close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6254

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6254
(13) C1
(19)
7
(51) B 23H 9/00
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
(21) Номер заявки: a 19991006
(22) 1999.11.11
(46) 2004.06.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого" (BY)
(72) Авторы: Кульгейко Михаил Петрович;
Люцко Василий Александрович; Мельников Дмитрий Витальевич; Соболев
Виктор Федорович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Гомельский государственный
технический университет имени П.О.Сухого" (BY)
BY 6254 C1
(57)
1. Устройство для магнитно-электрического нанесения покрытий, содержащее стол
для установки обрабатываемой детали, электрод-инструмент с магнитной системой, закрепленный на оправке, кинематически связанной со смонтированным на столе приводом,
а также источник технологического тока и бункер-дозатор для подачи ферромагнитного
порошка в зону действия электрода-инструмента, отличающееся тем, что содержит механизм линейного вертикального возвратно-поступательного перемещения оправки, образованный жестко установленной вертикальной электромагнитной катушкой, во внутренней
сквозной полости которой расположен сердечник, кинематически связанный с опорой качения, охватывающей оправку, причем электромагнитная катушка электрически связана с
источником технологического тока через блок синхронизации, а кинематическая связь
привода с оправкой выполнена гибко-упругой.
Фиг. 1
BY 6254 C1
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок синхронизации выполнен по ступенчатой динисторной схеме с магнитоуправляемыми контактами.
(56)
SU 1238916 A1, 1986.
SU 1425007 A1, 1988.
SU 667358, 1978.
SU 490623, 1974.
Изобретение относится к области электрофизических и электрохимических методов
обработки, в частности к устройствам для нанесения покрытий из ферромагнитных порошков в магнитном поле с наложением электрических разрядов, и может найти широкое
применение в машиностроении и машиноремонте.
Известно устройство для упрочнения и наращивания плоских поверхностей токопроводящих заготовок [1], подключенных к одному из полюсов источника тока, ферромагнитным порошком, поступающим через отверстия в основании бункера и удерживаемым
в рабочем зазоре магнитным полем магнитной системы, выполненной в виде пар постоянных магнитов, расположенных в основании бункера по обе стороны отверстий, а бункер
подключен ко второму полюсу источника тока и установлен с возможностью упругого
перемещения перпендикулярно направлению движения подачи.
Вышеописанное устройство предназначено для упрочнения и наращивания только
плоских поверхностей токопроводящих заготовок и не позволяет обрабатывать детали
цилиндрической формы, а это свидетельствует о сужении его функциональных возможностей. Кроме того, система подачи ферромагнитного порошка не обеспечивает его равномерную подачу во времени и по ширине упрочняемой поверхности из-за изменения массы
порошка в бункере и нестабильности геометрических размеров гранул порошка, следствием чего является снижение качества наносимых покрытий.
Известно также устройство для электроэрозионного упрочнения поверхностей ферромагнитными порошками в магнитном поле [2], содержащее электромагнит с сердечником
в виде вращающейся оправки, электроды и бункер с отверстием для подачи порошка,
причем электроды выполнены с возможностью возвратно-поступательных перемещений
вдоль оси оправки и снабжены осевыми отверстиями, в которых установлены втулки для
дозированной подачи порошка.
Данное устройство предназначено для обработки плоских поверхностей деталей машин и не позволяет упрочнять как цилиндрические поверхности, так и канавки на них.
Кроме того, возвратно-поступательные перемещения электроды совершают без учета конкретных условий работы, т.к. эти перемещения функционально не связаны ни с одним из
технологических параметров процесса (скоростью перемещения детали, величиной рабочего зазора между электродом и деталью, величиной магнитной индукции или силы технологического тока в рабочем зазоре). И при нарушении стабильности процесса по той
или иной причине (например, нестабильность геометрических размеров, размеров гранул
ферромагнитного порошка и эрозия торцевых рабочих поверхностей электрода приводит
к случайному изменению величины электрического сопротивления ферромагнитного порошка в рабочем зазоре, а следовательно, силы технологического тока) качество (сплошность, отклонение толщины) наносимых покрытий снижается.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является устройство для нанесения покрытий из ферромагнитных порошков [3], включающее стол для
установки обрабатываемой детали, электрод-инструмент в виде зубчатого колеса, оправку
для его вращения, привод оправки, катушку основного электромагнита, установленную с
2
BY 6254 C1
зазором на оправку, источник электрического тока, механизм изменения положения оправки, выполненный в виде дополнительного электромагнита, электрически связанного с
основным источником электрического тока и установленного перпендикулярно продольной оси оправки и плоскости стола, а также бункер для подачи ферромагнитного порошка,
причем оправка установлена с возможностью угловых перемещений относительно оси
привода. Однако данное устройство обладает следующими недостатками.
Во-первых, как и выше описанные аналоги, оно предназначено для нанесения покрытий
на плоские поверхности детали. Хотя принципиально возможно осуществление процесса
нанесения покрытия и на детали цилиндрической формы (при снабжении устройства приводом вращения детали), причем в этом случае процесс может идти по двум схемам:
с параллельным расположением осей вращения оправки и цилиндрической детали;
со скрещивающимися осями вращения оправки и детали.
При работе устройства с параллельным расположением осей вращения оправки и цилиндрической детали угловое перемещение оправки относительно оси привода приводит к
смещению зоны разряда вдоль направляющей обрабатываемой поверхности. А так как
электрод-инструмент и обрабатываемая деталь имеют цилиндрическую форму, то это приводит к нелинейной зависимости величины рабочего зазора от сил взаимодействия магнитных полей основного и дополнительного электромагнита, что значительно усложняет
стабилизацию процесса нанесения покрытия, а в некоторых случаях даже приводит к его
прекращению из-за чрезмерного увеличения или уменьшения рабочего зазора. При работе
устройства со скрещивающимися осями вращения оправки и детали можно наносить покрытия на цилиндрические детали. Однако оно не позволяет упрочнять канавки, проточки,
пазы в деталях как цилиндрической, так и плоской формы из-за линейного перемещения
электрода-инструмента вдоль образующей обрабатываемой детали, которая обусловлена
угловыми перемещениями оправки относительно оси привода. Все это свидетельствует о
недостаточно широких функциональных возможностях описанного устройства.
Во-вторых, как уже отмечалось, угловое перемещение оправки относительно оси привода вызывает и одновременное линейное перемещение электрода-инструмента вдоль направляющей или образующей обрабатываемой детали. А это в свою очередь нарушает
характер формирования контактного мостика из зерен ферромагнитного порошка в рабочем зазоре (постоянно изменяются как угол действия равнодействующей сил магнитного
взаимодействия зерен ферромагнитного порошка и электрода-инструмента, так и силы
давления контактного мостика на обрабатываемую деталь, и степень уплотнения ферромагнитного порошка). В результате нарушается температурный режим в зоне разряда и,
как следствие, снижается качество наносимых покрытий.
Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и, кроме того, повышение качества наносимого покрытия за счет более
точного регулирования величины рабочего зазора.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем стол для
установки обрабатываемой детали, электрод-инструмент с магнитной системой, закрепленный на оправке, кинематически связанной со смонтированным на столе приводом, а
также источник технологического тока и бункер-дозатор для подачи ферромагнитного порошка в зону действия электрода-инструмента, согласно изобретению, устройство дополнительно снабжено механизмом линейного вертикального возвратно-поступательного
перемещения оправки. Механизм линейного вертикального возвратно-поступательного
перемещения оправки образован жестко установленной вертикальной электромагнитной
катушкой, во внутренней сквозной полости которой расположен сердечник, кинематически
связанный с опорой качения, охватывающей оправку, причем электромагнитная катушка
электрически связана с источником технологического тока через блок синхронизации, а
кинематическая связь привода с оправкой выполнена гибко-упругой. Блок синхронизации
выполнен по ступенчатой динисторной схеме с магнитоуправляемыми контактами.
3
BY 6254 C1
Выполнение механизма изменения положения оправки в виде механизма линейного
вертикального возвратно-поступательного перемещения, кинематически с ней связанного
и установленного с возможностью перемещения оправки относительно ее поперечной
оси, позволяет в соответствии с управляющим сигналом регулировать величину рабочего
зазора только в плоскости, в которой лежит поперечная ось оправки, перпендикулярная ее
продольной оси, и исключить угловые перемещения электрода-инструмента вдоль образующей или направляющей обрабатываемой поверхности. Угловые перемещения оправки,
как отмечалось выше, не позволяют на устройстве упрочнять цилиндрические поверхности или канавки, проточки, пазы и т.п. на деталях как цилиндрической, так и плоской
формы. Кроме того, угловые перемещения оправки нарушают характер формирования
контактного мостика из зерен ферромагнитного порошка в рабочем зазоре, что дестабилизирует процесс в целом и приводит к уменьшению качества наносимого покрытия. Поэтому исключение угловых перемещений оправки приводит к повышению качества
наносимого покрытия как при обработке плоских и цилиндрических поверхностей, так и
при обработке канавок, проточек, пазов и т.п., размещенных на этих поверхностях, что в
свою очередь свидетельствует и о расширении функциональных возможностей устройства.
Связь оправки с приводом посредством гибко-упругого элемента позволяет осуществлять передачу вращения ей от привода в условиях, когда негативно действующая изгибающая составляющая деформации оправки при нагружении ее механизмом изменения
положения предельно снижена, что обеспечивает более точное регулирование величины
рабочего зазора только в плоскости, перпендикулярной продольной оси оправки. А это
также расширяет функциональные возможности устройства и, кроме того, повышает качество наносимых покрытий.
Таким образом, совокупность выше отмеченных существенных функционально зависимых отличительных признаков позволяет более точно регулировать величину рабочего
зазора и за счет этого расширить технологические возможности устройства, а также повысить качество наносимых покрытий.
Электрод-инструмент может быть выполнен в виде зубчатого колеса или в виде диска,
на образующей которого размещены сменные полюсные наконечники, выполненные по
форме обрабатываемой поверхности. Магнитная система электрода инструмента может
представлять собой постоянные магниты, размещенные или на его торцевых поверхностях, или на образующей диска в специальных отверстиях под сменными полюсными наконечниками. Она также может быть выполнена в виде катушки или системы катушек
электромагнита, жестко установленных на столе. В последнем случае, когда число катушек четное и они установлены эквидистантно диаметру оправки, причем через одну с разной полярностью, магнитная система может выполнять и функцию привода вращения
оправки. В качестве источника технологического тока может применяться сварочный
трансформатор типа ТД-500 или генераторы импульсов типа МГИ, ШГИ, УРМЗ и т.п.
Гибко-упругий элемент может представлять собой гибкий вал, одним концом жестко соединенный с приводом, а другим, через втулку, соединенный с оправкой, имеющей возможность осевого перемещения без поворота. При необходимости компенсации значительных
осевых перемещений оправки внутри втулки гибко-упругий элемент может быть выполнен в форме кольца из троса или другого гибко-упругого материала.
Среди известных науке и технике технических решений авторами обнаружены следующие признаки, сходные с признаками заявляемого устройства:
автоматическое регулирование величины рабочего зазора между сердечником электромагнита и деталью [4]. Однако данное регулирование величины рабочего зазора в отличие
от предлагаемого решения осуществляется без учета изменений основных технологических режимов процесса упрочнения, в частности силы технологического тока;
регулирование величины рабочего зазора не за счет перемещения оправки, а за счет
вертикального перемещения платформы для установки обрабатываемой детали. Однако в
4
BY 6254 C1
любом случае перемещение платформы совместно с деталью (а иногда и с приводом вращения детали) в виду их значительных масс и протяженности энергетически не оправдано
и связано с большими трудностями по обеспечению его строго горизонтального положения.
Таким образом, известность выше отмеченных признаков не порочит существенности
отличительных признаков, на которые распространяется притязание заявителя.
Изобретение поясняется чертежами, фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 представлен вариант выполнения принципиальной электрической схемы; на фиг. 3 - вариант выполнения гибко-упругого элемента.
Устройство состоит из стола 1 (фиг. 1), на котором на электроизоляционной прокладке 2,
например, из текстолита установлено сменное приспособление 3 для базирования обрабатываемой детали 4. Катушка 5 основного электромагнита, выполненная из неэлектропроводного и электромагнитного материала, например текстолита, и подключенная к источнику
питания 6, установлена жестко относительно стола 1. Внутри катушки 5 с зазором установлена оправка 7, на одном конце которой закреплен электрод-инструмент 8, выполненный в виде зубчатого колеса, а другой конец с помощью гибко-упругого элемента 9 связан
с приводом 10 и ее вращение, в качестве которого применяется двигатель постоянного тока типа ЧПА-90М по ГОСТ 183-74, жестко установленный относительно стола 1.
Гибко-упругий элемент 9 (фиг. 3) имеет форму кольца, выполненного из троса, и соединен с оправкой 7 и приводом 10 с помощью штифтов 11. Оправка 7 (фиг. 1) с помощью
подшипников 12 и корпуса 13 кинематически связана с сердечником 14 вертикального
электромагнита 15 механизма изменения положения оправки, включающего в себя также
блок управления 16. Катушка вертикального электромагнита 15 установлена жестко относительно стола 1 на стойке 17, а сердечник 14 с помощью направляющего элемента 18 установлен с возможностью линейных вертикальных возвратно-поступательных перемещений и подпружинен в направлении перемещения пружинами 19 и 20. Усилие пружин 19 и
20 определяется регулировочным винтом 21. Блок управления 16 механизма изменения
положения оправки 7 электрически связан с блоком управления технологическим током
источника 22 технологического тока, в качестве которого применяется генератор униполярных импульсов типа УРМЗ. Источник 22 технологического тока подключен одним полюсом через щетку 23 и датчик 24 к оправке 7, а другим полюсом через щетку 25 к
обрабатываемой детали 4. Над электродом-инструментом 8 установлен бункер-дозатор 26
для подачи ферромагнитного порошка в зону действия электрода-инструмента.
Устройство работает следующим образом. На стол 1 широкоуниверсального станка
модели 6Р82М на электроизоляционную прокладку 2 устанавливают сменное приспособление 3, в котором базируют и закрепляют обрабатываемую деталь 4. Катушку 5 основного электромагнита устанавливают жестко относительно стола 1, например, на консоли
станка. Внутри катушки 5 основного электромагнита размещают оправку 7 с электродоминструментом 8, корпусом 13, подшипниками 12 и с помощью гибко-упругого элемента 9
связывают ее с приводом 10, также жестко установленным относительно стола 1 на станине станка. Вертикальный электромагнит 15 механизма изменения положения оправки 7
с помощью стойки 17 устанавливают в вертикальном суппорте станка и соединяют его
сердечник 14 с корпусом 13. Регулировочным винтом 21 определяют требуемое усилие в
пружинах 19 и 20, а вертикальной подачей суппорта устанавливают рабочий зазор 5 между электродом-инструментом 8 и обрабатываемой поверхностью детали 4, исходя из соотношения δ = 3⋅L, где L - размер зерна ферромагнитного порошка, мм.
При необходимости нанесения покрытия на плоские поверхности детали 4 совместно
со столом сообщают продольное движение подачи со скоростью 410 об/мин, а электродинструмент 8 от привода 10 через гибко-упругий элемент 9 и оправку 7 приводят во вращение с частотой 125 об/мин. От источника технологического тока 22 через щетки 23 и 25
на оправку 7 с электродом-инструментом 8 и деталь 4 подают технологический ток силой
5
BY 6254 C1
до 90 А и напряжением до 20 В, а от источника питания 6 на обмотку катушки 5 основного электромагнита подается постоянный ток силой 3 А и напряжением 36 В. Одновременно из бункера-дозатора 26 на электрод-инструмент 8 подается порция ферромагнитного
порошка, которая при вращении электрода-инструмента транспортируется в зону обработки, т.к. удерживается на нем магнитным полем, создаваемым катушкой 5 основного
электромагнита. В рабочем зазоре δ частицы ферромагнитного порошка замыкают цепь
источник технологического тока 22 - электрод-инструмент 8 - деталь 4 и расплавляются
под действием тока. Магнитные поля электрода-инструмента 8 и проходящего тока способствуют распределению расплава по поверхности детали 4.
Непостоянство электрического сопротивления в зоне разряда, вызванное непостоянством электрического сопротивления ферромагнитного порошка в рабочем зазоре, а также
относительная неравномерность подачи ферромагнитного порошка в зону обработки и
непостоянство электрических и магнитных свойств материала детали 4 и электрода инструмента 8 приводит к изменению силы технологического тока цепи источника технологического тока 22. В соответствии с величиной этого изменения датчик 24 подает команду в
цепь блока управления 16 механизма изменения положения оправки 7. При включении
питания на выводе микросхемы DD1.2 (фиг. 2) появляется низкий уровень, на других выводах устанавливается высокий уровень, закрывающий оптроны VS2-VS5. Низким уровнем на выводе микросхемы DD1.2 открывается оптрон VS1, соединяя управляющий
электрод симистора VS6 с анодом. Симистор VS6 открывается и подает напряжение U5 на
нагрузку.
При протекании тока через нагрузку и датчик в сердечнике датчика наводится магнитное поле, под действием которого срабатывает геркон SF1. На выводах микросхемы
DD1 появляется высокий уровень, который запирает оптрон VS1 и соответственно симистор VS6 и открывает оптрон VS2 и симистор VS7, подавая на нагрузку напряжение U4.
При дальнейшем увеличении технологического тока под действием увеличивающегося
магнитного поля срабатывает геркон SF2. При этом на выводе микросхемы DD1.2 устанавливается высокий уровень, одновременно открывается транзистор. На выводе микросхемы DD1.3 появляется высокий уровень. Оптрон VS2 запирается, закрывается симистор
VS7. Низким уровнем на выводе микросхемы DD1.4 открывается оптрон VS3, симистор
VS8 и к нагрузке прикладывается напряжение U3, тем самым увеличивается зазор между
деталью и электродом и уменьшается технологический ток. В зависимости от величины
полученного сигнала, открывается один, два, три и т.п. симистора (число симисторов определяется экспериментально и зависит от пределов регулирования величины рабочего
зазора, а следовательно, и технологического тока) блока управления 16 и на дополнительный электромагнит 15 подается меньшее или большее напряжение. Таким образом, производится стабилизация технологического тока. Схема содержит 5, ключей подключающих
5 различных напряжений на нагрузку. Использование 5 каналов позволяет в широких пределах производить регулировку технологического тока. В результате изменяется ток в его
катушке, а сердечник 14, ориентируясь своим направляющим элементом 18 по центральному отверстию катушки дополнительного электромагнита 15, совершает линейные возвратно-поступательные перемещения в плоскости, в которой лежит поперечная ось
оправки 7, перпендикулярная ее продольной оси. Совместно с сердечником 14 эти перемещения совершает корпус 13 с подшипниками 12 и оправка 7 с электродом инструментом 8, тем самым регулируется величина рабочего зазора 5 строго в плоскости,
нормальной к обрабатываемой поверхности, и, как следствие, сила технологического тока.
Это повышает качество обработки и устраняет негативно действующие угловые повороты
оправки 7 с электродом-инструментом 8 относительно оси привода 10. Гибко-упругий
элемент 9, соединяющий оправку 7 с приводом 10 за счет закручивания или раскручивания, позволяет компенсировать возможные осевые перемещения оправки 7. Тем самым
негативно действующая изгибающая составляющая деформация оправки 7, вызванная на6
BY 6254 C1
груженном оправки механизмом изменения ее положения, предельно снижается, что также улучшает качество наносимых покрытий.
Аналогично производится упрочнение пазов на плоских поверхностях, только в этом
случае ширина электрода-инструмента 8 и его форма выбирается в соответствии с шириной и формой паза.
При нанесении покрытий на цилиндрические детали меняют приспособление 3, которое кроме всего прочего снабжается и приводом вращения цилиндрической детали, в качестве которого применяется двигатель постоянного тока ЧПА-90М по ГОСТ 183-74.
Деталь 4 приводят во вращение с частотой 100 об/мин, а электрод-инструмент 8 с частотой 80 об/мин. Детали 4 совместно со столом 1 сообщают продольное (или поперечное, в
зависимости от габаритов детали) движение подачи со скоростью 240 мм/мин, а все остальные операции повторяют в той же последовательности.
При необходимости нанесения покрытий на канавки и проточки на цилиндрических
поверхностях обработку ведут по схеме с параллельным расположением осей вращения
оправки 7 и детали 4, а в случае если ширина этих элементов не превышает 30 мм, то обработку ведут и без поперечной подачи, определяя ширину обработки шириной электрода-инструмента.
Таким образом, по сравнению с известными устройствами заявляемое устройство для
магнитно-электрического упрочнения обеспечивает следующее преимущество:
расширяет функциональные возможности;
повышает качество наносимых покрытий.
Кроме того, повышение качества наносимых покрытий позволяет повысить и производительность процесса из-за отсутствия необходимости повторных проходов.
Источники информации:
1. Устройство для нанесения ферромагнитных покрытий. - А.с. 490623, МКИ В 23р
1/18 / Л.М. Акулович, М.А. Рощеня, Б.М. Черноглаз // Бюллетень № 41. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. - 05.11.1975.
2. Устройство для электроэрозионного упрочнения поверхностей ферромагнитными
порошками в магнитном поле. - А.с. 1425007 МКИ В 23 Н 9/00 / В.И. Щербаков, Н.Н. Дорожкин, И.Ф. Марченко // Бюллетень № 35. Открытия. Изобретения. - 23.09.1986.
3. Устройство для нанесения покрытий из ферромагнитных порошков. - А.с. 1238916,
МКИ В 23 Н 9/00//В 23 Н 7/18 / Г.С. Шулев, В.А. Люцко, А.Д. Ковтун и др. // Бюллетень
№ 23. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. - 23.06.1986.
4. Способ наплавки ферромагнитного порошка на поверхность детали. - А.с. 667358
МКИ В 23 К 11/10 / В.П. Савченко, Ю.Н. Хажинский, А.В. Савченко и др. // Бюллетень
№ 22. Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. - 15.06.1978.
7
BY 6254 C1
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
278 Кб
Теги
by6254, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа