Устройство для электроэрозионного легирования

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 ц 4 В 23 Н 9/00 ЗОБРЕТЕНИЯ электроустрои- легироется по вания, Целью вьппение каче ти легирован стродействия ельносения бы В инду ода пощре 8 тор 12 двухк дают переме создается б оле, наГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Гитлевич А,Е, и др. Электроискровое легирование металлических поверхностей. - Кишинев: Штиинца, 1985с.158-159.(57) Изобретение относится к физическим и электрохимическ дам обработки, в частности к ствам для электроэрозионного изобретения явл тва и производи я за счет увелич следящей подачи ординатного при ый ток, В цили 1 ущее вдоль оси1509205 1 О правление которого осуществляется чередованием фаэ в индукторе и зависитот состояния эрозионного промежутка.Возникает механическое усилие, перемещающее подвижную часть устройствавдоль оси. Аналогично, подавая переменный ток в индуктор 11 двухкоординатного привода, обеспечивают вращение подвижной части устройства вподшипнике 9, В индуктор 4 приводаколебательных перемещений подают токповышенной частоты, а в индуктор 5 -постоянный ток подмагничивания. В результате магнитостриктор 3 получает 15колебательные перемещения, сообщаемые через элекгрододержатель 2 электроду 1. Между электродом 1 и деталью13 возбуждаются разряды. Конец магнитостриктора 3, закрепленный во втулке 6, неподвижен относительно цилиндра 8, благодаря выполнению втулки 6в виде инерционного элемента, что исключает высокочастотные вибрации подшипника 9. Подаваемая через полыеэлементы, цилиндр 8, вставку 7, втулку 6, магнитостриктор 3 и электрод 1рабочая среда обеспечивает эффективное охлаждение. Сканирующее движениекаретки 10 обеспечивает обработкувсей поверхности, 2 ил.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. 30На фиг.1 приведено устройство, общий вид; на фиг.2 - то же, с электродом из магнитострикционного материала.Устройство для электроэрозионноголегирования содержит легирующий электрод 1, закрепленный в электрододержателе 2, размещенном на конце полого цилиндрического магнитостриктора3, вокруг наружной поверхности которого с зазором установлен привод колебательных перемещений электрода, состоящий из индуктора 4 высокочастотного намагничивания переменного токаи индуктора 5 подмагничивания постоянным полем, выполненных в виде аксиальных катушек,Магнитостриктор 3 закреплен противоположным электроду 1 концом на инерционном элементе, выполненном в видеполой медной втулки 6, которая за 50креплена на одной из упруго связанныхчастей упругого элемента, выполненного в виде пружинящей вставки 7, уменьшение жесткости которой в осевом направлении достигнуто выполнением косых сквозных пазов в ее теле равномерно по окружности. Вставка 7 выполнена из пружинного материала, бериллиевой бронзы. Упруго связанная с первой вторая часть вставки 7 закреплена на вторичном элементе двухкоординатного привода, выполненном ввиде гладкого полого электропроводного цилиндра 8, соосно размещенного вдвухкоординатном 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 цилиндрическойгладкой поверхности цилиндра 8 и еговращения вокруг продольной оси. Цилчндр 8 соосно размещен в индукторе11 двухкоординатного привода, предназначенного для создания с помощьюобращенных к поверхности цилиндра 8полюсов своего сердечника вращающегося вокруг продольной оси цилиндра 8магнитного поля, что обеспечиваетсяпитанием индуктора 11 многофазнымтоком. Цилиндр 8 также размещен в индукторе 12 двухкоординатного привода,предназначенном для создания с помощью .обращенных к поверхности цилиндра 8полюсов своего сердечника бегущеговдоль 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 весом15092и служит инерционным элементом,втулку 6 не применяютБлагодаря выполнению цилиндра 8 с гладкой наружной поверхностью он оди 5 наково эффективно выполняет свои функции и в 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 11 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 8Цилиндр 8 может быть выполнен из ферромагнитного материала с электро- проводным слоем на внешней цилиндрической поверхности, что повышает эффективносТь привода. Кроме того, втулка 6 может быть выполнена из Фер 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 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 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 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.55Устройство работает следующим образом.Размещают каретку 10 над поверхностью обрабатываемой детали 13 так,05 ечтобы электрод 1 находилея на участке, подлежащем. обработке.Ы индуктор 12 подают переменныйток, чередование фаэ которого, частота и или) амплитуда однозначно определяюгся состояниеМ эрозионногопромежутка, При среднем омическом сопротивлении промежутка, превышающемзаданное до начала обработки в соответствии с применяемым способом легирования значение, чередование Фазсоответствует.перемещению электродак детали 13, при сопротивлении,меньшем заданного, - перемещению электрода 1 от детали 13,Обращенные к гладкой цилиндрической понерхности цилиндра 8 полюсысердечника индуктора 12 создают бегущее вдоль оси цилиндра 8 голе, направление которого соответствуетэтому чередованию фаз, а частота и(или) амплитуда - величине рассогласования заданного и фактического омических сопротивлений эроэионного промежутка. Бегущее вдоль оси цилиндра8 поле взаимодействует с его телом(а также с телом втулки 6, если онавыполнена удлиненной в зоны индукторов 11 и 12 и ферромагнитной), в результате в направлении бегущего поляв цилиндре 8 (и втулке 6) возникаетмеханическое усилие относительно индуктора 12, перемещающее подвижнуючасть устройства вдоль ее процольнойоси в подшипнике 9 до устранения рассогласования заданного и фактического состояний эрозионного промежутка.В индуктор 1 подают переменныйток, чередование фаз которого соответствует необходимому направлениювращения подвижной части вокруг еепродольной оси, а частота и (или)амплитуда тока соответствуют выбранной угловой скорости этого вращения. Бегущее вокруг оси цилиндра 8поле взаимодействует с его телом (атакже с телом втулки 6 в другом варианте выполнения), в результате внаправлении бегущего поля в цилиндре 8 (и втулке 6) возникает тангенциальное механическое усилие относительно индуктора 1, вращающее подвижную часть устройства вокруг еепродольной оси в подшипнике 9.Поскольку вторичный элемент двухкоординатного привода имеет гладкуюцилиндрическую поверхность, то однии те же части элемента при продоль 1509205ном 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 10 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). Благо- ,царя взаимодействию индукторов 4 и 5 с магяитостриктороь, 3 (или электро 25 ,цом 1, обладающим магяитострикциояяым эФФектом по другому варианту выполнения) последний привоцит в колебательное возвратно-поступательное движение электрододержатель 2 с элек тродом 1, который периодически с этой частотой осциллирует эрозионный про.,ежуток.Затем к легирующему электроду 1 и обрабатываемой детали 13 подают ток 35 техяологических импульсов источникяе показан).Токоподвод к подвижяой части устройства - цилиндру 8 выполняют в виде щетки яе показаяа 1 путь тока от 40 элемента 8 к электроду 1 лежит через :лектропроводяые элементы 7,6,3 и 2, Если материал элемента 3 яс электропроводея, его внутренняя поьерхность покрыта электропроиодяым слоем,цля 45 осуществления контакта элемента 6 с элементом 2. Если такое покрытие не выполняют, то необходимо соединить проводником небольшой массы и жесткости элементы 6 и 2, что обеспечива ет нацежный электрический контакт: ти элементов так как к проводни" ку приложены только высокочастотные вибрации и соединение можно выполнитьнеподвижным. 55Таким 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 электрода1 совместно с подвижной частью устройства, В результате эрозиояные разряды возникают между возобновляемойв ходе обработки конической поверхностью рабочего конца электрода 1, преимущественно по образующей конуссамозаточки линии, обращенной наиболее близко к оЬрабатываемой поверхности, что позволяет повыситьсплошность получаемого покрытия иэтим повысить качество и производительность легирования,Цилиндр 8, вставка 7, втулка 6,магяитостриктор 3, а также электрод1 или электрододержатель 2 выполненыполыми, 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 также цилиндра 8 ограничена, придостаточной для необходимой магнитной связи толщине стенок магнитостриктора 3 и цилиндра 8 вь 1 полнение 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 дияамчческие показатели. Таким образом, изобретение позволяет одновременно облегчить подвижную часть и обеспечить ее интенсивноеохл-бдение, что в совокупности позволяет значительно повысить быстродействие следящего за состоянием эрозиояного промежутка перемещения подвижной части.Если масса электрода 1 значительно меньше массы электрододержателя 2и упругие волны .от высокочастотныхосциллирующих возвратно-поступательных колебательных движений электрода 1 полностью затухают и теле электрододержателя 2, последний закрепляют непосредственно на цилиндре 8.45 50 55 В противном случае электрадодержатель 2 закрепляют на одной из частейвставки 7, вторая часть которой закреплена на цилиндре 8,При использовании цельного электрода 1 электрододержатель 2 выполняют с дополнительным каналом, отводящим охлаждающую среду на индукторы4 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 пробкойи охлаждающая среда истекает из рабочего конца электрода 1. 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 относительноцилиндра 8 благодаря выполнению втулки 6 в виде инерционного элемента, Вто же время упругие волны с малой амплитудой от магнитостриктора 3 ивтулки 6 не передаются цилиндру 8благодаря упругой вставке 7, представляющей собой механический фильтрнижних частот. В результате высокочастотные вибрации тела цилиндра 8отсутствуют, дополнительных нагрузокна подшипник 9 нет, В варианте выполнения с магнитострикционным электродом 1 его колебания происходят относительно электрододержателя 3, являющегося инерционным элементом, дополнительных нагрузок на подшипник 9также нет.Сканирующее движение каретки 10относительно профиля обрабатываемойповерхности (например., с помощью упомянутой копирной головки), а такжеизнос (расход) электрода 1 изменяетсостояние эрозионного промежутка,чтовызывает подрегулирование посредством индуктора 12 положения подвижнойчасти предлагаемого устройства додостижения заданного перед началомобработки состояния. При этом магнитостриктор 3 (или электрод 1 в дру 5 10 15 20 25 30 35 40 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 сообщающиеся 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 за счет увеличения быстродействия следящей подачи, в устройство дополнительно введены упругий и инерционный эле12 1509205 СоставиРедактор В,Петраш Техред икиорсзук Корректор А.Обруча ель С Крав Заказ 575112 Тираж 894 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ри ГКНТ,менты, магнитостриктор, а приводы вращения и следящей системы выполнены ввиде двухкоординатного электропривода,содержащего индукторы, внутри которыхразмещен 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.