Установка для химико-термической обработки металлических деталей в условиях электрического тлеющего разряда Советский патент 1985 года по МПК C23C8/36 

1

Изобретение относится к устройствам для химико-термической обработки металлических деталей в условиях электрического тлеющего разряда, используемого в машиностроени

Наиболее близким к изобретению является устройство (патент Франции № 2297927, кл. С 23 С 13/02, 1976) для химико-термической обработки металлических деталей в условиях электрического тлеющего разряда, состоящее из рабочей камеры со связанным с ней газовакуумным блоком, блока для охлаждения камеры и электропитающего блока. Анод и .катод рабочей камеры соединены с электролитающим блоком, который состоит из выключателя, один конец которого соединен с сетью, а другой - с первичной обмоткой силового трансформатора через магнитный усилитель. Выводы вторичной намоткой трансформатора соединены посредством выключателя с вьтрямляющим трехфазным мостом, с плюсовой клеммой выпрямляющего моста соединен один конец сглаживающего дросселя, другой его конец соединен с землей и через устройство для измерения тока соединен с анодом рабочей камеры. Минусовая клемма трехфазного выпрямляющего моста соединена с катодом рабочей камеры, С общей точкой дросселя и устройства для измерения тока соединен анод тиристора, катод которого соединен с катодом рабочей камеры. Параллельно тиристору соединен блок для его выключения. Управляющая цепь тиристора соединена с блоком для управления, вход которого соединен с устройством для измерения тока через рабочую камеру, его первый выход соединен с устройством для выключения тиристора, а его второй вмход соединен с реле для уменьшения управляющего тока магнитного усилителя, Контакт реле шунтирует резистор, один конец резисторов соединен с источником управляющего напряжения магнитного усилителя, другой конец резистора соединен посредством управлякмцих обмоток магнитного усилителя с другим концом источника управлякяцего напряжения ,

Режим работы установки устанавливается посредством управляющего

98132 -2

тока магнитного усилителя. Когда диапазон регулирования, определенный магнитным усилителем, оказывается недостаточным, тогда посредст5 вон выключателя изменяют коэффициент трансформации.

При повьш1ении тока через рабочую камеру свыше определенной границы тиристор включается и соединяет ко0 роткозамкнуто анод и катод рабочей камеры. Одновременно с этим резко уменьшается управляющий ток магнитного усилителя, блок для выключения тиристора его выключает и управляю

tS щий ток возрастает. Электрический тлеющий разряд в рабочей камере восстанавливается за 4 с.

Однако полная мощность, поступающая из питающей цепи, превьш1ает

2Q номинальную мощность установки, ко. торая определяется максимальной мощностью тлеющего разряда. Недостатком данной установки является также увеличение времени протекания процесса очистки деталей и ра-.

бочей камеры при первоначальном пуске. Кроме того, напряжение пробоя рабочей камеры восстанавливается сравнительно медленно, а возбуждение тлеющего разряда после выключения восстанавливается со значительным запаздыванием - до 4 с. Это запаздывание приводит к снижению производительности установки, в особенности при высокой частоте появления дугового разрязз а,

Целью изобретения является создание установки для химико-термической обработки металлических деталей,

Поставленная цель достигается тем, что установка для химико-термической обработки металлических деталей в условиях электрического тлеющего разряда, состоящая из рабочей камеры с анодом и катодом с подсоединенными к ней газовакуумным блоком и блоком для охлаждения, блока питания с сетевым выключателем, силового трансформатора, тиристора, управляющий электрод которого соединен с первым выходом блока управления тиристором, а анод соединен с анодом рабочей камеры, сглаживающего дросселя, датчика тока в

рабочей камере, дополнительно содержит реактивный элемент, два выпрямительных моста с блоками управления, насьпцающийся трансформатор.

диод и конденсатор, причем одна вторичная обмотка силового трансформатора соединена с первым выпрямительным мостом непосредственно, а другая - с вторым выпрямительным мостом через реактивный элемент, положительная клемма первого вьтрямительного моста через датчик тока в рабочей камере соединена с анодом рабочей камеры, а отрицательная клемма - с положительной клеммой второго выпрямительного моста, отрицательная клемма которого через сглаживающий дроссель соединена с катодом рабочей камеры, первым входом блока управления первым вьтрямительным мостом, второй вход которого соединен с анодом рабочей камеры, соединенным через конденсатор и первичную обмотку насыщающегося трансформатора с катодом рабочей камеры, вторичная обмотка насьщаюЩегося трансформатора соединена .с первым и вторьм входами блока управления тири9тором, второй выход которого соединен с катодом тиристора и отводом первичной обмотки насыщающего трансформатора, третий вход блока управления тиристором соединен с вторым выходом блока управления вторым выпрямительным мостом, третий выход блока управления вторьин выпрямительным мостом соединен с третьим входом блока управления первым выпрямительным мостом, четвертый вход которого соединен с датчиком toKa в рабочей камере, параллельно второму выпрямительному мосту подсоединен диод и четвертый и пятый входы блока управления тиристором, причем катод диода соединен с положительной клеммой второго выпрямительного моста.

Преимущества предлагаемой установки заключаются в том, что полная мощность, поступающая из питающейцепи, не определяется максимальной мощностью тлеющего разряда. Переход от режима очистки катодной поверхности к режиму химико-термической обработки не требует добавочных контактных переключений в силовой цепи. Время для очистки катодной поверхности сокращено. Электрическая прочность рабочей камеры восстанавливается за укороченный промежуток времени. Возбуждение тлеющего разряда после выключения вос198132Лстанавливается практически без опод Дания, благодаря чему увеличивается производительность установки.

На фиг,1 представлена блок-схе5 мя установки для химико-термической обработки металлических деталей в условиях электрического тлеющего разряда; на фиг.2 - блок-схема блока управления тиристором; на фиг,3 и блок-схемы блоков управления выпрямительными мостами.

Установка, согласно изобретению, состоит из силового трансформатора 1, первичная намотка которого

15 связана с питающей сетью 2 посредством сетевого выключателя 3, Одна из вторичных обмоток трансформатора 1 связана с выпрямительным мостом 4. Другая вторичная намотка через реактивный элемент 5 связана с добавочным выпрямительным мостом 6, причем параллельно ему связан ди- од 7 так, что его катод связан с положительной клеммой, а анод - с

25 отрицательной клеммой добавочного выпрямительного моста 6, Отрицательная клемма выпрямительного моста 4 связана с положительной клеммой добавочного выпрямительного моста 6,

30 Отрицательная клемма добавочного выпрямительного моста 6 через сглаживающий дроссель 8 связана с катодом рабочей камеры 9. Анод рабочей камеры 9 заземлен и связан через устройство 10 для измерения тока с по35ложительной клеммой выпрямительного моста 4, Параллельно аноду и катоду рабочей камеры 9 присоединены связанные последовательно первичная намотка насыщающего трансформато40ра 1 1 и конденсатор 12, Катод тиристора 13 связан с отводом первичной намотки насьпцаницего трансформатора 11, а его анод - с анодом рабочей камеры 9, Блок 14 управления

45 тиристора 13 связан с вторичной намоткой насыщающего трансформатора 11, с анодом и катодом диода 7, с управляющим электродом и катодом тиристора 13, с блоком 15 управле50

ния, который связан с добавочным выпрямительным мостом бис блоком 16 управления выпрямительного моста 4, Два входа управления блока 16 управления выпрямительного

55 моста 4 связаны с анодом и катодом рабочей камеры 9, его третий вход связан с устройством 10 для измерения тока, а его выход связан с выпрямительным мостом 4. С рабочей камерой 9 связаны газовакуумный блок 17 и блок 18 охлаждения.

Блок 14 (фиг.2) содержит элементы формирования импульсного сигнала для включения тиристора 13 и переключательные элементы, включенные в его выходной цепи.

Анод динистора V соединен с положительной клеммой входа 14.1, а катод V через последовательно соединенные резисторы F.,,R2 и переключатели S ,Sj соединяется с положительной клеммой выхода 14.4. Катод стабилитрона V, соединен с точкой соединения резисторов R и R, а анод - с отрицательной клеммой выхода 14.5. Отрицательные клеммы входа 14.6 и выхода 14.5 соединены короткозамкнуто.

Элементы V , V,, , R и R формируют сигнал для включения тиристора 13. Переключательный элемент включен, когда напряжение на входе 14.2 равно напряжению дополнителного (добавочного) выпрямительного моста 6, равно нулю.

Переключательный элемент Sj управляется по команде блоком 15.

Блок 15 (фиг.З) содержит элементы для ручного режима работы или автоматического режима работы устройства для химико-термической обработки. Программируемый задатчик Р посредством переключателя S, для ручного режима работы или автоматического режима управления соединен с выходами 15.1, 15.2 и 15.3. Переключатели S и S соединены своими свободными концами с источником напряжения (на фиг.2 не показан). Сопротивление Rj своим свободным концом заземлено. В случае ручного управления переключателем S через выход 15.1 выключается добавочный выпрямительный мост 6, когда ток тлеющего разряда через рабочую камеру 9 станет больше тока, при котором диод 7 становится проводящим. При ручном управлении переключателем Sj через выход 15.2 выключается сигнал к тиристору 13, когда ток тлеющего разряда через рабочую камеру 9 меньше тока, при котором диод 7 становится проводящим При ручном управлении потенциометром RJ через выход 15.3 подается к входу 16.1 блока 16 постоянное

напряжение, которым задается величи.на тока через выпрямительный мост 4. При автоматическом управлении

команды для выполнения алгоритма подаются программируемым задатчиком Р.

Блок 16 (фиг.4) содержит импульсные усилители для включения тиристоров, синхронизатор, генераторы линейно нарастающего напряжения, компараторы и входные устройства для задания величины тока через выпрямительный мост 4 и величины,напряжения между анодом и катодом рабочей камеры 9. Действие блока 16 подчинено типичным условиям для фазового управления тиристорного выпрямительного моста.

0 Сигналы для включения тиристоров в выпрямительный мост 4 получаются на выходе 16.4. Они генерируются в компараторах Л и импульсных усилителях В. В компараторах происходит амплитудное сравнение одного линейногоJ нарастающего во времени напряжения, которое синхронизировано с соответствующей фазой питающей сети 2 посредством синхронизирующего

устройства D, с одним управляющим постоянным напряжением. Последнее принимает значение (стоимость) в функции от найряжений входов 16.1, 16.2 и 16.3.

Напряжение, которое подано на вход 16.1, служит как задание значения (величины) тока через выпрямительный мост 4.

Напряжение, которое подано на

. вход 16.2, получается от устройства 10 для измерения тока. Это напряжение пропорционально току через выпрямительный мост 4.

Управляющее постоянное напряжение, которое подано для сравнения в компараторах А, получает значение (величину) , определенное пропорционально интегральным законом для регулирования тока через выпрямительньй мост 4, в зависимости от величины задания, которое подано на вход 16.1 и от величины сигнала устройства 10 для измерения тока, поданного на вход 16.2. Это действие совершается регулятором F.

На вход 16.3 подано напряжение, которое приложено на анод и катод рабочей камеры 9. Когда это напряжение понизится до определенной величины, тогда триггер Т переключается и вызывает изменение в величине управляющего постоянного напряжения которое подается для сравнения в ком параторах ft. Это действие вызывает исключение выпрямительного моста 4, Установка функционирует следующим образом. Рабочая камера 9 загружена метал лическими деталями для обработки и закрыта герметически. Выключателем к установке подают питающее напряжение. Через блок 15 для управления всего устройства может быть выбран автоматический или рунной режим работы. После команды с блока 15 на,чинает работать газовакуумный блок 17, создающий через определенньй промежуток времени необходимое для проведения процессов обработки давление. Через трансформатор 1 подают напряжение к выпрямительному мосту 4 и добавочному выпрямитель- Horiy мосту 6, которые связаны последовательно таким образом, что на пряжение обоих мостов суммируется. По команде с блока 15 управления до бавочный выпрямительный мост 6 вклю чается и на аноде-катоде в рабочей камере 9 появляется постоянное напряжение. Далее по команде с ручн(1х регуляторов или с программатора, на ходящихся в блоке 15, постепенно включается выпрямительный мост 4 до возбуждения электрического тлеющего разряда. При увеличении тока тлеки его разряда напряжение на клем мах добавочного вьтрямительного мос та 6 уменьшается. Когда величина разрядного тока превысит ток короткого замыкания на добавочном выпрямительном мосте 6, тогда начинает проводить диод 7, в результате чего поступает информация в блок 14 о включении вторичной обмотки насыщаю щего трансформатора 11 управления, тиристором 13. Одновременно с этим по сигналу,- поступающему в блок 15, выключается добавочный вьтрямительньй мост 6, и тленлций разряд питается только от выпрямительного моста 4, Химико-термическая обработка металлических деталей в условиях элек трического тлеющего разряда начинается при низком давлении в рабочей камере 9, высоком напряжении между анодом и катодом и малом разрядном токе, благодаря чему создаются условия для очистки катодной поверхности, т.е. обрабатываемых деталей. Очистка сопровождается частым переходом тлеющего разряда в дуговой. Информация обэтом переходе поступает через вторичную обмотку насыщающего трансформатора 11. Когда ток разряда меньше тока, при котором начинает проводить диод 7 или оператор дал соответствующую команду через блок 15, сигнал от вторичной обмотки трансформатора 11 не включает тиристор 13 при появлении дугового разряда. При этом наступает колебательный процесс ме,жду конденсатором 12 и. первичной обмоткой трансформатора 11. Этот процесс протекает в четыре этапа. На первом этапе, имеющем продолжительность, равную времени для перемагничивания магнитоировода насьщающего трансформатора 11, напряжение конденсатора 12 уменьшается незначительно. На втором этапе конденсатор 12 и первичная обмотка трансформатора 11 оёразуют колебательный контур, в котором развивается колебание с продолжительностью один полупериод, причем эта продолжительность значительно меньше, чем время, необходимое для насыщения магнитопровода трансформатора 11. В этот период конденсатор 12 перезаряжается, причем ток перезарядки имеет значительную амплитуду и протекает через канал дугового разряда.. Благодаря этому в определенный момент канал дугового разряда резко уменьшает свое сечение и тем самым способствует более интенсивной очистке обрабатываемых деталей. На третьем этапе, который имеет продолжительность, равную времени для перемагничивания магнитопровода трансформатора 11, но в обратном направлении, напряжение конденсатора 12 понижается незначительно. На четвертом этапе, так же, как на втором этапе, начинается колебательный процесс, но с обратной фазой. Ток через дуговой разряд прерывается, к рабочей камере 9 приложено обратное по знаку напряжение, которое начинает расти в прямом направлении до нового возбуждения тлеющего разряда.

Когда ток тлеющего разряда больше тока короткого замыкания на добавочном выпрягштельном мосту 6, сигнал от вторичной обмотки насыщаницего трансформатора 11 посредством блок-а 14 включает тиристор 13 при появлении дугового разряда, если поступила и добавочная команда от блока 15. В этом случае, при переходе тлеющего разряда в дуговой, разность между напряжением заряженного до напряжения тлеющего разряда коммутирующего конденсатора 12 и напряжением полученного дугового разряда подается на первичную обмотку насыщающего трансформатора 11. Его вторичная обмотка подает сигнал включения через блок t4 на тиристор 13. После включения тиристора 13 конденсатор 12 оказывается включенным параллельно части первичной обмотки насьвцающего трансформатора 11. Через часть этой обмотки, которая не охвачена тиристором 13, на анод-катод рабочей камеры подается обратное напряжение, которое ускоряет прерывание тока дугового разряда и приводит к более интенсивному восстановлению ее напряжения пробоя. После определенного промежутка времени, определяемого временем насыщения магнитопровода насьпцакнцего трансформатора 11, конденсатор 12 перезаряжается через первичную обмотку насыщающего трансформатора 11 и тиристора 13. После перезаряжения конденсатора 12 тиристор 1 выключается и на аноД-катод pa6o4ieft камеры 9 снова подается прямое напря жение на время, также определяемое временем магнитопровода насыщающего трансформатора 11у но в обратном направлении, вслед за чем на анод-катод рабочей камеры 9 снова подается все напряжение конденсатора 12, которое является обратным по

знаку. Это напряжение начинает расти приблизительно по линейному закону до тех пор, пока снова возбудится тлеющий разряд в рабочей камере 9.

Таким образом, дуговой разряд, который может появиться между анодом и катодом в рабочей камере 9, прекращается практически мгновенно, а в рабочей камере 9 на известный промежуток времени подается напряжение, которое четыре раза меняет свой знак и способствует-быстрому восстановлению ее напряжения пробоя.

Так, в зависимости от величины разрядного тока предпринимается кратковременное увеличение тока через узкий, быстро сжимающийся канал дугового разряда с целью ускорения очистки катодной поверхности, т.е. обрабатываемых деталей, или быстрого практически мгновенного прекращения дугового разряда, что осуществляется автоматически или вручную посредством команд из блока 15,

Переход из режима очистки обрабатываемых, деталей посредством кратковременных дуговых разрядов с определенной токовой Ш1ОТНОСТ11Ю к режиму постоянного тлеющего разряда с большими значениями разрядного тока осуществляется без добавочного специального управления и происходит плавно благодаря наличию диода 7 и реактивного элемента 5. Посредством автоматического или ручного выключения от блока 15 добавочного выпрямительного моста 6 достигается снижение мощности, поступающей из питанлцей сети 2,

Сглаживающий дроссель 8 предназначен для уменьшения пульсаций разрядного тока и одновременно с этим облегчает работу выпрямительного моста 4 во время быстро меняющихся процессов в рабочей камере 9.

J

«}

1 f

H

УСТАНОВКА ДЛЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЛЕЩЕГО РАЗРЯДА, состоящая из рабочей камеры с анодом и катодом с подсоединенными к ней газовакуумным блоком и блоком для охлаждения,блока питания с сетевым выключателем, силового трансформатора, тиристора, управляющий электрод которого соединен с первым выходом блока управления тиристором, а анод соединен с анодом рабочей камеры, сглаживающего дросселя, датчика тока в рабочей камере, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит реактивный элемент, два выпрямительных моста с блоками управления, насыщающийся трансформатор, диод и конденсатор, причем одна вторичная обмотка силового трансформатора соединена с первым выпрямительным мостом непосредственно, а другая - с вторымвьтрямительным мостом через реактивный элемент, положительная клемма первого выпрямительного моста через датчик т.ока в рабочей камере соединена с анодом рабочей камеры, а отрицательная клемма - с положительной клеммой второго выпрямительного моста, отрицательная клемма которого через сглаживающий дроссель соединена с катодом рабочей камеры, первым входом блока управления первым выпрямительным мостом, второй вход которого соединен с анодом рабочей камеры, соединенным через конденсатор и первичную обмотку насьпцающегося трансформатора с катодом рабочей I камеры, вторичная обмотка насыщаюКо щегося трансформатора соединена с первым и вторым входами блока управления тиристором, второй .выход которого соединен с катодом тиристора и отводом первичной обмотки насьпцающегося трансформатора, третий вход блока управления тиристором соединен с вторым выходом блока управления вторым выпрямительным мостом, третий выход блока управления вторым выпрямительным мостом соединен с третьим входом блока управления первым выпрямительным мостом, четвертый вход которого соединен с датчиком тока в рабочей камере, параллельно второму вьтрямительному мосту подсоединен диод и четвертьй и пятый входы блока управления тиристором, причем катод диода соединен с положительной клеммой второго выпрямительного моста.

1ш.

опппппг IH

ta

;

-LBfi

-Йткг ffi .1

r/

дмоЗ /5.3 л S/rofff/ T6 (pus.Z

65

Ъ1хо9 f.2 H SjtoHii .S j

ТВ 2 фи9.4