газовой оболочке и разрядов между поверхностью и электролитом. Проводя процесс в электролите, содержащем соответствующие компоненты (азот, углерод, бор и т. д. ), можно обеспечить режим формирования на поверхности диффузионного слоя, обладающего заданными свойствами. Степень нагрева обрабатываемого изделия регулируется подводимой электрической мощностью [2] .

К недостаткам устройства относятся невозможность надежного контроля, процесса и его стабилизации по температурному режиму и вследствие этого низкое качество обработки. Это связано с особенностями плазменно-электролитического процесса: при выходе на режим обработки (нагрев) относительно небольшие изменения подводимой электрической мощности могут вызвать резкое повышение температуры поверхности. Отмеченное вызывает значительные трудности в повторении режима обработки, невозможность поддерживать режим обработки автоматически, что приводит к невысокой производительности и высокой вероятности брака.

Цель изобретения - повышение качества обработки за счет стабилизации и автоматизации процесса.

Это достигается тем, что устройство для обработки в электролитной плазме, содержащее ванну с электролитом и размещенный в ней тест-электрод, источник питания, дополнительно снабжено магнитопроводом с установленной на нем катушкой индуктивности, подключенной через сопротивление к блоку питания, при этом сопротивление соединено через регистрирующий прибор и обратную связь с источником питания, а магнитопровод магнитно замкнут на тест-электрод через подвижный ферромагнитный стержень.

Снабжение устройства магнитопроводом с установленной на нем катушкой индуктивности, подключенной через сопротивление к блоку питания, и системой обратной связи последнего с источником питания позволяет обеспечить непрерывный контроль температуры изделия в процессе обработки и осуществить автоматическую регулировку режима для поддержания температуры в заданном интервале.

Измерение температуры осуществляется методом использования эффекта зависимости магнитной проницаемости ферромагнитных материалов от температуры.

Для контроля магнитной проницаемости обрабатываемая деталь (тест-электрод) включается в магнитопровод с установленной на нем катушкой индуктивности, подключенной через дополнительное сопротивление к блоку электропитания. Переменный ток, протекающий через катушку, формирует в магнитопроводе переменное магните поле, а полезный сигнал снимается с дополнительного сопротивления, причем величина напряжения на дополнительном сопротивлении связана с индуктивным сопротивлением катушки, связанным, в свою очередь, с магнитной проницаемостью обрабатываемой детали и, следовательно, с температурным режимом ее обработки.

Сигнал, снимаемый с дополнительного сопротивления и подаваемый через регистрирующий прибор на систему обратной связи с источником электропитания, обеспечивает автоматическое поддерживание температурного режима в заданном диапазоне, отклонения температуры обрабатываемой детали от номинальной вызывает соответствующее изменение ее магнитной проницаемости, что вызывает рост (снижение) величины сигнала, снимаемого с дополнительного сопротивления и подаваемого на систему обратной связи и соответствующее снижение (увеличение) электроэнергии, вкладываемой в процесс.

На чертеже изображена предлагаемая установка.

Она содержит обрабатываемую деталь 1, ванну 2, наполненную электролитом 3, подвижный ферромагнитный стержень 4, магнитопровод 5, катушку 6 индуктивности, блок 7 питания, дополнительное сопротивление 8, регистрирующий прибор 9, устройство 10 обратной связи и источник 11 питания.

Установка работает следующим образом.

В процессе обработки между тест-электродом и ванной 2 с помощью источника 11 электропитания пропускается электрический ток, в результате чего на поверхности обрабатываемой детали 1 возникает электролитическая плазма, выделяющееся при этом тепло разогревает тест-электрод, что приводит к установлению градиента температур, изменению его физико-механических свойств и, в частности, к изменению магнитной проницаемости, в результате чего увеличивается магнитный зазор между обрабатываемой деталью 1 и ферромагнитным стержнем 4. Катушкой 6 индуктивности, подключенной к блоку 7 питания, создается магнитный поток, а с дополнительного сопротивления 8 снимается напряжение, пропорциональное току, протекающему через катушку. При увеличении температуры тест-электрода увеличивается магнитный зазор между тест-электродом и ферромагнитным стержнем 4, в результате чего уменьшается индуктивное сопротивление катушки 6 и ток через дополнительное сопротивление 8 возрастает. Предварительной калибровкой устанавливают зависимость напряжения на дополнительном сопротивлении 8 и температурой тест-электрода. Изменение величины напряжения на дополнительном сопротивлении 8 регистрируют измерительным прибором 9, работающим по принципу компенсатора напряжения и выдающего на устройство 10 обратной связи сигнал сравнения. Основа устройства обратной связи - генератор пилообразного напряжения, синхронизированный сигналом электросети. Напряжение генератора поступает на сравнивающее устройство, куда одновременно подается и сигнал измерительного прибора в виде изменяющегося напряжения. Появляющийся на выходе сравнивающего устройства сигнал усиливается и подается на тиристорный ключ, регулирующий мощность, потребляемую от источника питания. Чем меньше напряжение, поступающее от регистрирующего прибора, тем большая мощность подается на нагрузку. При увеличении напряжения потребляемая мощность ограничивается вплоть до величины, исключающей появление эффекта электролитного нагрева в данных условиях. (56) 1. Тылкин М. А. Справочник ремонтной службы. М. : 1981, с. 647.

2. Кована В. М. Справочник технолого-машиностроителя. М. : 1963, т. 1, с. 570.

Изобретение относится к установкам для плазменно-электролитной термохимической обработки. Устройство обработки в электролитной плазме содержит ванну 2 с электролитом и размещенный в ней тест-электрод, источник питания (П), магнитопровод с установленной на нем катушкой 6 индуктивности, подключенной через сопротивление 8 к блоку П. Сопротивление соединено через регистрирующий прибор и обратную связь с источником П, а магнитопровод магнитно замкнут на тест-электрод через подвижный ферромагнитный стержень. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ В ЭЛЕКТРОЛИТНОЙ ПЛАЗМЕ, содержащее ванну и размещенный в ней тест-электрод, источник питания, отличающееся тем, что оно снабжено блоком питания, магнитопроводом с установленной на нем катушкой индуктивности, подключенной к блоку питания через сопротивление, при этом сопротивление соединено через регистрирующий прибор и обратную связь с источником питания, а магнитопровод магнитно замкнут на тест-электрод через подвижный ферромагнитный стержень.