Способ электрообработки

(19) (11) (Я)5 В 23 Н 9/00 ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ КИХЕСКИХ СОЮЗ СОВЕТСОЦИАЛИСТИРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР СА К АВТОРСК 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 й может найти применение в машино- , возобновляя обработку детали электродом, строительной промышленности для " . Недостатком известного Способа явля- нанесения покрытий, поверхностного уп- ется полное отключенйе подачи технолсгирочнения инструмента и деталей машин. -. ческого тока в эрозионный промежуток наИзвестен 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 часто- энергию, испускаемую электродом при нв- " той. Это приводит к неравномерности толгреве в ходе обработки. По достижении тем- щин ы легированного 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/ОВ-: . ющие разряды между электродом 1 и заго- (22) 07.04.89, - товкой 2, Первый импульс в промежуток 3 (46) 23.08.92. Бюл, ЬЬ 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 источника 14 напряжения Октябрьской Революции" .: постоянного тока по цепи элементов 14, 15,(72) В.С.Тарасов " " . 16, 17, 1, 3, 2. Циклическое повторениепод- : (56) Авторское свидетельство СССР: ачи при сканирующем перемещении элект-:. Ь 837705, кл. В 23 Н 7/04. 1979, - - .:, .рода 1 осуществляютобработкузаготовки 2,При этом измеряюттемпературу электрода (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРООБРАБОТКИ .: "1 и изменявт тепловложениев электрод 1 в (57) Использование: в электроэрозионйой,: каждой паре импульсов "изменением длиобработке:электропроводных материалов ительностй каждого второго импульса обраткасаетсяспособов нанесения покрытий, по-:ф но пропорциональнотемпературе верхностногоупрочнения инструментаи де-электрода. Поддержание температуры электалей машин, Сущность изобретения; ". - трода обеспечивается толькорегулированилегирующий электрод 1 размещают с про- ем длительности "второго импульса межутком 3 относительно обрабатываемой технологического тока; врезультате качестповерхности заготовки 2. В промежуток 3 . вои производительность"обработки повыподаютимпульсы парами в цикле, вызыва- "вены.2 ил.1756048 3при заданной неравномерности эрозионного воздействия также понижена.Целью изобретения является повышение производительности и качества обработки при электроэрозионном легйровании.На фиг.1 представлена блок-схема устройства для осуществления предложенного способа; на фиг,2 - временные диаграммы работы устройства.Способ осуществляют следующим образом,Легирующий электрод приводят в колебательное осциллирующее и сканирующее перемещение относительно обрабатываемой поверхНости заготовки, При приближении в ходе осциллирующего движения поверхности рабочего конца электрода к детали и вхождения его в зону пробойных расстояний в эрозионный промежуток подают импульс технологического тока, Промежуток пробивается и через него йротекает импульсный ток, обеспечивающий перенос материала легирующего электрода на поверхность детали и ее легирование, В ходе последующего сближения электрод и заготовка койтактйруютмеханическй; в это время технологические токи через зону обработки не протекают, зона обработки деионизируется,"материал электрода кристаллизуется, проковйвается и остывает. Вследствие осциллирующего двйжения электрод перемещается от поверхности заготовки. После разрыва контакта электрода с заготовкой, когда электрод еще находится в зоне пробойных расстояний, в эрозионный промежуток подают импульс технологического тока. Возникает повторный в цикле обработки пробой эрозионного промежутка и через него протекает второй импульс технологического тока, Второй импульс обеспечивает расплавление закристаллизованных микронеровностей, возникающих от воздействия первого импульса технологического тока цикла. Выравнивание легированной поверхности и интенсивное первмешивание лигатуры обеспечивает повышение качества легирования, При последующих колебательных движейиях электрода описанные процессы циклически повторяются с частотой следования факторов инициирования. В ходе обработки контролируют температуру рабочего конца легирующего электрода по интенсивности его теплового излучения. При возрастании под действием внешних факторов средней за несколько циклов обработки температуры электрода длительность второго импульса уменьшают обратно пропорционально сигналу о температуре, В результате тепло- вложение в зону обработки от вторых импульсов уменьшается, суммарное тепловложение обоих импульсов за цикл обработки также уменьшается, температура электрода понижается до первоначальной, заданной 5 до начала обработки и оптимальной дляданного процесса легирования, В случае уменьшения под действием внешних факторов средней температуры электрода описанные процессы протекают в обратном 10 порядке, тепловложение от второго импульса и суммарное за цикл увеличиваются, что обеспечивает восстановление заданной температуры и стабильное протекание процесса легирования.15 Таким образом, температуру электродаи рабочей зоны регулируют изменением энергии второго импульса, при этом параметры первого импульса, обеспечивающего перенос материала электрода на деталь, не меняют в ходе обработки и выбирают оптимальными дляданных условий обработки, что обеспечивает равную толщину легированного слоя. Стабилизация температуры рабочего конца электрода дополнительно 25 стабилизирует процесс легирования благодаря поддержанию неизменной эрозионной стойкости материала электрода соответственно заданной оптимальной температуре.30 Подача второго импульса, выравнивающего следы воздействия первого импульса, после механического контакта поверхностей электрода и детали обеспечивает эффективное оплавление и перемешивание, 35 так как в ходе контакта слой псевдоожиженной лигатуры прокоаывается поверхностью легирующего электрода и при отходе элект-рода от детали на ее поверхности остается отпечаток электрода, часть поверхности ко торого эквидистантна поверхности электрода, что существенно интенсифицирует процесс возбуждения второго разряда и вцглаживание неравномерной поверхности лигатуры, Это повышает качество обработ ки. - "Предлагаемый способ осуществляют спомощью устройства, приведенного на фиг.1.Устройство содержит электрод 1, кото рцй может совершать колебательные осциллирующие и сканирующие строчно-кадровые перемещения относительно обрабатываемой заготовки 2. Среднее значение величины эрозионного промежутка 3 за период осциллировайия 55 поддерживается неизменным в ходе сканирующего перемещения над сложнофасонной поверхностью заготовки 2 системой подачи электрода(непоказана). Емкостный накопитель 4 подключен одной обкладкойчерез 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 точника 8 напряжения постоянного 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 последователь.ные низковольтный источник 18 измерйтельного напряжения постоянного тока, датчик 19 проводимости промежутка 3, ин.- дуктивный элемент 20 и развязывающийди од 21 к электроду 1, Источники 14 и 18 подключены к заготовке 2 полюсами той же полярности, что и полярность полюса источника 8. Общая точка диода 21 и элемента 20 подключена через йоследовательные обрат 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 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 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 25 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 диапазоне длин волн нагретого в ходе обработки электрода 1 лучевой поток рабочего конца электрода 1 сфокусирован обьективом 38 на чувствительном элементе датчика 26. Объектив 38 настроен так, чтобы при осциллирующих движениях электрода 1 его рабочий конец находился в поле зрения обьектива 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 е 1 икости 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 эрозионный 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 А 1 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 А 2), 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 обеспечено разрушение поверхности электрода 1 в пятнах локальных контактов с поверхностью заготовки 2. В результате на поверхность заготовки 2 перенесено заданное количество материала электрода 1, электрод 1 и рабочая зона нагреты энергией первого импульса,Дальнейшее уменьшение промежутка 3 приводит к механическому контакту электроде 1 с заготовкой 2, легирующий материал нэ поверхности заготовки проковывается телом электрода 1. При этом возникает измерйтельный ток по цепи: положительный полюс источника 18, датчик 19, элемент 20, диод 21, электрод 1, заготовка 2, отрицательный полюс источника 18 (диаграмма. АЗ). Далее электрод 1 перемещается от поверхности заготовки 2, контакт электрода 1 с поверхностью заготовки 2 прерывается, образуется промежуток 3. Благодаря низкому напряжению и незначительному току источника 18 в момент разрыва контакта измерительный ток прерывается и ЭДС самоиндукции от запасенной при прохождении измерительного тока в элементе 20 энергии прикладывается через диод 22 к датчику 23, с выхода которого сигнал поступает через компаратор 24 на запускающий вход управляемого одновибратора 25 1 диаграмма А 4). С выхода одновибратора 25 импульс заданной длительности открывает ключ 15 (диаграмма А 5). Таким образом,длйтельность тенерируемого импульса обратно пропорциональна величине сигнала о температуре нагрева электрода,При увеличении отвода тепла из-за изменения условий обработки в ходе легирования (сигнал, пропорциональный теплоотводу от зоны обработки в окружающую среду показан на диаграмме А 6), длительность сигнала пропорционально возрастает (А 5) и температура электрода восстанавливается до заданного уровня. После открывания ключа 15 напряжение источника 14 прикладывается к промежутку 3 и вследствие нахождения рабочего конца электрода в зоне пробойных расстояний происходит пробой промежутка 3, ток импульса протекает по цепи; положительный полюс источника 14, ключ 15, токоограничитель 16, диод 17, электрод 1, промежуток 3, заготовка 2, отрицательный полюс источника 14, Благодаря наличию токоограничителя 16 в этой силовой цепи ток второго импульса ограничен по амплитуде, в результате он оказываетпреимущественно выглаживающее и перемешивающее действие на материал, перенесенный на поверхность детали в течение действия первого импульса цикла, так как кратковременный разряд привязывается в промежутке 3 анодным и катодным пятнами к микровыступам поверхности легирующего электрода 1 и поверхности лигатуры на заготовке 2, Это повышает 5 сплошность и адгезию лигатуры, что обеспечивает повышение качества легирования, В ходе второго импульса рабочая зона промежутка 3 и рабочий конец электрода 1 нагреваются, Таким образом, второй импульс 10 осуществляет совмещение функций. перемешивание легированного слоя на поверхности заготовки 2 и подогрев рабочего конца электрода 1 до заданной до начала обработки оптимальной температуры нро цесса легирования. Далее импульс с выходаодновибратора 25 прекращается, ключ 15 закрывается, импульс дугового разряда прерывается. На этом единичный цикл воздействия на обрабатываемую заготовку 2 20 заканчивается.При дальнейшем осциллирующем перемещении электрода 1 от заготовки 2 измерительный ток через диод 12 прерывается (А 1), сигнал с выхода датчика 10 исчезает, 25 ключ 6 открывается и накопитель 4 заряжается по цепи; положительный полюс источника 8, токоограничитель 7, ключ 6, накопитель 4, отрицательный полюс источника 8, обеспечивая готовность цепи перво го импульса к моменту следующегоинициирования эрозионного промежутка 3, В процессе осциллирования формируется последовательность рабочих циклов с частотой механической вибрации электрода 1 35 1 диаграмма А 7), обеспечивающая при сканирующем перемещении электрода 1 обработку заданной площади заготовки 2. Тепловое излучение рабочего конца электрода 1 и зоны легирования поступает в фильтр 37, ко торый пропускает тепловое излучениенагретого конца электрода 1, существенно ослабляя ультрафиолетовое и видимое излучение йромежутка 3 при прохождении импульсов тока. Это излучение фокусируется 45 объективом 38 на чувствительном элементедатчика 26 излучения. Электрический сигнал от датчика 26 через фильтр 28 низких частот, защищающий от помех, поступает в блок 29 запоминания и с его выхода - в 50 интегратор 30. Аналоговый сигнал с выходаинтегратора 30, пропорциональный температуре рабочего конца электрода 1, сравнивается в блоке 31 с сигналом от задатчика 32. Разностный аналоговый сигнал, соответ ствующий полярности и величине рассогласования заданной до начала обработки и действительной температуры электрода 1, поступает на управляющий вход одновибратора 25 и задает длительность генерируемого импульса,При возникновении проводимости эроэионного промежутка 3 сигнал с выходэ компэрэторэ 13 или/и сигнал с выхода одновибрэторэ 25 при формировании второго импульса поступает через сумматор 35 и 5 элемент 36 задержки нэ отключение нэ упрэвляющий вход кпючэ 27; который безинерционно закрывается. В результате во время прохождения силовых импульсов технологического тока через промежуток 3 и 10 существования интенсивного импульсного излучения, сопровождающего эрозионныйпроцесс легировэния, ключ 27 закрыт и сигнэл помехи от искрового промежутка 3 непроходит нэ выход кпючэ 27 и в цепь опти ко-электронной обратной связи, С одной стороны, это позволяет повысить чувствительность цепи обратной связи, то есть точ. ность и надежность поддержания заданнойдо начала обработки температуры электродэ, с другой стороны применить для измерения темперэтуры рабочего конца электрода дэтчик оптического типа, то есть бесконтэктный. Такое решение позволяет снять кэ-кие-либо ограничения нэ характер и 25 параметры колебательного механического осциллирующего перемещения легирующего электрода, тэк кэк неээвисимо от стэбильности инициирования цепь защиты от 30 помех зоны обработки функционирует При механическом контакте электродов промежуткэ сигнал с выхода датчика 19 через компэрэтор 33 и запускающий одновибрэтор 34 сбрасывает предыдущее знэчение запомненного блоком 29 напряжения, пропорционэльного температуре нагрева злектродэ 1. После окончэния второго разряда цикла и задержки от блока 36 нэ время исчезновения плазмы в эрозионном промежутке 3 включэется ключ 27, блок 29 40запоминает следующее текущее значениенэпряжения, пропорциональное темперэтупериода закрытого состояния ключа 27, что позволяет автоматически использовэть вынужденную паузу в приеме информации для подготовки этой цепи к измерению следующего значения темперэтуры, В результэте изменение длительности второго импульса и регулировка импульсов до начала обрэ 50 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 легировэния в виде диасе рси их частиц. Сиги ва а кеитакре электрода 1 в текущий период, Запускцепи сброса (стробировэние) блока 29 отдатчика 19 контэктээлектродэ 1 с зэготовкой 2 обеспечивает сброс блока 29 втечение5,4 10 те в зоне легйровэния и разомкнутом про.межутке 3 может быть использован для системы поддержания средней величиныпромежутка (не показана) с выхода датчика19, тэк кэк цепь датчика 19 определяет отношение времени мехэнического контактаэлектрода с деталью к времени пэузы. Сигнэл снимается с выходэ А (нэ фиг.1). В случэе возникновения нестабильного режимаосциллировэния, что йрйводит к дребезгуконтэктэ и повторному зэмыкэнию промежутка 3 во время протекания импульса дугового разряда, сигнал с выхода датчика 19через компэрэтор 39 и усилитель 40 выключает ключ 15 безинерционно, и дуговой импульс прерывэется, исключая приваркуэлектродэ 1 к легируемойповерхности и ееповреждение, что дополнительно повышаеткачество обрэботки.Первый импульс в данном устройствевозникает при достиженйи в ходе осциллировэния пробойного -рэсстояния промежуткэ, второй импульс - -в момент отрываповерхности электродаотлигэтурц нэ детали независимо от продолжительности контакта. Это обеспечивает синхронизациюйодачи первого и второго импульсев с периодэми осциллирующего перемещения легирующего электродэ, что дойолнительностабилизирует толщину и сплошность легировэнного слоя, йовышэя качество обработки.,Способ в дэйном примере конкретноговыполнения осуществляют при режимах,Амплитуда первого импульсатока, А885Длительность первогоимпульса токэ, с 5;2 10Скорость нэрэстэния фронтаимпульса, А/сАмплитуда второго импульсатока, А 34Диапазон длительностейимпульса при регулировэнии, с . 410 -7510Частота следования фактораинициирования, Гц 150Средняя температурарабочего конца электрода. С 440Относительная погрешностьстабилизации температуры, С .ф,7Второй импульс воздействует нэ расхо-дящиеся поверхности электродов эрозионного промежутка, в результатедлительность импульсэ при регулированиитемперэтуры ээ время циклэ принципиально не ограничивается, повышенная длительность импульса второго разрядаобеспечивает необходимое для регулирования тепловложение в зону обработки. Повы.1 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 ла легирующего электрода на деталь от второго импульса мал и не вызываетнеравномерности толщины легированного слоя в ходе регулировки длительности вто.рого импульса с целью поддержания неиз 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 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 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 разакачество 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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..Стенина но.иадательокий комбинат Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101 Произв Заказ 3047 Тираж : Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытйям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-Зб, Раушская наб., 4/5