close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9204

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 9204
(13) C1
(19)
(46) 2007.04.30
(12)
7
(51) C 25F 7/00
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ
ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОЛОГО
ДЛИННОМЕРНОГО ИЗДЕЛИЯ С ОТВЕРСТИЯМИ
BY 9204 C1 2007.04.30
(21) Номер заявки: a 20040702
(22) 2004.07.23
(43) 2006.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Куликов Иван Семенович;
Каменев Анатолий Яковлевич; Ермаков Владимир Леонидович; Климова Людмила Александровна; Ващенко Светлана Владимировна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(56) BY 984 C1, 1995.
BY 453 U, 2002.
SU 1419840 A1, 1988.
SU 1659534 A1, 1991.
US 3850769 A, 1974.
JP 11100700 A, 1999.
(57)
Устройство для электролитно-плазменной обработки внутренних поверхностей полого длинномерного изделия с отверстиями, содержащее ванну обработки, заполненную
электролитом, подъемно-опускной механизм подвески с горизонтально закрепленным на
нем обрабатываемым изделием, центральный электрод, источник постоянного тока высокого напряжения, отрицательный полюс которого присоединен к ванне, а положительный к подвеске, отличающееся тем, что содержит нагнетательный насос, электроизоляционный шланг которого подсоединен к технологическому отверстию обрабатываемого изделия, внутри которого на всю его длину на дистанционирующих и электроизолирующих
Фиг. 1
BY 9204 C1 2007.04.30
прокладках расположен центральный электрод, который выполнен в виде стержня, одетого в электроизолирующий чехол с окнами-прорезями, размещенными напротив обрабатываемых отверстий, и жестко соединен с верхним концом вертикальной контактной пластины, выполненной с возможностью погружения в электролит нижним концом.
Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки
металлических материалов, в частности к финишной обработке электролитно-плазменным
методом.
Имеется целый ряд устройств для электролитно-плазменной обработки изделий постоянным током повышенного напряжения в электролите (слабых водных растворах солей
неорганических и органических кислот), которые используются для очистки поверхности
от различных загрязнений и окисных пленок, старых лакокрасочных и металлических покрытий, сглаживания шероховатостей поверхности, снятия микрозаусенцев и закругления
острых кромок, а также полировки.
Известна установка для электролитно-плазменной обработки [1], содержащая катодную ванну для обработки деталей, заполненную электролитом, манипулятор для крепления и перемещения деталей, соединенный с положительным полюсом источника, и ванну
для промывки деталей после обработки. Недостаток установки проявляется в повышенном расходе электроэнергии и нестабильности процесса обработки полых изделий.
Известно устройство для электролитно-плазменной обработки изделий сложной формы [2], содержащее катодную ванну с электролитом, манипулятор для крепления и перемещения обрабатываемого изделия и колонки регенерации электролита. Недостатком устройства является обработка изделия с обязательным погружением его в электролит, для
чего требуется большой объем ванны, особенно если изделие крупногабаритное или длинномерное, и соответственно большой расход солей для приготовления электролита, а также
необходимость подогрева электролита, что требует дополнительных энергозатрат. Кроме
того, устройство не позволяет обрабатывать внутренние полости изделий, создавая токовую
нестабильность процесса обработки таких изделий и срыв пароплазменной подушки.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков является устройство для полирования полых металлических изделий [3], содержащее ванну обработки,
подвеску для крепления изделий и дополнительный электрод, перфорированный в его
нижней части. Устройство позволяет полирование изделий, имеющих значительные по
диаметру, но не очень глубокие внутренние полости, в которые возможно ввести дополнительный электрод в виде стакана.
Недостатком устройства является необходимость погружения металлического изделия
в электролит, невозможность обработки внутренних поверхностей длинномерных изделий
с узкими полостями или центральным на всю длину сквозным отверстием, а также при
пониженных температурах (45-60 °С) из-за нестабильности токового режима и в холодном
электролите (15-30 °С) из-за срыва пароплазменной подушки и неуправляемых бросков
тока. Так, при погружении в электролит длинномерных изделий с узкими внутренними
полостями обработке подвергаются исключительно внешние поверхности, а на внутренние полости, глубина которых превышает диаметр отверстия, обработка вообще не распространяется. Кроме того, при наличии обширных по длине пустот в изделии величина
тока в цепи изменяется неуправляемым образом и испытывает сильную зависимость от
колебаний парожидкостной смеси в полости. При этом процесс обработки приобретает
взрывной характер. Процесс удается стабилизировать только после использования специального вытеснителя, расположенного внутри изделия, однако при этом безвозвратно теряется возможность обработки внутренней поверхности.
Использование известных способов плазменно-электролитной обработки для снятия
макрозаусенцев, удаления стружки внутри полостей изделий и полировки внутренних по2
BY 9204 C1 2007.04.30
верхностей пустотелых длинномерных изделий с отверстиями не привело к желаемым результатам.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для получения стабильной управляемой электролитной плазмы, которое расширит технологические возможности электролитно-плазменной обработки на внутренние поверхности полых длинномерных изделий с отверстиями, позволит проводить обработку в холодном электролите
(15-30 °С) и без погружения в него изделия.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для электролитно-плазменной
обработки внутренних поверхностей полого длинномерного изделия с отверстиями содержит ванну обработки, заполненную электролитом, подъемно-опускной механизм подвески с горизонтально закрепленным на нем обрабатываемым изделием, центральный
электрод, источник постоянного тока высокого напряжения, отрицательный полюс которого присоединен к ванне, а положительный - к подвеске, и снабжено нагнетательным насосом, электроизоляционный шланг которого подсоединен к технологическому отверстию
обрабатываемого изделия, внутри которого на всю его длину на дистанционирующих и
электроизолирующих прокладках расположен центральный электрод, который выполнен
в виде стержня, одетого в электроизолирующий чехол с окнами-прорезями, размещенными напротив обрабатываемых отверстий, и жестко соединен с верхним концом вертикальной контактной пластины, выполненной с возможностью погружения в электролит нижним концом.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в
том, что он дает возможность удалять не только микрозаусенцы, но и макрозаусенцы, задиры и даже стружку с внутренних поверхностей изделий, снижать шероховатость поверхности и при этом экономить электроэнергию на подогреве электролита и на расходе
химических реактивов. Потому что для обработки полых длинномерных деталей не нужен
большой объем ванны и соответственно большой расход электролита, так как устройство
позволяет обрабатывать металлическое изделие в холодном электролите (15-25 °С) и без
его погружения. Электролит нагнетается насосом, расположенным вне ванны обработки,
через электроизоляционный шланг во внутреннюю полость обрабатываемого изделия, закрепленного над уровнем электролита.
Конструкция заявляемого устройства была определена в ходе серии уточняющих экспериментов. Вначале была опробована конструкция устройства без центрального электрода, расположенного внутри обрабатываемого изделия. В этом случае при подключении
положительного потенциала от источника постоянного тока на обрабатываемое изделие, а
отрицательного на ванну подача электролита через электроизоляционный шланг внутрь
длинномерного изделия не обеспечивала достаточной величины тока, необходимой для
возникновения процесса плазменно-электролитной обработки, даже если увеличить расход электролита через внутреннюю полость до такой степени, что вытекающие из отверстий непрерывные струи электролита замкнут цепь. Поэтому для получения возможности
резкого увеличения силы тока была опробована конструкция, в которой внутри полости
обрабатываемого изделия на всю ее длину был размещен центральный электрод в виде
стержня, который электрически был жестко связан с ванной. Однако в этом случае величина тока при прокачке электролита превышает все разумные пределы, вследствие чего
возникает эффект короткого замыкания. Управляемость током в цепи достигается только
при плавной регулировке контакта центрального электрода с поверхностью электролита в
ванне обработки. Для этого была опробована конструкция устройства, где обрабатываемое изделие или их технологический пакет закрепляется горизонтально на подъемноопускном механизме подвески, расположенном над ванной обработки, нагнетаемый насосом электролит через электроизоляционный шланг попадает внутрь изделия и свободно
вытекает в ванну малорасходными струями из обрабатываемых отверстий. С помощью
подъемно-опускного механизма подвески изделие или пакет изделий могут перемещаться
3
BY 9204 C1 2007.04.30
над уровнем электролита в вертикальном направлении. К подвеске и обрабатываемому
изделию подсоединяется положительный потенциал источника тока. Отрицательный потенциал подается не только на корпус ванны обработки, но и на центральный электрод,
изготовленный в виде стержня, который размещен во внутренней полости обрабатываемого изделия на дистанционирующих и электроизолирующих прокладках, выполненных
либо из фторопласта, либо из керамики. Причем отрицательный потенциал на этот электрод подается посредством вспомогательной вертикально расположенной контактной
пластины, верхний конец которой жестко связан с центральным электродом в виде стержня, а нижний посредством подъемно-опускного механизма подвески приводится в контакт
с уровнем электролита в ванне обработки. Большим или меньшим погружением вертикальной контактной пластины регулируется сила тока до достижения требуемой величины
и, соответственно, интенсивности обработки.
С целью сосредоточения процесса плазменно-электролитной обработки в полости на
участках металла, непосредственно прилегающего к обрабатываемым отверстиям, снижения суммарного тока и энергосбережения, на всю длину центрального электрода был одет
электроизолирующий чехол, например из силиконовой резины, а напротив обрабатываемых отверстий в резине прорезаны окна.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для обработки внутренних поверхностей
полых длинномерных изделий с отверстиями. На фиг. 2 показана конструкция центрального электрода.
Устройство состоит из ванны обработки 1, заполненной электролитом, подъемноопускного механизма подвески 2, на котором горизонтально закреплено обрабатываемое
изделие 3 с технологическим отверстием 4 и обрабатываемыми отверстиями 5, нагнетательного насоса 6 и соединенного с ним электроизоляционного шланга 7, подающего
электролит к технологическому отверстию 4, центрального электрода 8 в виде стержня,
расположенного на дистанционирующих и электроизолирующих прокладках 9 внутри обрабатываемого изделия 3 и одетого в электроизолирующий чехол 10 с окнами-прорезями
11, размещенными напротив обрабатываемых отверстий 5, вертикальной контактной пластины 12, жестко подсоединенной к центральному электроду 8 в виде стержня, источника
постоянного тока высокого напряжения 13, отрицательный полюс которого присоединен к
ванне обработки 1, а положительный - к подъемно-опускному механизму подвески 2 и обрабатываемому изделию 3.
Устройство работает следующим образом. Обрабатываемое изделие 3 закрепляется
горизонтально на подъемно-опускном механизме подвески 2, которая перемещается в
крайнее верхнее положение. Внутри обрабатываемого изделия 3 размещается центральный электрод 8, например, в виде круглого стержня, с подсоединенной к нему вертикальной контактной пластиной 12. На ванну обработки 1 и обрабатываемое изделие 3 подается
постоянное рабочее напряжение от источника постоянного тока 13, величина которого составляет 320-360 В, причем плюс подается на изделие, а минус на ванну. К технологическому отверстию 4 подается электролит с помощью электроизоляционного шланга 7. Расходные характеристики нагнетательного насоса 6 подбираются таким образом, чтобы
электролит вытекал из всех обрабатываемых отверстий 5. Медленным перемещением
подъемно-опускного механизма подвески 2 вниз вертикальная контактная пластина 12,
жестко подсоединенная к центральному электроду 8 в виде стержня, приводится в соприкосновение с уровнем электролита в ванне обработки 1. Причем погружение вертикальной контактной пластины 12 в электролит происходит до тех пор, пока ток в цепи не увеличится до такой степени, которая необходима для возникновения яркого свечения в
отверстиях и характерного звука, свидетельствующих о начале ионизации парогазовой
смеси, возникновении гидродинамических и электрохимических процессов. Длительность
обработки зависит от исходного состояния заусенцев, вида предварительной обработки
поверхности и составляет 2-5 минут.
4
BY 9204 C1 2007.04.30
Причем строгий порядок технологических операций обработки включает вначале подачу рабочего напряжения от источника постоянного тока 13 на ванну обработки 1 и обрабатываемое изделие 3, затем включение нагнетательного насоса 6 и прокачку струй
электролита посредством электроизоляционного шланга 7 через технологическое отверстие 4 и обрабатываемые отверстия 5 и только затем погружение вертикальной контактной пластины 12 в электролит с помощью подъемно-опускного механизма подвески 2.
Для обработки изделий из различных металлов с целью улучшения качества поверхности используют растворы различного состава. Например, для нержавеющей стали используется 5 % раствор сульфата аммония, для черной стали - 5 % раствор хлорида аммония, для меди и латуни - 5 % раствор лимоннокислого аммония, а для алюминия суммарный 5 % раствор хлорида калия и органической кислоты.
Пример конкретного выполнения
В качестве примера использования предлагаемого устройства проводилась обработка
изделия типа рампа форсунок двигателя автомобиля ВАЗ из алюминиевого сплава, имеющего боковые отверстия, выполненные механической обработкой (сверлением), которая
оставляет внутри изделия не только острые кромки и микрозаусенцы, но и макрозаусенцы, задиры и даже стружку. Удаление последних механическим путем весьма затруднено,
требует больших затрат ручного труда и использования специального инструмента и приспособлений. Однако заусенцы и остатки стружки внутри рампы недопустимы из-за возможности их отрыва в процессе длительной работы в потоке топлива и закупорки распылительного отверстия форсунок.
Обработка проводилась при напряжении 320-360 В и величине тока 15-20 А в суммарном 5 % водном растворе хлорида калия и органической кислоты при температуре 1560 °С в течение 2-3 минут. Исходная шероховатость поверхности составляла Ra = 0,75 мкм.
После обработки внутренние макро- и микрозаусенцы, задиры и стружка были удалены,
острые кромки отверстий скруглены, внутренняя поверхность полости отполирована до
шероховатости Ra = 0,15 мкм.
Предлагаемое устройство для электролитно-плазменной обработки внутренних поверхностей полого длинномерного изделия с отверстиями позволяет расширить технологические возможности плазменно-электролитной обработки на внутренние поверхности
узких полостей длинномерных изделий с отверстиями, снимать макрозаусенцы и удалять
стружку внутри изделий, вести обработку в холодном электролите и без погружения изделия в электролит и при этом экономить электроэнергию и химические реактивы.
Источники информации:
1. А.с. СССР № 1715892, МПК C 25F 7/00, 1992.
2. Патент РБ № 2482, МПК C 25F 7/00, 1998.
3. Патент РБ № 984, МПК C 25F 7/00, 1995 (прототип).
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
110 Кб
Теги
by9204, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа