Генератор импульсов для электроискровой обработки и легирования Советский патент 1985 года по МПК H03K3/53 B23H1/00 

1 Изобретение относится к импульсной технике, в част 1ости к генераторам импульсов для электроискровой обработки и легирования. Целью изобретения является повышение КПД и расширение функциональных возможностей генератора путем формирования между электродами разрядника парных импульсов разной длительности и амплитуды. На чертеже представлена электрическая принципиальная схема генератора импульсов для электроискровой обработки и легирования. Генератор содержит ключевой элемент, выполненный в виде транзистора 1, база которого соединена через резистор 2 с коллектором. Кол лектор транзистора 1 соединен с положительным полюсом источника 3 постоянного тока, эмиттер - с анодом диода 4, включенного согласно с транзистором 1. Накопительный кон денсатор 5 соединен с шиной 6, подключенной к отрицательному полюсу источника 3. Искровой промежуток образован электродом 7 и электродом 8 разрядника. Электрод 8 соединен с шиной 6. При электроискровом легировании электродом 8 является обрабатываемая деталь, электродом 7 -. легирующий электрод. Катод диода 4 подключен через конденсатор 5 к шине 6 и через последовательно соединенные индуктивный элемент 9 и диод 10, включенный согласно с диодом 4, к электроду 7 разрядника. Индуктивный элемент 9 состоит из регулируемой части, собственной индуктивности конденсатора 5. и индуктивности соединительных проводников. Диод 11 включен между базой транзистора 1 и электродом 7. Переменный резистор 12 включен между базой транзистора 1 и шиной 6, подвижный вывод резистора 12 подключен к базе транзистора 1, Цепь из последовательно соединенных первичной обмотки импульсного трансформатора 13., диода 14 и тиристора 15, включенных согласно с диодом 10J включена между точкой соединения индуктивного эле мента 9 с диодом 10 и шиной 6. Цеп из последовательно соединенных дио да 16 и вторичной обмотки трансфор матора 13 подключена параллельно электродам 7 и 8 разрядника, причем 52 первичная и вторичная обмотки трансформатора 13 включены согласно. Диоды 10, 11 и 16 подключены к электроду 7 одноименными электродами-катодами. Управляющий электрод тиристора 15 подключен к шине 6 через переменный резистор 17, подвижный вьшод которого соединен с управляющим электродом тиристора 15. Конденсатор 18 и резистор 19, соединенные параллельно, включены между управляющим электродом тиристора 15 и точкой соединения тиристора 15 с диодом 14. Источник 3 постоянного тока подключен к сети промышленной частоты. Электрод 7 (или электрод 8) механически соединен с приводом подачи или вибратором (-не показано). Генератор работает следующим образом. В исходном состоянии источник 3 отключен, конденсаторы 5 и 18 раз- ряжены, искровой промежуток между электродами 7 и 8 разомкнут. При электроискровом легировании (при электроискровой обработке схема работает аналогично) включают выключатель 20. Номинальное напряжение источника 3 постоянного тока прикладывается к делителю, образованному резистором 2 и переменным резистором 12. Напряжение, падающее на резисторе 12, прикладывается к переходу эмиттер-база транзистора 1, диоду 4 и конденсатору 5. Через резистор 2, эмиттерный переход транзистора 1, диод 4 и конденсатор 5 протекает ток управления, отпирающий транзистор 1. Затем конденсатор 5 заряжается через насыщенньй переход коллекторэмиттер транзистора 1 током источника 3. Ток заряда конденсатора 5 течет по цепи: положительный полюс источника 3, переход коллектор - эмиттер транзистора 1, диод 4, обкладка конденсатора 5, шина 6, отрицательный полюс источника 3. В начальный период заряда конденсатора 5, когда его внутреннее сопротивление мало, зарядный ток через переход коллекторэмиттер транзистора 1 ограничивается внутренним сопротивлением источника 3 постоянного тока. По мере заряда напряжение на конденсаторе 5 растет до величины, примерно равной .падению напряжения на резисторе 12 делителя напряжения. При этом ток че3рез переход коллектор-эмиттер тран зистора 1 прерывается, закрывается транзистор 1 и прекращается заряд конденсатора 5. Напряжение заряда конденсатора 5 устанавливается переменным резистором 12. При легировании электрод 7 разрядника под действием вибратора перемещается к электроду 8, уменьшая величину искрового промежутка между ними. Величина промежутка становится равной величине пробивного расстояния для потенциала, до которого заряжен конденсатор 5, происходит пробой между электродами 7 и 8, и возникает ток основного технологического импульса по цепи: от конденсатора 5 через индуктивный элемент 9, диод 10, промежуток между электродами 7 и 8, шину 6 к конденсатору 5, производя легирование поверхности электрода 8. При этом на его поверхности образуется кратер, острые кромки которого ухудшают качество поверхности. Вмес те с тем с момента пробоя промежутка между электродами 7 и 8 восстанавливается цепь отрицательной обра ной связи транзистора 1 через диод 11, после чего транзистор 1 остается запертым, препятствуя возник новению прямого тока от положительного полюса источника 3 через диод 4, индуктивный элемент 9, диод 10, промежуток между электродами 7 и 8, шину 6, к отрицательному полюсу источника 3. Электрод 7 продолжает движение к электроду 8 под действием вибратора, и электроды механически контактируют. Затем электрод 7 движется от электрода 8, увеличивая искр вой промежуток. При прохождении тока основного импульса через индуктивный элемент 9 в нем накапливается часть энергии и после прекращения тока основного Импульса накопительный конденсатор 5 остается перезаряженным меньшим по величине напряжением обратного знака, которое приложено к первичной обмотке трансформатора 13. Череэ обмотку при этом течет малый по величине ток по цепи: от конденсатора 5 через переменный резистор 17, конденсатор 18 и включенный параллельно резистор 19, затем через диод 14, первичную обмотку трансфор 54 матора 13, элемент 9 к конденсатору 5. При этом ток через управляющий п реход тиристора 15 недостаточен для его отпирания, iак как переход зашунтирован конденсатором 18 и резистором 19. По мере заряда конденс тора 18 ток через управляющий переход увеличивается, достигая критиче кого тока отпирания тиристора 15. Последний отпирается и ток в первич ной обмотке трансформатора 13 резко возрастает. Образовавшийся импульс трансформируется во вторичную обмотку, где проходит через диод 16 и искровой промежуток между электро дами 7 и 8, производя выглаживание (оплавление) кромок кратера, образо ванного основным импульсом. Качеств поверхности электрода 8 при этом улучшается. Время паузы между импул сами устанавливается резистором 17, определяющим скорость заряда конденсатора 18. За время паузы электрод 7 отведен вибратором от кратера. При этом проводящее состояние искрового промежутка поддерживается током по цепи обратной связи: от положительного полюса источника 3, через резистор 2, диод 11, электрод 7, искр вой промежуток, электрод 8, шину 6 к отрицательному полюсу источника 3 Проводящее состояние обеспечивается 30 время паузы между основным и дополнительным импульсами за счет механического контакта электродов 7 и 8, ионизированных паров материала детали и легирующего электрода, капельно-жидкого переноса материала электрода на деталь, а также за счет эмIiCcии электронов из разогретых поверхностей электродов 7 и 8. После прохождения дополнительного импульса электрод 7 под действием вибратора продолжает движение от поверхности электрод 8, искрово промежуток становится непроводящим Ток в цепи обратной связи прерывается, и транзистор 1 снова отпирает ся, прк этом конденсатор 5 заряжается до напряжения, определяемого резистором 12. При последующем уменьшении искро вого промежутка под действием вибра тора до величины пробивного расстоя ния между электродами 7 и 8 врзника ет пробой промежутка и описанные пр цессы повторяются. Таким образом.

между электродами 7 и 8 формируется последовательность парных импульсов Частота следования пар импульсов определяется частотой механических колебаний электрода 7, так как возникновение основного импульса является следствием сближения электродо 7 и 8, прохождение дополнительного импульса - следствием прохождения о новного, т.е. импульсы синхронизированы с моментом пробоя искрового промежутка.

Генератор может быть вьшолнен ка с транзистором п-р-п-проводимости, так и с транзистором р-п-р-проводимости, при этом схемы работают аналогично, обеспечивают одинаковый положительный эффект и обе могут применяться для электроискровой обработки и легирования.

I

После прохождения пары импульсов накопительный конденсатор 5 разряже так как энергия перезаряда реализуется в искровом промежутке в течение дополнительного импульса. При этом КПД генератора повьшается, так как заряд конденсатора 5 происходит от нуля до напряжения, определяемого резистором 12, а токи перезаряда, обусловленные собственной индуктивностью конденсатора 5, через источник 3 не проходят.

Величина энергии основного импульса определяется напряжением заряда конденсатора 5, которое устанавливается с помощью переменного резистора 12 перед началом обработки. Величина -иергии дополнительного импульса устанавливается изменением индуктивности элемента 9. Время паузы между основным и дополнительным импульсами устанавливается переменным резистором 17.

Величины энергий основного и дополнительного импульсов пропорциональны между собой в каждой паре импульсов. Коэффициент пропорциональности определяется индуктивным элементом 9 и не зависит ot абсолютных значений токов и напряжений в генераторе, так как эти факторы не влияют на величину индуктивности элемента 9 и емкость конденсатора 5. Б условиях зависимости амплитуды тока основного импульса от электрического сопротивления промежутка между электродами 7 и 8, которое нестабильно, пропорциональность энергии обеспечивает выглаживание более высоких кромок кратера, от основного импульса с большей амплитудой тока, дополнительным импульсом также с большей амплитудой тока так как увеличенный ток через элемент 9 основного импульса перезаряжает конденсатор 5 до болЪшего потенциала. Эффективное выглаживание кромок кратеров импульсами с энергией, пропорциональной высоте кромок, позволяет повысить качество обработанной поверхности и упростит эксплуатацию генератора, так как не требуется оперативно регулироват а мплитуду дополнительного импульса.

Время паузы между основным и дополнительным импульсами устанавливают перед началом обработки резистором 17 таким, чтобы при данных материалах электродов 7 и 8, данной частоте вибрации электрода 7 и энергии импульсов, определяемой напряжением заряда конденсатора 5, процесс кристаллизации легированного слоя был близок к завершению и дополнительный импульс расплавлял закристаллизовавшиеся кромки кратеров. В результате качество обработаной поверхности повьш ается.

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВ0Й ОБРАБОТКИ И ЛЕГИРОВАНИЯ, содержащий ключевой элемент, вьтолненный в виде транзистора, база которого соединена через резистор с коллектором, соединенным с одним из полюсов источника постоянного тока, эмиттер соединен с одним из электродов первого диода,-включенного согласно с транзистором, накопительный конденсатор, один вывод которого соединен с шиной, подключенной 1C другому полюсу источника постоянного тока, первый и второй электроды разрядника, между которыми расположен искровой промежуток, причем второй электрод соединен с шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и расширения функциональных возможностей путем формирования между электродами разрядника парных импульсов разной длительности и амплитуды, в него введены индуктивный элемент, второй, третий, четвертый и пятый диоды, импульсный трансформатор, первый и второй переменные резисторы, дополнительные конденсатор и резистор, тиристор, при этом другой электрод первого диода подключен через накопительь конденсатор к шине и через последе вательно соединенные индуктивный элемент и третий диод, включеннь согласно с первым диодом, подключ« к первому электроду разрядника, вт рой диод включен между базой тран: Г тора и первым электродом разрядник первый переменный резистор включе между базой транзистора и шиной, подвижный вывод подключен к базе г транзистора, цепь из последовател соединенных первичной обмотки импульсного трансформатора, четвертс 1сдиода и тиристора, включенных согт но с третьим диодом, включена ме точкой соединения индуктивного эл€ мента с третьим диодом и шиной, ц€ 1ь |го 1го из последовательно соединенных пят диода и вторичной обмотки импульс 00 трансформатора подключена параллс но электродам разрядника, причем первичная и вторичная обмотки импульсного трансформатора включены согласно, второй, третий и пятый диоды подключены к первому злектрс ду разрядника одноименными электрс дами, управляющий электрод тиристс ра подключен к шине через второй переменный резистор, подвижный вывод которого соединен с управляв щим электродом тиристора, дополнительные конденсатор и резистор, соединенные параллельно, включены между управляющим электродом тиристора и точкой соединения тиристора с четвертым диодом.