Устройство для электроэрозионного легирования Советский патент 1993 года по МПК B23H9/00 B23H7/26 

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки электропроводных материалов, может быть применено во всех отраслях промышленности для упрочнения и поверхностной обрабртки деталей машин и инструментов с целью повышения их эксплуатационных характеристик.

Целью изобретения является повышение производительности и качества легирования за счет увеличения силы отрыва электрода от детали, что позволяет повысить допустимую мощность в эрозионном промежутке.

На чертеже представлено устройство для электроэрозионного легирования.

Устройство содержит дисковые кольцевые легирующие электроды 1, например из высокохромистого сплава припаянные Твердым припоем к злектрододержателям 2, выполненным в виде кольцевых дисков из беридлиевой бронзы с гофрами 3 в центральной части, закрепленными на валу 4 свободными краями центрального отверстия. Электропроводные втулки 5 и электро- изоляционные втулки 6 фиксируют положение электродрдержателей 2 относительно ра.бочей поверхности плоских спиральных сильноточных индукторов 7, содержащих витки 8, выполненные в виде изолированных силовых шин, торцовые поверхности которых обращены к плоским поверхностям электрододержателей 2 и покрыты слоем металла с повышенной электропроводностью. При этом витки 8 представляют собой выточенную из хромистой стали спираль Архимеда, а толщина серебряного сплава покрытия выбрана не менее глубины проникновения тока с рабочей частотой силового контура в; материал .покрытия. Витки 8 с. токолрдводами к рабочим концам залиты ударопрочным компаундом, образующим наружные поверхности индуктора 7, прилегающие к закрепляющим индукторы частям разборного корпуса 9 устройства. Между рабочими поверхностями индукторов и плоскими поверхностями электрододержателей 2 выдержан зазор, величина которого достаточна для отсутствия касания этих элементов в режиме осцилляции.; :

Изолированные между собой и от вала 4 кольца 10 размещены на валу 4 вне корпуса 9. Привод вращения выполнен в виде электродвигателя 11, корпус которого закреплен на корпусе 9, а вал соединен с валом 4. Корпус 9 закреплен на каретке 12 устройства, выполненной с возможностью перемещения по направляющей 13 посредством привода 14 поступательного перемещения, содержащего электропривод и пару зубчатое колесо-рейка (не показано).

На каретке 12 размещены конденсаторы 15 и 16 рабочего контура индукторов 7,

подключенные через тиристоры 17 и 18 к выводам индукторов 7 посредством силовых изолированных шин 19, 20, 21. Конденсаторы 15 и 16 и общая шина 19 соединены бифилярным токоподводом, выполненным в

0 виде кабеля 22, с зарядной частью генератора 23 импульсов силового тока. Управляющие электроды тиристоров 17 и 18. а также общая шина 19 соединены бифилярным кабелем 24 со схемой генератора 25 запуска5 ющих импульсов. В устройстве использован известный генератор импульсного тока, ти- ристор и конденсатор силовой части которого размещены на каретке 12 для сокращения массы гибких кабелей, связы0 вающих генератор 23 с устройством, и уменьшения индуктивности рассеивания рабочего контура. Отдельно выполнен известный генератор запускающих импульсов. Оба генератора могут быть размещены как

5 вне устройства и соединяться кабелем, так и быть полностью размещены на каретке 12 неподвижно относительно корпуса 9.

Каждое из колец 10 соединено токопод- водами 26, размещенными в полом валу 4,

0 со втулками 5, соединяющими их с парами электрододержателей 2. Пары электрододержателей 2 изолированы между собой втулками 6. Щетки 27 по числу колец 10 соединяют потенциальный вывод генерато5 р.а 29 технологического тока эрозионной обработки с устройством. Второй вывод генератора 29 соединен щеткой 28 с кольцом тбкоподвода на обрабатываемой детали 30 - прокатном валке. Электроды 1 и

0 цилиндрическая поверхность детали 30 образуют эрозионный промежуток 31. При обработке на поверхности детали 30 образуется легированный слой 32. Посредством трубопровода 33 в полости корпуса 9

5 с электрододержателями 2 и индукторами 7 подают охлаждающую среду, например, углекислый газ. В рассматриваемом примере конкретного выполнения применено четыре генератора технологического тока и, соот0 ветственно, четыре пары легирующих электродов,для повышения производительности при обработке детали большой площади поверхности - прокатного валка.

5 Предлагаемое техническое решение обеспечивает получение заявленного положительного эффекта при любых других возможных вариантах подключения и Соединения источников силового импульсного тока с индукторами. Электрододержатели 2 могут быть выполнены биметаллическими: например, как витки 8. При этом слой с повышенной проводимостью располагают обращенным к виткам 8, а слой основы, с повышенными упругими и прочностными свойствами - с противоположной стороны. Концентрация силового высокочастотного тока вблизи зазора между индуктором 7 и электрододержателем 2 повышает магнитную связь между ними и силу импульсного механического воздействия на- электродо- держатель при прочих равных условиях По- крытие на плоских поверхностях электрододержателей 2 и витках 8 может быть выполнено наплавкой, пайкой, термодиффузионным спеканием и другими методами, обеспечивающими -надежную механическую связь покрытия с подложкой. К источнику силового импульсного тока питания индукторов не предъявляется особых требований, возможно его выполнение на тиратронах, игнитронах, тригатронах и т.д., известных в технике силовых токов генераторов импульсов. Применение тиристорно- го генератора позволяет уменьшить габариты рабочего контура с конденсаторами 15 и 16 и коммутаторами - тиристорами 17 и 18 и подвижную массу устройства.

Устройство работает следующим образом.

Приводят во вращение деталь 30 и вал А с электрододержателями 2 и легирующими электродами 1. От генератора 23 заряжают конденсаторы 15 и 16 до напряжения в диапазоне единиц-десятков киловольт. От генератора 25 периодически, с частотой в диапазоне десятков-сотен Герц подают через кабель 24 на управляющие электроды тиристора Т7, или тиристора 18 запускающие импульсы. Импульсы силового тока текут по цег|и: незаземленная обкладка конденсатора 15, тиристор 17, шина 20, пер- ,вые выводы индукторов 7. шина 19, заземленная обкладка конденсатора 15t

Протекая по слою повышенной проводимости витков 8, силовой ток наводит вих ревые ток в теле плоских дисковых частей электрододержателя 2, противостоящих виткам 8. Взаимодействие тока в слое витков 8 и наведенного тока в электрододержа- телях 2 приводит к их механическому отталкиванию - в результате электрододер-. жатели 2 благодаря гибкости гофров 3 отходят от поверхности индуктора 7 с витками 8 с большим импульсным ускорением (например, в диапазоне начальных скоростей 70- 2600 м/с). Затем сила упругости гофров 3 тормозит и замедляет движение электрододержателей 2, накопленная в гофрах 3 внутренняя механическая энергия перемещает

плоскую часть электрододержателей 2 с электродами 1 к поверхности индуктора 7. при этом в остальную часть периода времени осцилляции происходят колебания пло- 5 ской части электрододержателей 2 с электродами 1 на частоте собственного резонанса механической системы: плоская часть электрододержателя 2 - упругий гофр 3. Поскольку колеблющаяся масса подвиж0 ной части не содержит магнитопровода и минимально возможна при значительных силах упругости гофра 3, частота собственного резонанса может быть выбрана в диапазоне, например, 1 103 - 20 -103 Гц, что

5 при амплитуде импульсного смещения 1,2- 0,05 мм, соответственно обеспечивает надежную осцилляцию эрозионного промежутка 31 при мощности каждого генератора 29 в диапазоне 1,3-0,25 кВт, Лерио0 дическая подача управляющих сигналов от генератора 25 приводит к периодической механической осцилляции соответствующей пары электрододержателей 2 с электродами 1. благодаря разнонаправленным

5 усилиям от поля индукторов 7 на электредо- держатели 2, в момент осцилляции, вибрации, передаваемые на вал 4 минимизированы, минимальны и напряже- ния от импульсных механических воздейст0 вий сил реакции на индукторы 7 и корпус 9. Это обеспечено симметричным размещением электрододержателей 2 относительно индукторов 7. Размещение электрододержателей 2 с обеих сторон от индукторов 7

5 обеспечивает повышение использования индукторов 7 в два раза. Это снижает по. сравнению с односторонним расположением электрододержателей 2 энергию, затрачиваемую на осциллирование, в два раза.

0 Закрепление краев гофра на валу 4 в центральной части обеспечивает малые потери в упругом элементе - гофре 3, что обеспечивает высокую добротность механической колебательной системы с электрод оде ржа5 телем 2 и электродом 1 и увеличение времени свободных резонансных колебаний легирующего электрода после ударного возбуждения силовым импульсным магнитным полем. Это интенсифицирует процесс ос0 цилляции и требует меньшей затраты энергии дли поддержания в ходе обработки заданной усредненной механической амплитуды смещения рабочих концов электро- ДО.Ё 1 относительнодетали 30.

5 В рабочем режиме осцилляция осуществляется nonejpeK направления вращения детали и электродоа, таким образом усилие от электрододержателя 2 действует поперек расположения тела возможного мостика схватывания, в направлении его наименьшей прочности, когда оно работает на излом. В результате прихваток практически не происходит, так как на точки контакта действуют усилия от принудительной осцилляции и совместного вращения электродов 1 и детали 30 во время формирования мостиков схватывания. Допустимая мощность технологического тока практически определяется отрывом мостиков схватывания и прочностью самого тела электрододержателя 2 и тела электрода 1, материалы для которых могут быть выбраны весьма прочными, так как усилие электродинамического воздействия на электрододержатель со стороны индуктора превышает предел прочности точки схватывания электрода 1 с деталью 30.:

Во время процесса легирования в полости корпуса 9 подают газ для охлаждения и защиты зоны легирования от доступа кислорода воздуха от трубопровода 33. Вращение электрододержателей с электродами Способствует интенсификации процесса охлаждения и позволяет до- полнитеяьно повысить мощность технологического тока без термического разрушения материала в зоне рабочего края легирующего электрода.

Выключают устройство в обратном по- рядке.

0

5

0 5

0

Формула изобретения

1. Устройство для электроэроз.ионного легирования, включающее электрододержа- тели с электродами, связанные с валом посредством упругих элементов, предназначенных совместно с закрепленной неподвижно в корпусе электромагнитной системой для задания колебаний электрододержателям, привод вращения вала и источники технологического тока и питания магнитной системы, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и качества легирования, каждый электрододержатель выполнен из материала с высокой электропроводностью и высоким модулем упругости в виде кольцевого дискового элемента с упругим гофром в средней части, прилегающей к месту его крепления к валу, электроды выполнены в виде кольцевых дисковых элементов и закреплены по периферии электрододержателей, электрододержатели установлены вдоль оси вала, а электромагнитная система выполнена в виде плоских спиральных индукторов, расположенных параллельно поверхности электрододержателей соосно с ними,

2. Устройство поп. 1, от л и ч а ю щее- с я тем. что его элементы объединены в группы, в каждой из которых с обеих сторон индуктора расположено по электрододер- жателю.

Использование: повышение эксплуатационных характеристик деталей машин и инструментов путем их упрочнения. Сущность изобретения: на валу (4) закреплены электрододержатели (2). ЭлектроДодержа- тели (2) выполнены в виде кольцевых дисковых элементов с гофрами (3) из материала с высокой электропроводностью и высоким модулем упругости. Электроды (1) закреплены на периферии электрододержателей. Между электрододержателями (2) установлены плоские спиральные индукторы (7). При подаче импульсного тока в витки индуктора (7) в плоских поверхностях электрододержателей (2) наводятся вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с токами в витках индукторов (7) приводит к отталкиванию электрододержателей (2) от индукторов и к их колебательному движению за счет упругости гофров (3). Устройство обеспечивает амплитуду смещения электродов (1).в интервале 0,05-1,2 мм при частоте колебаний (частоте собственного резонанса) 1 10 - 20 -103 Гц. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Ё 00 го со о о