УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ КАНАВОК ПОРШНЕЙ Российский патент 1998 года по МПК B23H9/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к нанесению упрочняющих покрытий на торцевые поверхности, к примеру на канавки поршней двигателей внутреннего сгорания электрофизическими и электрохимическими способами.

Известно устройство /1/ для нанесения упрочняющих покрытий методом электроимпульсной наплавки (метод также получил название магнитоэлектрического упрочнения -МЭУ) ферропорошками в магнитном поле на наружные поверхности тел вращения. Устройство состоит из двух катушек, катушки индуктора, установленной на подвижном магнитопроводе на пружинах и запитываемой постоянным током и катушки наплавки (осцилляции), установленной неподвижно, через которую протекает ток наплавки, притягивающий подвижный магнитопровод при возрастании тока наплавки до максимальной величины, тем самым обеспечивая осцилляцию электрода в зависимости от состояния поверхности при наплавке и протекания процесса упрочнения, т.е. режим самосинхронизации. Несмотря на то, что данное устройство и работает в режиме самосинхронизации, оно не может быть использовано для упрочнения торцевых поверхностей, которыми являются канавки поршней, т.к. движение осцилляции совершается в продольном направлении.

Наиболее близким аналогом является устройство /2/, предназначенное для упрочнения канавок поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Устройство состоит из двух катушек, катушки индуктора, установленной на неподвижном магнитопроводе и запитанной постоянным током, и катушки осцилляции, установленной на поперечном сердечнике, на которую подается напряжение промышленной частоты. Устройство работает по принципу поляризованного реле и под воздействием магнитных полей индуктора и катушки осцилляции совершает колебательное движение в поперечном направлении с промышленной частотой, создавая через подаваемый ферропорошок из бункера дозатора поочередно на боковые поверхности канавок поршней процесс их упрочнения. Несмотря на то, что данное устройство успешно работает, оно также имеет существенные недостатки, а именно: устройство стабильно работает при упрочнении канавок алюминиевых поршней, где подаваемый из бункера-дозатора порошок дозированной порцией создает псевдокипящий слой, однако оно недостаточно эффективно при упрочнении стальных и чугунных канавок поршней, т.к. происходит залипание, т.е. нестабильная работа, а процесс наплавки не синхронизирован с состоянием поверхности и подаваемым порошком и значительная часть импульсов не реализуется. Устройство особенно неэффективно, когда упрочнение производится не ферропорошком, а компактным электродом (графитовым, либо меднографитовым) при упрочнении стальных и чугунных поршней.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое решение, является повышение производительности и качества процесса упрочнения за счет создания режима самосинхронизации.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство выполнить на четырех катушках. Катушка индуктора и катушка наплавки установлены на неподвижном магнитопроводе. Две катушки осцилляции, намотанные встречно и переключаемые поочередно, изменяют направление движения электрода герконами, закрепленными на полюсах магнитопровода осцилляции, отрегулированных на срабатывание при достижении максимального тока при упрочнении, т.е. в режиме самосинхронизации.

На прилагаемом чертеже представлено устройство в общем виде. Устройство состоит из подвижного магнитопровода 1, на котором крепится неподвижно катушка индуктора 2 и катушка наплавки 3, создающие магнитные потоки - Ф_и и Ф_н в одном направлении (направление магнитного потока зависит от выбранной полярности процесса упрочнения). На неподвижном магнитопроводе крепятся на плоских пружинах 4, закрепляемых на винтах с возможностью регулировки амплитуды колебаний на пластины 5 с минимальным зазором между подвижным магнитопроводом и неподвижным. На подвижном магнитопроводе установлен через изоляционные прокладки 6 наконечник 7, в котором крепится диск 8 при упрочнении ферропорошками, подаваемыми из бункера дозатора, либо компактные электроды в виде графитовых или меднографитовых щеток машин постоянного тока. Наконечник 7 подвижного магнитопровода совершает поперечное движение осцилляции (колебание) между полюсами поперечного магнитопровода 9, на котором устанавливаются катушки, создающие встречные магнитные поля осцилляции 10, 11, работающие поочередно. Торцы поперечного (поперечных) магнитопровода покрыты изоляционным материалом (лаком) от залипания. На полюсах магнитопровода осцилляции крепятся герконы: левый 12 (Г1) и правый 13 (Г2) через изоляционные прокладки 14 с возможностью настройки поперечным перемещением на максимальный ток наплавки. Один из полюсов катушки наплавки соединен с деталью (поршнем)- 15, через контакт 16. На чертеже показана простейшая эл. схема с промежуточным реле 17 (Р) с контактами Р1, Р2, переключающими катушки осцилляции, Р3 - включающим в схему геркон 11 и Р4 (на чертеже не показан), включающим катушку вибратора бункера-дозатора, подающего ферропорошок в зону упрочнения.

Устройство работает следующим образом.

На катушку индуктора 2 подается постоянный ток, создающий в магнитопроводе 1 магнитный поток Ф_и по направлению, совпадающий с магнитным потоком, создаваемым током наплавки, протекающим по катушке 3, Ф_н. На наконечнике 7 подвижного магнитопровода магнитным полем индуктора создается постоянный по знаку полюс (в зависимости от полярности процесса), который притягивается к противоположному полюсу магнитопровода осцилляции 9, отталкиваясь другим полюсом одноименным, т. е. работая по принципу поляризованного реле. Так в первоначальный момент (согласно схеме) ток протекает по катушке осцилляции 10, через нормально замкнутый контакт Р1. Наконечник движется налево и касается (через ферропорошок либо непосредственно) стенки канавки поршня 15. При этом по катушке 3 идет ток наплавки, создавая дополнительное магнитное поле в магнитопроводе Ф_и + Ф_н и, когда ток наплавки достигает максимальной величины, магнитный поток становится достаточным для включения (переключения) геркона Г1, который включает цепь катушки промежуточного реле 17 (по схеме "Р") и срабатывая через контакт Р2 переключает катушку осцилляции 11 на встречно намотанную катушку 11, и одновременно блокконтактом Р3 шунтирует катушку промежуточного реле, через нормально замкнутый контакт геркона 12. Так как на поперечном сердечнике 9 меняется полюс на противоположный, наконечник 7 начинает двигаться уже направо (размыкая цепь наплавки) и замыкая через правую стенку канавки цепь наплавки. Также протекает по катушке 3 ток, который при достижении максимальной величины своим суммарным магнитным полем (с полем индуктора) отключает (согласно схеме) геркон Г2, который, срабатывая, обесточивает промежуточное реле переключая катушку осцилляции 11 на катушку 10 контактом Р1. Цикл повторяется, т.е. подвижный магнитопровод приводится в движение осцилляции, замыкая поочередно то правую, то левую стороны канавки, упрочняя их. Частота осцилляции электрода зависит от состояния поверхности (наличия окисной пленки, загрязнения, попадания пыли, частиц и др.), а электрод в контакте находится необходимое время, чтобы ток наплавки мог достичь своей максимальной величины прекратиться, т.е. устройство работает в режиме самосинхронизации.

Описание работы устройства показано на наиболее простой электросхеме. В действительности схемы могут быть самыми различными, например, на микросхемах с задержками по времени после протекания тока наплавки и пр. Согласовывая промежуточное реле, либо замещенную схему (например, собранную на тиристорах) подается импульс изменения движения электрода на катушку вибратора бункера-дозатора и тем самым синхронизируется подача ферропорошка в зону наплавки.

В качестве источника питания разработано оборудование "Импульс", работающие по принципу двух полупериодных выпрямителей с изменением скважности импульса и включением необходимого количества импульсов. Максимальный ток до 320 А, максимальная частота - 100 Гц.

Источники информации
1. Патент РФ N 2034096, МКИ C 23 C 26/00, опубл. 30.04.95.

2. Патент РФ N 1553299, МКИ B 23H 9/001, B 24 B 31/112, опубл. 30.03.90 - прототип.

Устройство может быть использовано для нанесения упрочняющих покрытий на торцевые поверхности деталей электрофизическими и электрохимическими способами. Устройство содержит магнитопровод с катушкой индуктора. Подвижный магнитопровод установлен с возможностью поперечной осцилляции и снабжен катушкой наплавки для пропускания тока наплавки. В подвижном магнитопроводе закреплен электрод. Поперечный магнитопровод с катушкой осцилляции снабжен дополнительной катушкой осцилляции для создания встречного магнитного потока. На полюсах магнитопровода осцилляции установлены герконы для переключения катушек осцилляции при достижении максимального тока наплавки. Устройство также включает источник постоянного тока и тока наплавки двухпериодного выпрямления. Позволяет повысить производительность и качество процесса упрочнения. 1 ил.

Устройство для упрочнения канавок поршней ферропорошками, содержащее магнитопровод с катушкой индуктора, подвижный магнитопровод, установленный с возможностью поперечной осцилляции, поперечный магнитопровод с катушкой осцилляции, электропровод, закрепленный в подвижном магнитопроводе, источник постоянного тока и тока наплавки, отличающийся тем, что подвижный магнитопровод снабжен катушкой наплавки для пропускания тока наплавки, а поперечный магнитопровод - дополнительной катушкой осцилляции, предназначенной для создания встречного магнитного потока, при этом на полюсах магнитопровода осцилляции установлены введенные в устройство герконы, предназначенные для переключения катушек осцилляции при достижении максимального тока наплавки.