ИНТЕГРАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2004 года по МПК B24B39/04 C21D7/13 B23P6/00 

Установка предназначена для использования в машиностроении и обеспечивает увеличение долговечности деталей машин путем электромеханического упрочнения и восстановления их поверхностных слоев.

Известна установка УЭМО-2, имеющая плавную регулировку тока до 1000А за счет регулятора напряжения РНО-250-5 и ступенчатую до 1800А [1].

Недостатком такой установки являются большие потери электроэнергии на разогрев токоподводящих кабелей и электроконтактного устройства, увеличенная вследствие этого мощность потребления энергии, большая материалоемкость конструкции, низкая производительность процесса [1].

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является интегральная установка для электромеханической обработки [2] (прототип), содержащая силовой трансформатор с аппаратурой регулирования и контроля, технологически связанные с ним державку с рабочим инструментом, элементами токопровода к инструменту и вспомогательную оснастку.

Недостатком такой установки, как и известных других, является нестабильность процесса упрочнения - значительный разброс выходных параметров режима обработки и, как следствие, неравномерность глубины упрочнения поверхности детали.

Технологический результат: высокая стабильность процесса и, как следствие, равномерность глубины упрочнения поверхности заготовки.

Указанный результат достигается тем, что во вторичный контур обмотки трансформатора введена дополнительная индуктивность (стабилизирующее устройство), превышающая по величине суммарное контактное сопротивление “электрод-деталь” и равная (500...600)·10^-6 Ом.

Предлагаемая установка содержит силовой трансформатор с аппаратурой регулирования и контроля, технологически связанные с ним державку с рабочим инструментом, элементами токоподвода к инструменту и вспомогательную оснастку.

Для процесса формирования упрочнения на поверхности детали основным энергетическим параметром является сила тока, проходящего через контакт “инструмент-деталь”.

Стабильность процесса теплообразования определяется, в первую очередь, стабильностью силы тока при случайных отклонениях контактных сопротивлений и других параметров электрической цепи.

Известно, что одним из недостатков электромеханической обработки изделий является отсутствие высокой стабильности процесса получения требуемых параметров качества обрабатываемой поверхности (глубины упрочнения). Анализ литературных данных показывает [1, 3, 4], что даже в условиях эксперимента существует разброс таких параметров, как плотность тока, достигающая 20...50% (плотность тока напрямую связана с глубиной упрочнения). В производственных условиях нестабильность процесса при электромеханической обработке связана с изменением давления, износа инструмента, попаданием в зону обработки окислов металла, жировых и масляных загрязнений, которые и приводят к изменению электроконтактного сопротивления, отсюда мгновенное изменение плотности тока и, как результат, неравномерность глубины упрочнения, а также ухудшение шероховатости обработанной поверхности (выплески, подплавления, впадины и т.д.).

Стабильность процесса упрочнения напрямую зависит от стабильности силы тока I₂ (А) при случайных отклонениях сопротивлений

где U_xx - напряжение холостого хода трансформатора, (В);

Z - полное комплексное сопротивление при электромеханической обработке, (Ом).

Таким образом, величина силы тока обработки определяется величиной напряжения холостого хода U_xx (В) и полным комплексным сопротивление Z (Ом) при электромеханической обработке

где r₂ - активное сопротивление контура, (Ом);

r_d - активное сопротивление контакта “инструмент-деталь”, (Ом);

x₂ - индуктивное сопротивление трансформатора и токоподводящего контура во вторичной цепи, (Ом).

По данным [1, 3, 4] сопротивление трансформаторов Z_k мощностью 25...50 кВА, применяемых для ЭМО, составляет (30...50)·10^-6 Ом; активное сопротивление r₂ составляет (20...30)·10^-6 Ом; сопротивление контакта “инструмент-деталь” r_d может колебаться в пределах (70...400)·10^-6 Ом.

Конструкция предлагаемой установки (общий вид) изображена на чертеже. Она состоит из силового понижающего трансформатора 1 с аппаратурой управления и контроля (не показано), стабилизирующего устройства 2, подвешенных над зоной обработки. На салазках токарного станка крепится основание 3, зафиксированное винтами (не показано), в котором крепится пружинная державка 4 с возможностью регулировки ее положения относительно основания, соединенная с двухрычажной качающейся относительно оси 5 головкой 6, плечи рычагов 7. На концах рычагов 7 установлены инструментальные ролики 8, к которым при помощи кабелей 9 подводится ток большой силы и малого напряжения.

Интегральная установка работает следующим образом. Закрепленную в кулачках патрона токарного станка заготовку, например, d=50 мм из стали 40Х, вращают со скоростью 0,04 м/сек. На рабочие ролики 8, подведенные к обрабатываемой поверхности изделия, через клеммы токоподводов при помощи кабелей 9 подводится рабочее напряжение от силового понижающего трансформатора 1. Через зону контакта “инструмент-деталь” проходит рабочий ток большой силы и малого напряжения, которые и обеспечивают упрочнение. Подача инструмента вдоль оси заготовки обеспечивается кинематикой станка и соответствует 0,07-16 мм/об.

Таким образом, при применении предложенной интегральной установки для обработки деталей машин достигается значительное повышение стабильности процесса - равномерное упрочнение заготовки по глубине при равномерной шероховатости поверхности.

Введение дополнительной индуктивности требует применения трансформаторов с повышенным напряжением холостого хода (например, трансформаторы подвесных точечных машин с напряжением до 14...16 В).

Список использованной литературы

1 Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. М.: Машиностроение, 1989. - 200 с.

2. Патент №2127183, В 24 В 39/04; В 23 Р 6/00.

3. Глебов Э.В., Пескарев Н.А., Фейгенбаум Д.С. Расчет и конструирование машин контактной сварки. Л.: Энергоиздат, 1989. - 424 с.

4. Рыськова З.С. Трансформаторы для контактных электросварочных машин. М.: Госэнергоиздат, 1978. - 244 с.

Изобретение относится к электромеханической обработке и может найти применение в машиностроении. Интегральная установка содержит силовой трансформатор с аппаратурой регулирования и контроля, технологически связанные с ним державку с рабочим инструментом и элементами токоподвода к инструменту и стабилизирующее устройство. Стабилизирующее устройство выполнено в виде индуктивности, введенной во вторичный контур обмотки трансформатора, с сопротивлением, превышающим суммарную величину контактного сопротивления “электрод-деталь” и равным (500-600)·10^-6 Ом. Интегральная установка обеспечивает высокую стабильность процесса и как следствие равномерность глубины упрочнения поверхности заготовок. 1 ил.

Интегральная установка для электромеханической обработки, содержащая силовой трансформатор с аппаратурой регулирования и контроля, технологически связанные с ним державку с рабочим инструментом и элементами токоподвода к инструменту, отличающаяся тем, что она снабжена стабилизирующим устройством в виде индуктивности, введенной во вторичный контур обмотки трансформатора, с сопротивлением, превышающим суммарную величину контактного сопротивления “электрод-деталь” и равным (500÷600)·10^-6 Ом.