Устройство для электроэрозионного легирования

 

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к устройствам для электроэрозионного легирования. Целью изобретения является повышение качества и производительности легирования за счет увеличения быстродействия следящей подачи. В индуктор 12 двухкоординатного привода подают переменный ток. В цилиндре 8 создается бегущее вдоль оси поле, направление которого осуществляется чередованием фаз в индукторе и зависит от состояния эрозионного промежутка. Возникает механическое усилие, перемещающее подвижную часть устройства вдоль оси. Аналогично, подавая переменный ток в индуктор 11 двухкоординатного привода, обеспечивают вращение подвижной части устройства в подшипнике 9. В индуктор 4 привода колебательных перемещений подают ток повышенной частоты, а в индуктор 5 - постоянный ток подмагничивания. В результате магнитостриктор 3 получает колебательные перемещения, сообщаемые через электрододержатель 2 электроду 1. Между электродом 1 и деталью 13 возбуждаются разряды. Конец магнитостриктора 3, закрепленный во втулке 6, неподвижен относительно цилиндра 8, благодаря выполнению втулки 6 в виде инерционного элемента, что исключает высокочастотные вибрации подшипника 9. Подаваемая через полые элементы, цилиндр 8, вставку 7, втулку 6, магнитостриктор 3 и электрод 1 рабочая среда обеспечивает эффективное охлаждение. Сканирующее движение каретки 10 обеспечивает обработку всей поверхности. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК (ц 4 B 23 Н 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ1

Н А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4206597/25-08 (22) 06.03.87 (46) 23.09.89. Бюл. N- 35 (75) В.С.Тарасов (53) 621 .9. 048 (088. 8) (56) Гитлевич А.Е. и др. Электронскровое легирование металлических поверхностей. — Кишинев: Штиинца, 1985, с.158-159. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ,.SU„„3509205 А 1

2 (57) Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к устройствам для электроэрозионного легирования. Целью изобретения является повышение качества и производительности легирования за счет увеличения быстродействия следящей подачи. В индуктор 12 двухкоординатного привода подают переменный ток. В цилиндре 8 создается бегущее вдоль оси поле, на1509205

1О правление которого осуществляется чередованием фаэ в индукторе и зависит от состояния эрозионного промежутка.

Возникает механическое усилие, перемещающее подвижную часть устройства вдоль оси. Аналогично, подавая переменный ток в индуктор 11 двухкоординатного привода, обеспечивают вращение подвижной части устройства в подшипнике 9. В индуктор 4 привода колебательных перемещений подают ток повышенной частоты, а в индуктор 5— постоянный ток подмагничивания. В результате магнитостриктор 3 получает колебательные перемещения, сообщаеИзобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к устройствам для электроэрозионного легиро- 25 вания, Целью изобретения является повышение качества и производительности легирования за счет увеличения быстродействия следящей подачи. 30

На фиг.1 приведено устройство, общий вид; на фиг.2 — то же, с электродом из магнитострикционного материала.

Устройство для электроэрозионного легирования содержит легирующий элек трод 1, закрепленный в электрододержателе 2, размещенном на конце полого цилиндрического магнитостриктора

3, вокруг наружной поверхности которого с зазором установлен привод ко- 40 лебательных перемещений электрода, состоящий из индуктора 4 высокочастотного намагничивания переменного тока и индуктора 5 подмагничивания постоянным полем, выполненных в виде ак- 45 сиальных катушек.

Иагнитостриктор 3 закреплен противоположным электроду 1 концом на инерционном элементе, выполненном в виде полой медной втулки 6, которая за50 креплена на одной из упруго связанных частей упругого элемента, выполненного в виде пружинящей вставки 7, уменьшение жесткости которой в осевом направлении достигнуто выполнением косых сквозных пазов в ее теле равномер. но по окружности. Вставка 7 выполнена из пружинного материала, бериллиевой бронзы. Упруго связанная с пермые через элекгрододержатель 2 электроду 1. Между электродом 1 и деталью

13 возбуждаются разряды. Конец магнитостриктора 3, закрепленный во втулке 6, неподвижен относительно цилиндра 8, благодаря выполнению втулки 6 в виде инерционного элемента, что исключает высокочастотные вибрации подшипника 9. Подаваемая через полые элементы, цилиндр 8, вставку 7, втулку 6, магнитостриктор 3 и электрод 1 рабочая среда обеспечивает эффективное охлаждение. Сканирующее движение каретки 10 обеспечивает обработку всей поверхности, 2 ил. вой вторая часть вставки 7 закреплена на вторичном элементе двухкоординатного привода, выполненном в виде гладкого полого электропроводного цилиндра 8, соосно размещенного в двухкоординатном подшипнике 9, закрепленном на каретке 10 привода ска— нирующего перемещения над обрабатываемой поверхностью. Подшипник 9 выполнен из шариков, размещенных в сепараторе с возможностью продольного перемещения по наружной цилиндрической гладкой поверхности цилиндра 8 и его вращения вокруг продольной оси. Цилчндр 8 соосно размещен в индукторе

11 двухкоординатного привода, предназначенного для создания с помощью обращенных к поверхности цилиндра 8 полюсов своего сердечника вращающегося вокруг продольной оси цилиндра 8 магнитного поля, что обеспечивается питанием индуктора 11 многофазным током. Цилиндр 8 также размещен в индукторе 12 двухкоординатного привода, предназначенном для создания с помощью . обращенных к поверхности цилиндра 8 полюсов своего сердечника бегущего вдоль оси цилиндра 8 магнитного поля., Индукторы 11 и 12 закреплены посредством их общего корпуса на каретке 10 привода сканирующего перемещения (не показан), При использовании электрода 1, проявляющего магнитострикционные свойства (фиг.2), его размещают в индукторах 4 и 5 с зазором. Электрододержатель 2 выполнен из материала с повышенным удельным весом!

5092 и служит инерционным элементом,втулку 6 не применяют„

Благодаря выполнению цилиндра 8 с гладкой наружной поверхностью он оди5 наково эффективно выполняет свои функции и н рабочей зоне индуктора 11, и в рабочей зоне индуктора 12. Это позволяет при заданном необходимом ходе подвижной части двухкоординатного привода значительно уменьшить расстояние между полюсами сердечников индукторов ll и 12, разместив их практически вплотную друг к другу в виде единого блока омагничивания цилиндра 15

8 в двух перпендикулярных направлениях, что позволяет значительно уменьшить длину и массу подвижной части— цилиндра 8.

Цилиндр 8 может быть выполнен из ферромагнитного материала с электропроводным слоем на внешней цилиндрической поверхности, что повышает эффективность привода. Кроме того, втулка 6 может быть выполнена из фер- 25 ромагнитного материала и ее выступающая в зоны двухкоординатного привода часть располагается на всей длине зон инцукторов 11 и 12 (вариант устройства с удлиненной втулкой 6 пока- 30 зан справа от продольной оси подвижной части устройства). При этом наружная поверхность втулки 6 отстоит от внутренней поверхности полого цилиндра 8 на минимальное, исключающее механический контакт, расстояние. В таком варианте выполнения втулка 6 выполняет совмещенную функцию— .инерционного элемента для высокочастотных осциллирующих колебаний магии- 4р тостриктора 3 с электрододержателем 2 и электродом 1 и ферромагнитного элемента в зонах индукторов 11 и 12. Использование инерционного элемента в качестве ферромагнитного тела в рабо- 45 чих зонах привода двухкоординатного перемещения позволяет рационально использовать общую массу подвижной части предлагаемого устройства, получить при той же массе подвижной части большую мощность двухкоординатного привода, что дополнительно увеличивает быстродействие следящей подачи.

Устройство работает следующим образом.

Размещают каретку 10 над поверхностью обрабатываемой детали 13 так, 05 е чтобы электрод 1 находилея на участке, подлежащем- обработке.

Ы индуктор 12 подают переменный ток, чередование фаэ которого, частота и (или) амплитуда однозначно определяюгся состояниеМ эрозионного промежутка, При среднем омическом сопротивлении промежутка, превышающем заданное до начала обработки в соответствии с применяемым способом легирования значение, чередование фаз соответствует.перемещению электрода к детали 13, при сопротивлении, меньшем заданного, — перемещению электрода l от детали 13.

Обращенные к гладкой цилиндрической понерхности цилиндра 8 полюсы сердечника индуктора 12 создают бегущее вдоль оси цилиндра 8 поле, направление которого соответствует этому чередованию фаз, а частота и (или) амплитуда — величине рассогласования заданного и фактического омических сопротивлений эроэионного промежутка. Бегущее вдоль оси цилиндра

8 поле взаимодействует с его телом (а также с телом втулки 6, если она выполнена удлиненной в зоны индукторов 11 и 12 и ферромагнитной), в результате в направлении бегущего поля в цилиндре 8 (и втулке 6) возникает механическое усилие относительно индуктора 12, перемещающее подвижную .часть устройства вдоль ее процольной оси в подшипнике 9 до устранения рассогласования заданного и фактического состояний эрозионного промежутка.

В индуктор 1! подают переменный ток, чередование фаз которого соответствует необходимому направлению вращения подвижной части вокруг ее продольной оси, а частота и (или) амплитуда тока соответствуют выбранной угловой скорости этого вращения. Бегущее вокруг оси цилиндра 8 поле взаимодействует с его телом (а также с телом втулки 6 в другом варианте выполнения), в результате в направлении бегущего поля в цилиндре 8 (и втулке 6) возникает тангенциальное механическое усилие относительно индуктора 1!,.вращающее подвижную часть устройства вокруг ее продольной оси в подшипнике 9.

Поскольку вторичный элемент двухкоординатного привода имеет гладкую цилиндрическую поверхность, то одни и те же части элемента при продоль1509205 ном перемещении поочередно выполняют соответствующие функции в зонах индукторов 11 и 12, а поступательное перемещение вдоль оси не влияет на вращательное перемещение вокруг этой оси, и наоборот.

При использовании втулки 6 из ферромагнитного материала, размещение ее части в зоне двухкоординатного привода толщину стенки цилиндра 8 вы- бирают такой, чтобы глубина проникновения тока с частотой индуктора была больше толщины стенки и поле взаимодействовало .ка с цилиндром 8, 15 так и с элементом втулки 6.

В индуктор 4 привода колебательных перемещений подают переменный ток повышенной частоты (например, в диапазоне 10 " -" 10" Гц) в инцуктор 5— постоянный ток, достаточный для подмагничиваяия (если яе использован вариант с постоянным магнитом). Благодаря взаимодействию индукторов 4 и 5 с магнитостриктороь, 3 (или электро25 дом 1, обладающим магяитострикциояяым эффектом по другому варианту выполнения) последний приводит в колебательное возвратно-поступательное дзижеяие электрододержатель 3 с элек- 30 тродом который периодически с этой частотой осциллирует эрозионный проь,ежуток .

Затем к легирующему электроду 1 и обрабатываемой детали 13 подают ток техяологических импульсов (источяик

:е показан).

Токоподвод к подвижяой части устройства — цилиндру 8 выполняют в BH де щетки (яе показаяа1. путь тока от 40

:. яемеята 8 к электроду 1 лежит через

=лектропроводяые элементы 7,6,3 и 2.

",ñëè материал элемента 3 нс электропроводея, его внутренняя поьерхность покрыта электропроиодяым слоем для 45 осуществления контакта элемента 6 с элементом 2. Если "àêîå покрытие не выполняют, то необходимо соединить проводником небольшой массы и жесткости элементы 6 и 2. что обеспечива- 50 ет нацежный электрический контакт

:::ги" элементов так как к проводнику приложены только высокочастотные вибрации и соединение можно выполнить неподвижным. 55

Таким образом, происходит электроэрозионное легирование обрабатываемой поверхности детали 13 материалом легирующего электрода 1 с повыщенной частотой. Под действием эрозионных разрядов, осуществляющих перенос материала электрода 1 на деталь 13, рабочий конец электрода 1 затачивается в ходе обработки, что обеспечивается вращением электрода

1 совместно с подвижной частью устройства. В результате эрозиояные разряды возникают между возобновляемой в ходе обработки конической поверхностью рабочего конца электрода I преимущественно по образующей конус самозаточки линии, обращенной наиболее близко к обрабатываемой поверхности, что позволяет повысить сплошность получаемого покрытия и этим повысить качество и производительность легирования, Цилиндр 8, вставка 7, втулка 6, магнитостриктог 3, а также электрод

1 или электрододержатель 2 выполнены полыми, их полости сообщаются между собой и с источником газовой охлаждающей среды (яе показан) повышенного давления, связанным с противоположным электроду 1 концом цилиндра

8. В качестве охлаждающей среды в случае полого электрода 1 используется рабочая среда, например воздух.

Поскольку глубина проникновения магнитного поля индукторов 4, 11 и 12 в тело соответственно магнитостриктора

3, а та,-кже цилиндра 8 ограничена, при достаточной для необходимой магнитной связи толщине стенок магнитостриктора 3 и цилиндра 8 выполнение их полыми практически не влияет на выполнение ими своих функций, т,е. сердцевинная часть может быть удалена без понижения КПД, а облегченная подвиж- ная часть устройства будет иметь более высокие дяяамчческие показатели.

Таким образом, изобретение позволяет одновременно облегчить подвижную часть и обеспечить ее интенсивное охлаждение, что в совокупности позволяет значительно повысить быстродействие следящего за состоянием эрозиояного промежутка перемещения подвижной части.

Если масса электрода 1 значительно меньше массы электрододержателя 2 и упругие волны .от высокочастотных осциллирующих возвратно-поступательных колебательных движений электрода 1 полностью затухают в теле электрододержателя 2, последний закрепляют непосредственно на цилиндре 8.

1509205

45

В противном случае электрадодержатель 2 закрепляют на одной из частей вставки 7, вторая часть которой закреплена на цилиндре 8.

При использовании цельного элек— трода 1 электрододержатель 2 выполняют с дополнительным каналом, отводящим охлаждающую среду на индукторы

4 и 5 и зазор между ними и электродом 1, что исключает неконвектируемую полость в подвижной части устройства. В случае полого электрода 1 дополнительный канал заглушен пробкой и охлаждающая среда истекает из рабочего конца электрода I. Такое выполнение позволяет дополнительно упростить устройство и облегчить подвижную его часть, чем при прочих равных условиях повысить быстродействие следящей в функции состояния эрозионного промежутка подачи подвижной части, повысить производительность и качество электроэрозионного легирования.

В ходе колебательных осциллирующих движений электрода 1, электрододержателя 2 и магнитостриктора 3 закрепленный во втулке 6 конец магнитостриктора 3 неподвижен относительно цилиндра 8 благодаря выполнению втулки 6 в виде инерционного элемента. В то же время упругие волны с малой амплитудой от магнитостриктора 3 и втулки 6 не передаются цилиндру 8 благодаря упругой вставке 7, представляющей собой механический фильтр нижних частот. В результате высокочастотные вибрации тела цилиндра 8 отсутствуют, дополнительных нагрузок на подшипник 9 нет. В варианте выполнения с магнитострикционным электродом 1 его колебания происходят относительно электрододержателя 3, являющегося инерционным элементом, дополнительных нагрузок на подшипник 9 также нет.

Сканирующее движение каретки 10 относительно профиля обрабатываемой поверхности (например., с помощью упомянутой копирной головки), а также износ (расход) электрода 1 изменяет состояние эрозионного промежутка,что вызывает подрегулирование посредством индуктора 12 положения подвижной части предлагаемого устройства до достижения заданного перед началом обработки состояния. При этом магнитостриктор 3 (или электрод 1 в дру5

40 ч гам варианте выполнения) всегда находится в рабочей зоне индукторов 4 и 5, что обеспечивает постоянную в ходе регулировки продольного положения амплитуду колебательных осциллирующих движений электрода 1, а следовательно, качество наносимого слоя.

Подаваемая в ходе обработки охлаждающая среда проходит через сообщаюшиеся полости образующих подвижную часть устройства элементов, вращение которых вокруг оси симметрии способствует охлаждению, так как центробежная сила отбрасывает наиболее холодные и, следовательно, наиболее тяжелые слои газа от центра вращения к периферии, т.е. к наиболее нагретым цилиндрическим стенкам устройства, что обеспечивает выравнивание температуры по сечению потока охлаждающей среды через полости и интенсифицирует процесс охлаждения. При повышенных скоростях вращения подвижной части устройства возникает резко выраженное турбулентное движение в потоке охлаждающей среды, что разрушает перегретые пристеночные слои среды и этим значительно повышает теплообмен между потоком среды и охлаждаемыми элементами, в результате могут быть значительно повышены допустимые мощности индукторов 11 и

12, а также индукторов 4 и 5 без опасности перегрева подвижной части и мощность подаваемого в зазор технологического тока. Это позволяет повысить быстродействие следящего перемещения подвижной части, чем расширить возможность повышения производительности устройства, или обеспечить эту повышенную производительность подачей технологического тока большей мощности.

Формула изобретения

Устройство для электроэрозионного легирования, содержащее приводы вращения, следящей подачи электрода, закрепленного в электрододержателе, колебательных перемещений электрода, связанные с приводом сканирующего перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я. тем, что, с целью повышения качества и производительности легирования sa счет увеличения быстродействия следящей подачи, в устройство дополнительно введены упругий и инерционный эле12

1509205

Составитель С,Никифорсз

Редактор В,Петраш Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Заказ 5751/)2 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина, 101.менты, магнитостриктор, а приводы вращения и следящей системы выполнены в виде двухкоординатного электропривода, содержащего индукторы, внутри которых размещен цилиндр, связанный через упругий и инерционный элементы, с соосно размещенным магнитостриктором, при этом привод колебательных движений выполнен в виде индукторов, размещенных с зазором вокруг магнитостриктора, на свободном конце которого закреплен электрододержатель .