Способ электрообработки

 

Использование: в электроэрозионной обработке электропроводных материалов и касается способов нанесения покрытий, поверхностного упрочнения инструмента и деталей машин. Сущность изобретения: легирующий электрод 1 размещают с про межутком 3 относительно обрабатываемой поверхности заготовки 2. В промежуток 3 подают импульсы парами в цикле, вызывающие разряды между электродом 1 и заготовкой 2. Первый импульс в промежуток 3 подают от емкостного накопителя 4 по цепи элементов 4,5,1,3, 2. Второй импульс подают от силового источника 14 напряжения постоянного тока по цепи элементов 14,15, 16,17,1,3,2. Циклическое повторение подачи при сканирующем перемещении электрода 1 осуществляют обработку заготовки 2, При этом измеряют температуру электрода 1 и изменяют тепловложение в электрод 1 в каждой паре импульсов изменением длительности каждого второго импульса обратно пропорционально температуре электрода. Поддержание температуры электрода обеспечивается только регулированием длительности второго импульса технологического тока, в результате качество и производительность обработки повышены . 2 ил. сл С

„, Ц. „,1756048 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Й)з В 23 Н 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3., Изобретение относится к электрофйзи-" продолжительное время, достаточное для ческим и электрохимическим методам обра- :: остывания электрода, затем по контролируботки электропроводных материалов, емой степени излучения тенератор источникасается способов поверхностного легиро- ": ка технологического тока включается, вания и может найти применение в машино-, возобновляя обработку детали электродом, строительной промышленности для: Недостатком известного Способа являнанесения покрытий, поверхностного уп- ется полное отключенйе подачи технолсгирочнения инструмента и деталей машин.— . ческого тока в эрозионный промежуток на

Известен способ электрообработки, ре- . время понижения темйературы электрода, ализуемый в устройстве для электроэрози« . вызывающее принудйтельное термоциклионной обработки (1), по которому датчик рование в зоне обработки с более низкой состояния электрода принимает лучистую чем частота следования импульсов частоэнергию, испускаемую электродом при на- " той. Это приводит к неравномерности толгреве в ходе обработки. По достижении тем- щин ы ле ги рован н о rî слоя из-за пературой электрода заданного неравномерности эрозионного воздействия предельного значения пороговая схема от- и соответствейному понижению качества ключает источник технологического тока на,обработки. Пройзводительность обработки

1..; .,. :::: - .; .::: : . - .:-: 2 (21) 4674684/08 :: .:. ющие разряды между электродом 1 и заго(22) 07.04.89 ..:: ::: — товкой 2. Первый импульс в промежуток 3 (46) 23.08.92. Бюл, В 31 -:: :;::-::: подают от емкостного накопителя 4 по цепи (71) Производственное объединение "Лу- элементов 4, 5, 1, 3, 2. Второй импульс подганский тепловозостроительный завод им; - ают от силового источйика 14 напряжения

Октябрьской Революции" .:.:: -:. - постоянного тока по цепи элементов 14, 15, (72) B.Ñ.Òàðàñîâ " -.. - - :::"- 16, 17, 1, 3, 2. Циклическое повторение под(56) Авторское свидетельство СССР . :: ачи при сканирующем перемещении электМ 837705, кл. В 23 Н 7/04. 1979. - —::::::.::: -"::: рода 1 осуществляют обработку заготовки 2, При этом измеряют температуру электрода (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРООБРАБОТКИ ..::-" .. 1 и изменявт тепловложение в электрод 1 в (57) Использование: в электроэрозионной .- каждой паре импульсов:изменением длиобработке:электропроводных материалов и тельностй каждого второго импульса обраткасается способов нанесения покрытий, по-: н о и ро и о р ци он ал ь н о -" те м и е р а тур е верхностногоупрочнения инструментаиде- .. электрода. Поддержание температуры электалей машин, Сущность изобретения : ". - трода обеспечивав ся только регулированилегирующий электрод 1 размещают с про- ем длительности "второго импульса ) . межутком 3 относительно обрабатываемой технологического тока; в результате качестповерхности заготовки 2. В промежуток 3: во и производительность" обработки повы. подают импульсы парами в цикле, вызыва- - шены. 2 ил. -" : — С

1756048 пульсов уменьшается, суммарное тепловложение обоих импульсов за цикл обработки также уменьшается, температура электрода понижается до первоначальной, заданной до начала обработки и оптимальной для данного процесса легирования, В случае уменьшения под действием внешних факторов средней температуры электрода описанные процессы протекают в обратном порядке, тепловложение от второго импульса и суммарное за цикл увеличиваются, что обеспечивает восстановление заданной температуры и стабильное протекание процесса легирования.

Таким образом, температуру электрода и рабочей зоны регулируют изменением энергии второго импульса, при этом параметры первого импульса, обеспечивающего перенос материала электрода нэ деталь, неменяют в ходе обработки и выбирают оптимальными для данных условий обработки, что обеспечивает равную толщину легированного слоя. Стабилизация температуры рабочего конца электрода дополнительно стабилизирует процесс легирования благодаря поддержанию неизменной эрозионной стойкости материала электрода соответственно заданной оптимальной температуре.

Подача второго импульса, выравнивающего следы воздействия первого импульса, после механического контакта поверхностей электрода и детали обеспечивает эффективное оплэвление и перемешивание, так как в ходе контакта слой псевдоожиженной лигатуры проковывэется поверхностью легирующего электрода и при отходе элект- рода от детали íà ее поверхности остается отпечаток электрода, часть поверхности которого эквидистантна поверхности электрода, что существенно интенсифицирует процесс возбуждения второго разряда и выглаживание неравномерной поверхности лигатуры. Это повышает качество обработки.

Предлагаемый способ осуществляют с помощью устройства, приведенного на фиг.1.

Устройство содержит электрод 1, который может совершать колебательные осциллирующие и сканирующие строчно-кадровые перемещения относительно обрабатываемой заготовки 2. Среднее значение величины эрозионного промежутка 3 за период осциллирования

5 поддерживается неизменным в ходе сканирующего перемещения над сложнофасонной поверхностью заготовки 2 системой подачи электрода (не показана). Емкостный накопитель 4 подключен одной обкладкой

3 при заданной неравномерности эрозионного воздействия также понижена.

Целью изобретения является повышение производительности и качества обработки при электроэрозионном легйровании. 5

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для осуществления предложенного способа; на фиг.2 — временные диаграммы работы устройства .

Способ осуществляют следующим об- 10 разом .

Легирующий электрод приводят в колебательное осциллирующее и сканирующее перемещение относительно обрабатываемой поверхНости заготовки. При приближе- 15 нии в ходе осциллирующего движения поверхности рабочего конца электрода к детали и вхождения его в зону пробойных расстояний в эрозионный промежуток подают импульс технологического тока, Г1ромежу- 20 ток пробивается и через него йротекэет импульсный ток, обеспечивающий перенос материала легирующего электрода на поверхность детали и ее легирование, В ходе последующего сближения электрод и заго- 25 товкэ контактйруютмеханическй; в это вре мя технологические токи через зону обработки не протекают, зона обработки деионизиНуется,"материал электрода кристаллизуется, проковйвается и остывает. 30

Вследствие осциллирующего двйжения электрод перемещается от поверхности за.готовки. После разрыва контакта электрода с заготовкой, когда электрод еще находится в зоне пробойных расстояний, в эрозион- 35 ный промежуток подает импульс технологического тока. Возникает повторный в цикле обработки пробой эрозионного промежутка и через него протекает второй импульс технологического тока, Второй 40 импульс обеспечивает расплавление закристаллизованных микронеровностей, возникающих от воздействия первого импульса технологического тока цикла. Выравнивание легированной поверхности и интенсив- 45 ное первмешивание лигатуры обеспечивает повышение качества легирования. При последующих колебательных движейиях электрода описанные процессы циклически повторяются с частотой следования факто- 50 ров инициирования. В ходе обработки контролируют температуру рабочего конца легирующего электрода по интенсивности его теплового излучения. При возрастании под действием внешних факторов средней зэ несколько циклов обработки температу- 5 ры электрода длительность второго импульса уменьшают обратно пропорционально сигналу о температуре, В результате тепловложение в зону обработки от вторых им 1756048 через силовой диод 5 к электроду 1 и другой обкладкой — к заготовке 2 по цепи разряда.

Накопитель 4 подключен через последовательные транзисторный силовой ключ 6 и токоограничитель 7 к полюсу силового ис- 5 точника 8 напряжения rIocToIIHHoio тока, второй его полюс подключен к заготовке 2 по цепи заряда.

Первый полюс источника 8 подключен через последовательные измерительный 10 источник 9 напряжения постоянного тока, включенный согласно силовому источни

8, датчик 10 проводимости промежутка 3, токоограничитель 11, диод 12 к электроду 1, Эти элементы образуют измерительную 15 цепь вместе с компаратором 13. Заготовка

2 подключена через последовательные силовой источник 14 напряжения постоянного тока, силовой ключ 15, токоограничитель 16 и силовой диод 17 к электроду 1. Заготовка 20

2 подключена также через последовательные низковольтный источник 18 измерйтельного напряжения постоянного тока, датчик 19 проводимости промежутка 3, ин.дуктивный элемент 20 и развязывающийди- 25 од 21 к электроду 1, Источники 14 и 18 подключены к заготовке 2 полюсами той же полярности, что и полярность полюса источ ника 8. Общая точка диода 21 и элемента 20 подключена через йоследовательные обрат- 30 ный диод 22 и датчик 23 напряжения к общей точке элемента 20 и датчика 19. Диоды

5 и 12 включены согласно полярности источников 8 и 9, диоды 17 и 21 согласно полярности источников 14 и 18. Диод 22 включен 35 согласно направлению ЭДС самоиндукции элемента 20 в момент прерывания точка через него. . В приводимом примере выполнения устройства для реализации способа отрица- 40 тельные полюса источников 8,14 и 18 соединены с заготовкой 2 и обработка ведется при положительной полярности на легирующем электроде 1. Сигнальный выход датчика 23 подключен через компаратор 24 45 с гистерезисом к запускающему входу управляемого одновибратора 25. Датчик 26 инфракрасного излучения подключен через последовательные ключ 27, фильтр 28; блок

29 запоминания напряжения сигнала, ин- 50 тегратор 30 и блок 31 сравнения к входу управления напряжением сигнала длительности импульса. Длительность выходного импульса обратно пропорциональна величине напряжения сигнала на этом входе. 55

Второй вход блока 31 соединен с задатчиком 32 опорного уровня. Выход датчика 19 подключен также через компаратор 33 и одновибратор 34 к входу сброса (стробирующему) блока 29 запоминания напряжения.

Выходы компаратора 13 и одновибратора

2S соединены также с входами сумматора

35, выход которого подключен через элемент 36 задержки на отключение к управляющему входу ключа 27. Через оптический фильтр 37 с полосой пропускания в диапа-. зоне длин волн нагретого в ходе обработки электрода 1 лучевой поток рабочего конца электрода 1 сфокусирован объективом 38 на чувствительном элементе датчика 26. Объектив 38 настроен так, чтобы при осциллирующих движениях электрода 1 его рабочий конец находился в поле зрения объектива

38. Выход датчика 19 подключен также через последовательные компаратор 39 и усилитель 40 к второму управляющему входу ключа 15.

До начала обработки регулйровкой источника 8 устанавливают необходимую для переноса материала электрода на деталь амплитуду импульса от накопителя 4 регулировкой величийы еМкости накопителя 4 с учетом напряжения источника 8 — длительность этого импульса, регулировкой напряжения источника 14 - необходимое напряжение для зажигания разряда при данной скорости колебательного перемещения электрода и материалов электрода 1 и заготовки 2. Регулировкой величины сопротивленйя токоограничителя 16 устанавливают амплитуду тока второго импульса, регулировкой задатчика 32 — среднюю его длительность.

Приближение электрода 1 к поверхности заготовки 2 в ходе осциллирующего движения уменьшает эрозмонный промежуток

3. При входе рабочего конца электрода 1 в зону пробойных расстояний для суммы потенциалов источников 8 и 9 происходит пробой газовой среды промежутка 3, возникает измерительный ток по цепи: положительный полюс источника 8, источник 9, датчик

10, токоограничитель 11, диод 12, электрод

1, промежуток 3, заготовка 2, отрицательный полюс источника 8. На выходе компаратора 13 появляется диСкретный сигнал, закрывающий ключ 6 (диаграмма А1 на фиг.2), Возникает также силовой ток по цепи: первая обкладка накопителя 4, диод 5, электрод 1, промежуток 3, заготовка 2; вторая обкладка накопителя 4 (диаграмма А2).

При этом ток от источника 8 в промежуток 3 отсутствует, так как ключ 6 закрыт и разряд в промежутке 3 имеет чисто импульсный характер. Малое внутреннее сопротивление накопителя 4 обеспечивает быстрое нарастание тока в промежутке 3, что обеспечивает интенсификацию переноса легирующего электрода 1 на поверхность заготовки 2 эа время первого импульса цикла, так как обес1756048 печено разрушение поверхности электрода вается в промежутке 3 анодным и катодным

1 в пятнэх локальных контактов с порерхно- пятнами к микровыступам поверхности лестью заготовки 2. В результате на поверх- гирующего электрода 1 и поверхности лиганость заготовки 2 перенесено заданное туры на заготовке 2, Это повышает количество материала электрода 1, элект- 5 сплошность и адгезию лигатуры. что обесперод 1 и рабочая зона нагреты энергией пер- чивает повышение качества легирования. В вого импульса. ходе второго импульса рабочая зона промеДальнейшее уменьшение промежутка 3 жутка 3 и рабочий конец электрода 1 нагреприводит к механическому контакту элект- ваются. Таким образом, второй импульс рода1 с заготовкой 2,легирующий материал 10 осуществляет совмещение функций: перена поверхности заготовки проковывается мешивание легированного слоя íà поверхтелом электрода 1. При этом возникает из- ности заготовки 2 и подогрев рабочего мерйтельный ток по цепи: положительный конца электрода 1 до заданной до начала полюс источника 18, датчик 19, элемент 20, обработки оптимальной температуры продиод 21, электрод 1, заготовка 2, отрица- 15 цессалегирования. Далееимпульсс выхода тельный полюс источника 18 (диаграмма- одновибратора 25 прекращается, ключ 15

A3). Далее электрод 1 перемещаетсяот по- закрывается, импульс дугового разряда верхности заготовки 2, контакт электрода 1 прерывается. На этом единичный цикл возс поверхностью заготовки 2 прерывается, действия на обрабатываемую заготовку 2 образуется промежуток 3. Благодаря низко- 20 заканчивается. му напряжению и незначительному току ис- При дальнейшем осциллирующем переточника 18 в момент разрыва контакта мещении электрода 1 от заготовки 2 измеизмерительный ток прерывается и ЭДС са- рительный ток через диод 12 прерывается моиндукции от запасенной при прохожде- (А1), сигнал с выхода датчика 10 исчезает, нии измерительного тока в элементе 20 25 ключ 6 открывается и накопитель 4 заряжаэнергии прикладывается через диод 22 к ется по цепи: положительный полюс источдатчику23,свыходакоторогосигнал посту- ника 8, токоограничитель 7, ключ 6, пает через компаратор 24 на запускающий накопитель 4, отрицательный полюс источвход управляемого одновибратора 25 (диаг- ника 8, обеспечивая готовность цепи перворамма A4). С выхода одновибратора 25 им- 30 го импульса к моменту следующего пульс заданной длительности открывает инициирования эрозионного промежутка 3, ключ 15 (диаграмма А5). Таким образом, В процессе осциллирования формируется

° длйтельность генерируемого импульса об- последовательность рабочих циклов с часратно пропорциональна величине сигнала о тотой механической вибрации электрода 1 температуре нагрева электрода, . 35 (диаграмма А7), обеспечивающая при сканиПри увеличении отвода тепла из-за из- рующем перемещении электрода 1 обработменения условий обработки в ходе легиро- ку заданной площади заготовки 2. Тепловое вания (сигнал, пропорциональный излучение рабочего конца электрода 1 и зотеплоотводу от зоны обработки в окружаю- ны легирования поступает в фильтр 37, кощую среду показан на диаграмме А6), дли- 40 торий пропускает тепловое излучение тельность сигнала пропорционально нагретого конца электрода 1, существенно возрастает (А5) и температура электрода ослабляя ультрафиолетовое и видимое излувосстанавливается до заданного уровня. чение йромежутка 3 при прохождении имПослеоткрывания ключа15напряжениеис- пульсов тока. Это излучение фокусируется точника 14 прикладывается к промежутку 3 45 объективом 38 на чувствительном элементе и вследствие нахождения рабочего конца датчика 26 излучения. Электрический сигэлектрода в зоне пробойных расстояний нал от датчика 26 через фильтр 28 низких происходит пробой промежутка 3, ток им- частот, защищающий от помех, поступает в пульса протекает по цепи; положительный блок 29 запоминания и с его выхода — в полюс источника 14, ключ 15, токоограничи- 50 интегратор 30. Аналоговый сигнал с выхода тель 16, диод 17, электрод 1, промежуток 3, интегратора 30, пропорциональный темпезаготовка 2, отрицательный полюс источни- ратуре рабочего конца электрода 1, сравника14, Благодаря наличиютокоограничителя вается в блоке 31 с сигналом от задатчика

16 в этой силовой цепи ток второго импульса 32. Разностный аналоговый сигнал, соответограничен по амплитуде, в результате он 55 ствующий полярности и величине рассогпаоказывает преимущественно выглаживаю- сования заданной до начала обработки и щее и перемешивающее действие на мате- действительной температуры электрода 1, риал, перенесенный на поверхность детали поступает на управляющий вход одновибрав течение действия первого импульса цикла, тора 25 и задает длительность генерируемотак как кратковременный разряд привязы- го импульса.

1756048

При возникновении проводимости зрозионного промежутка 3 сигнал с выхода компэратора 13 или/и сигнал с выхода одновибрэторэ 25 при формировании второго импульса поступает через сумматор 35 и 5 элемент 36 задержки на отключение нэ упрэвляющий вход ключа 27; который безинерционно закрывается. В результате во время прохождения силовых импульсов технологического тока через промежуток 3 и 10 существования интенсивного импульсного излучения, сопровождающего эрозионный процесс легирования, ключ 27 закрыт и сигнал помехи от искрового промежутка 3 не проходит на выход ключа 27 и в цепь опти- 15 ко-электронной обратной связи. С одной стороны, это позволяет повысить чувствительность цепи обратной связи, то есть точность и надежность поддержания заданной до начала обработки температуры электро- 20 дэ, с другой стороны применить для измерения температуры рабочего конца электрода дэтчик оптического типа, то есть бесконтактный. Такое решение позволяет снять ка25 кие-либо ограничения нэ характер и параметры колебательного механического осциллирующего перемещения легирующеro электрода, тэк как независимо от стабильности инициирования цепь защиты от помех зоны обработки функционирует. 30

При механическом контакте электродов промежутка сигнал с выхода датчика 19 через компаратор 33 и запускающий одновибратор 34 сбрасывает предыдущее знэчение запомненного блоком 29 напряжения, пропорционального температуре нагрева электрода 1. После окончэния второго разряда цикла и задержки от блока 36 на время исчезновения плазмы в эрозионном промежутке 3 включается ключ 27, блок 29 40 запоминает следующее текущее значение напряжения, пропорциональное темперэтупериода закрытого состояния ключа 27, что позволяет автоматически использовать вынужденную паузу в приеме информации для подготовки этой цепи к измерению следующего значения температуры, В результэте изменение длительности второго импульса и регулировка импульсов до начала обрэ50 ботки не влияют нэ точность измерения и поддержания температуры. Обеспечено расширение технологических возможностей, тэк кэк осуществление способа возможно с подачей дополнительного легирующего материала в зону легирования в виде дисперсных частиц. Сигнал а контэкре электрода 1 в текущий период. Запуск цепи сброса (стробировэние) блока 29 от датчика 19 контакта электрода 1 с заготов- 45 кой 2 обеспечивает сброс блока 29 втечение

5,4 10т те в зоне легйровэния и разомкнутом промежутке 3 может быть использован для системы поддержания средней величины промежутка (не показана) с выхода датчика

19, так как цепь датчика 19 определяет отношение времени механического контакта электрода с деталью к времени паузы. Сигнал снимается с выхода А (нэ фиг.1). В случае возникновения нестабильного режима осциллирования, что прйводит к дребезгу контакта и повторному замыканию промежутка 3 во время протекания импульса дугоаого разряда, сигнал с выхода датчика 19 через компаратор 39 и усилитель 40 выключает ключ 15 безинерционно, и дуговой импульс прерывается, исключая приварку электрода 1 к легируемой поверхности и ее повреждение, что дополнительно повышает качество обрэботки.

Первый импульс в данном устройстве возникает при достиженйи в ходе осциллирования пробойного -рэсстояния промежутка, второй импульс — -в момент отрыва поверхности злектрбдэ от лигатуры нэ детали независимо от продолжительности контакта. Это обеспечивает синхронизацию йодачи первого и второго импульсев с периодэми осциллирующего перемещения легирующего электрода, что дополнительно стабилизирует толщину и сплошность леги рованного слоя, йовышая качество обработки.

Способ в дэйном примере конкретного выполнения осуществляют при режимах.

Амплитуда первого импульса тока, А 885

Длительность первого импульса тока, с 5;2 10

Скорость нарэстания фронта импульса, А/с

Амплитуда второго импульса тока, А 34

Диапазон длительностей импульса при регулировании, с . 410 -7510

4астота следования фактора инициирования, Гц 150

Средняя температура рабочего конца электрода. С 440

Относительная погрешность стабилизации температуры, С 3,7

Второй импульс воздействует на расхо- дящиеся поверхности электродов эрозионного промежутка, в результате длительность импульса при регулировании температуры эа время циклэ принципиально не ограничивается, повышенная длительность импульса второго разряда обеспечивает необходимое для регулирования тепловложение в зону обработки. Повы1756048 шенная длительность обеспечивается зажиганием второго импульса в зоне пробойных расстояний, а поддерживается источником тока второго импульса и вне зоны пробойных расстояний за счет ионизации проме- б . жутка от действия второго импульса.

Второй импульс воздействует на остывающие поверхности электродов промежутка, амплитуда тока ограничена, а электроды расходятся, в результате перенос материа- 10 ла легирующего электрода на деталь от второго импульса мал и не вызывает ... неравномерности толщины легированного слоя в ходе регулировки длительности вто.рого импульса с целью поддержания неиз- 15 менной температуры рабочего конца электрода. В то же время на более холодную в ходе регулирования зону обработки воздействует более длительный импульс с большим тепловложением, что компенсиру- 20 ет повышение эрозионной стойкости с понижением температуры зоны легирования.

В результате на более нагретую в ходе процесса зону действует более короткий импульс,с меньшим тепловложением. В обоих 25 т случаях температура зоны и средняя температура легирующего электрода поддерживается постоянной и равной заданному по технологии значению.

Способ позволяет поддерживать температуру электрода только регулированием длительности второго импульса технологического тока, в результате качество и производительность обработки повышены. По сравнению с прототипом производительность повышена в 2,4 раза..качество за счет повышения сплоаности легированного слоя — в 1,3 раза.

Формула изобретения

Способ электрообработки, включающий периодическое возбуждение разрядов между электродом и заготовкой, при котором контролируют температуру электрода. отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества обработки при электроэрозионном легировании, импульсы подают парами в цикле и изменяют длительность каждого второго импульса обратно пропорционально температуре электрода.

1756048

Составитель В.Тарасов

Техред M.Mîðãåíòàë

Редактор О.Стенина

Корректор М.Ткач

Проиээодстэенно-иэдательскид комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3047 Тираж .. : - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытйям при ГКНТ СССР

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