RU2034096C1

RU2034096C1 - Device for application of hardening coatings with ferromagnetic powders

Info

Publication number: RU2034096C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Щербаков; Б.П. Борисов
Original assignee: Калининградский технический институт рыбной промышленности и хозяйства; Малое предприятие "Наука"
Priority date: 1991-10-08
Filing date: 1991-10-08
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: device has two successively located coils: inductor coil and oscillation coil. Device also has vibrator coil installed on powder metering bin and is electrically connected to oscillation coil. Inductor core is suspended from spring for oscillating motion along inductor coil axis. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к нанесению упрочняющих покрытий электрофизическими и электрохимическими способами. The invention relates to mechanical engineering, namely to the application of hardening coatings by electrophysical and electrochemical methods.

Известно устройство для нанесения покрытий методом электроимпульсной наплавки (наплавка ферропорошками в магнитном поле также получила название магнитоэлектрического упрочнения МЭУ упрочняющих покрытий на канавки поршней). Устройство состоит из двух катушек катушки индуктора и катушки осцилляции, и работает по принципу поляризованного реле. Устройство под воздействием магнитных полей индуктора и катушки осцилляции совершает колебательные движения компактного электрода в поперечном направлении с заданной (промышленной) частотой. Замыкая через подаваемый из бункера дозатора ферропорошок цепь импульсного тока то на одну, то на другую сторону стенок канавки, производят наплавку ферропорошка. Деталь и электрод подключены при обратной полярности к источнику импульсного тока. A device for applying coatings by the method of electropulse surfacing (surfacing with ferro-powders in a magnetic field is also called magnetoelectric hardening MEU hardening coatings on the piston grooves). The device consists of two coils of the inductor coil and the oscillation coil, and operates on the principle of a polarized relay. The device under the influence of the magnetic fields of the inductor and the oscillation coil oscillates the compact electrode in the transverse direction with a given (industrial) frequency. Closing the impulse current circuit through one or the other side of the walls of the groove through the ferro-powder supplied from the hopper of the batcher, the ferro-powder is surfaced. The part and electrode are connected with reverse polarity to a pulse current source.

Однако это устройство имеет ряд недостатков. Оно не может быть использовано при упрочнении цилиндрических деталей по наружной поверхности, так как движение осцилляции совершает в поперечном направлении. Электрод имеет постоянную частоту колебаний, а его колебания и скорость подачи ферропорошка в межэлектродный зазор не согласованы с процессами, происходящими при наплавке, т.е. не обеспечивается режим самосинхронизации. However, this device has several disadvantages. It can not be used when hardening cylindrical parts on the outer surface, since the oscillation moves in the transverse direction. The electrode has a constant oscillation frequency, and its oscillations and the feed rate of the ferropowder into the interelectrode gap are not consistent with the processes occurring during surfacing, i.e. self-synchronization mode is not provided.

Наиболее близким по достигаемой цели является устройство, принятое за прототип. Устройство выполнено в виде неподвижного магнитопровода, жестко связанного с полюсным наконечником, причем на катушку электромагнита подается ток наплавки. The closest to the achieved goal is the device adopted for the prototype. The device is made in the form of a fixed magnetic circuit, rigidly connected with a pole piece, and a surfacing current is supplied to the electromagnet coil.

Несмотря на то, что в данном устройстве удается синхронизировать импульсы магнитного поля катушки и протекающего тока наплавки, устройство не обеспечивает высокое качество наплавленного слоя, поскольку величина тока наплавки функционально не связана со скоростью подачи ферропорошка в межэлектродный зазор. Это приводит к тому, что при отклонении наплавочного тока в большую или меньшую сторону от настроенного оптимума требуется вмешательство оператора и ручная поднастройка процесса за счет корректировки межэлектродного зазора и скорости дозирования порошка. Despite the fact that in this device it is possible to synchronize the pulses of the magnetic field of the coil and the flowing current of the surfacing, the device does not provide high quality of the deposited layer, since the magnitude of the surfacing current is not functionally related to the feed rate of the ferropowder into the interelectrode gap. This leads to the fact that when the surfacing current deviates to a greater or lesser side from the adjusted optimum, operator intervention and manual adjustment of the process are required by adjusting the interelectrode gap and the powder dosing rate.

Следовательно, данное устройство не обеспечивает стабилизации тока наплавки за счет автоматического согласования во времени величины тока и скорости подачи порошка, т.е. режим самосинхронизации также не обеспечивается. По этой причине устройство-прототип не может быть использовано при работе с новыми источниками питания "Импульс-5" и "Импульс-6", где напряжение на межэлектродный зазор подается модулированным, т.е. в виде пакетов импульсов регулируемой частоты и скважности. Therefore, this device does not provide stabilization of the surfacing current due to automatic matching in time of the current value and the powder feed rate, i.e. self-synchronization mode is also not provided. For this reason, the prototype device cannot be used when working with new Impulse-5 and Impulse-6 power sources, where the voltage to the interelectrode gap is modulated, i.e. in the form of packets of pulses of adjustable frequency and duty cycle.

Цель изобретения повышение качества наплавки и обеспечение режима самосинхронизации процесса. The purpose of the invention is to improve the quality of surfacing and providing a self-synchronization process.

Для этого устройство выполнено с двумя последовательно расположенными катушками: катушкой индуктора, которая запитывается постоянным током и обеспечивает подвод компактного электрода к детали, и катушкой осцилляции, через которую проходит импульсный ток наплавки и тем самым обеспечивается отвод электрода от детали. Устройство также снабжено катушкой вибратора, установленной на бункере-дозаторе порошка и подключенной электрически параллельно катушке осцилляции. Сердечник индуктора подвешен на пружинах с возможностью осциллирующего движения вдоль оси катушки индуктора (перпендикулярно к упрочняемой поверхности). Корпус устройства одновременно является и магнитопроводом. For this, the device is made with two sequentially arranged coils: an inductor coil, which is supplied with direct current and provides a compact electrode to the part, and an oscillation coil, through which the surfacing pulse current passes, and thereby the electrode is removed from the part. The device is also equipped with a vibrator coil mounted on a powder hopper and electrically connected in parallel with the oscillation coil. The core of the inductor is suspended on springs with the possibility of oscillating motion along the axis of the inductor coil (perpendicular to the hardened surface). The case of the device is also a magnetic circuit.

Отличительной особенностью предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом является то, что последовательно с катушкой индуктора устанавливается катушка осцилляции, а катушка вибратора бункера дозатора подключена параллельно катушке индуктора. Эти особенности обеспечивают соответствие предлагаемого технического решения критерию "новизна". A distinctive feature of the proposed technical solution in comparison with the prototype is that an oscillation coil is installed in series with the inductor coil, and the vibrator coil of the metering hopper is connected in parallel with the inductor coil. These features ensure that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

В научно-технической и патентной литературе не описано предлагаемое последовательное расположение катушки индуктора с катушкой осцилляции, а также катушки вибратора, подключенной параллельно катушке осцилляции. Именно такое конструктивное расположение катушек и их электрическое соединение позволяет достичь поставленной цели, т.е. обеспечить режим самосинхронизации процесса, который позволяет учитывать состояние поверхности и количество подаваемого в зону наплавки порошка. Таким образом, режим самосинхронизации позволяет повысить качество наплавленной поверхности и производительность процесса. Следовательно, предлагаемое техническое решение проявляет новые свойства, а значит оно соответствует критеpию "существенные отличия". The scientific, technical and patent literature does not describe the proposed sequential arrangement of the inductor coil with the oscillation coil, as well as the vibrator coil connected in parallel with the oscillation coil. It is this constructive arrangement of the coils and their electrical connection that allows you to achieve your goal, i.e. to provide a process self-synchronization mode, which allows taking into account the surface condition and the amount of powder supplied to the surfacing zone. Thus, the self-synchronization mode improves the quality of the deposited surface and the productivity of the process. Therefore, the proposed technical solution exhibits new properties, which means that it meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для нанесения упрочняющих покрытий; на фиг. 2 процесс нанесения упрочняющих покрытий. In FIG. 1 shows the proposed device for applying hardening coatings; in FIG. 2 process of applying hardening coatings.

Корпус 1 устройства для нанесения упрочняющих покрытий, являющийся одновременно неподвижным магнитопроводом, монтируется через изоляционные пластины в резцедержателе 2 наплавочного станка. На корпусе крепится бункер-дозатор 3, оснащенный вибратором с катушкой 4, подключенной параллельно катушке осцилляции 5. Сердечник 6 катушки осцилляции крепится к корпусу с возможностью наладочного перемещения при регулировании зазора h. Между упрочняемой деталью 7 и катушкой осцилляции на одной оси с последней установлена катушка индуктора 8, сердечник которой 9 подвешен с возможностью осциллирующего движения на плоских пружинах 10. С внешней стороны пружин на кронштейнах расположены регулировочные винты 11. Компактный электрод 12 (он же полюсный наконечник электромагнитной системы) изолирован от сердечника индуктора прокладками 13 и электрически соединен с катушкой осцилляции, которая в свою очередь подключена к одному из полюсов импульсного источника тока наплавки. Другой полюс этого же источника электрически соединен с вращающимся центром 14, изолированным от станка втулкой 15. Гранулы порошка 16 поступают в рабочую зону из бункера-дозатора по лотку 17. The housing 1 of the device for applying reinforcing coatings, which is simultaneously a fixed magnetic circuit, is mounted through insulating plates in the tool holder 2 of the surfacing machine. A hopper 3 is mounted on the housing, equipped with a vibrator with a coil 4 connected in parallel with the oscillation coil 5. The core 6 of the oscillation coil is attached to the housing with the possibility of adjustment when adjusting the gap h. Between the hardened part 7 and the oscillation coil, an inductor coil 8 is installed on the same axis as the latter, the core of which 9 is suspended with the possibility of oscillating motion on the flat springs 10. Adjusting screws 11 are located on the outside of the springs on the brackets. Compact electrode 12 (it’s also system) is isolated from the core of the inductor by gaskets 13 and is electrically connected to an oscillation coil, which in turn is connected to one of the poles of the pulsed surfacing current source. The other pole of the same source is electrically connected to the rotating center 14, isolated from the machine by the sleeve 15. The powder granules 16 enter the working area from the hopper-dispenser through the tray 17.

Устройство устанавливается в резцедержателе станка и электроизолируется от него прокладками. Обрабатываемая деталь крепится в изолированных с помощью втулок центрах и приводится во вращательное движение от привода станка. На катушку индуктора подают напряжение от источника постоянного тока. На компактный электрод и деталь подают напряжение от источника тока наплавки. Перемещают суппорт станка и, следовательно, закрепленное в резцедержатель устройство по направлению к детали до тех пор, пока межэлектродный (рабочий) зазор h₁ между электродом и деталью не станет меньше зазора в магнитопроводе h. В этом случае большая часть технологического магнитного потока Φ_т, создаваемого катушкой индуктора, пройдет через рабочий зазор h₁. Под воздействием электромагнитной силы электрод притягивается к детали, деформируя плоские пружины и замыкая электрическую цепь тока наплавки. В результате через катушку осцилляции проходят импульсы тока, создавая импульсный магнитный поток осцилляции Φ_осц. Одновременно импульсы тока поступают и на катушку вибратора, вследствие чего ферромагнитный порошок из дозатора по лотку подается в зону обработки. Взаимодействие постоянного потока Φ_т с переменным потоком Φ_осц компактный электрод приводится на плоских пружинах в интенсивное осциллирующее движение с одновременной подачей ферропорошка в изменяющийся циклически от нуля до максимума межэлектродный зазор. В момент замыкания цепи тока наплавки порошок плавится и образующийся расплав совместным действием электрических и магнитных полей наносится на поверхность детали.The device is installed in the tool holder of the machine and is electrically insulated from it by gaskets. The workpiece is mounted in centers insulated with bushings and rotationally driven by the machine drive. The inductor coil is supplied with voltage from a direct current source. A voltage is applied to the compact electrode and the part from the surfacing current source. The machine support and, therefore, the device fixed in the tool holder are moved towards the part until the interelectrode (working) gap h ₁ between the electrode and the workpiece is less than the gap in the magnetic circuit h. In this case, most of the technological magnetic flux Φ _t created by the inductor coil passes through the working gap h ₁ . Under the influence of electromagnetic force, the electrode is attracted to the part, deforming the flat springs and closing the electrical current flow circuit. As a result, current pulses pass through the oscillation coil, creating a pulsed magnetic oscillation flux Φ _os . At the same time, current pulses are also supplied to the vibrator coil, as a result of which the ferromagnetic powder from the dispenser is fed through the tray to the processing zone. The interaction of a constant flux Φ _t with an alternating flux Φ _{os a} compact electrode is driven on flat springs into an intense oscillating motion with the simultaneous supply of a ferropowder to the interelectrode gap cyclically varying from zero to a maximum. At the moment of closure of the surfacing current circuit, the powder melts and the resulting melt is applied to the surface of the part by the combined action of electric and magnetic fields.

Устройство позволяет за счет режима самосинхронизации автоматически и с высокой степенью надежности поддерживать на заданном оптимальном уровне значение тока наплавки. Это достигается следующим образом. The device allows, due to the self-synchronization mode, to automatically and with a high degree of reliability maintain the value of the surfacing current at a given optimal level. This is achieved as follows.

При отклонении тока наплавки от оптимума в сторону увеличения соответственно увеличивается ток через катушку осцилляции 5, возрастает поток Φ_осц, увеличивается электромагнитная сила, притягивающая подвижный сердечник индуктора 9 к неподвижному сердечнику 6 катушки осцилляции. В результате межэлектродный зазор h₁ возрастает, степень силового воздействия электрода на гранулы порошка снижается (более слабый прижим порошка к детали), время прохождения импульсов тока по цепи электрод гранулы порошка деталь становится меньше, что в конечном счете и выразится в уменьшении тока наплавки. Одновременно уменьшится и величина тока, проходящего через катушку вибратора, интенсивность вибраций уменьшится и соответственно меньше поступит в рабочий зазор порошка. Это в свою очередь еще больше интенсифицирует уменьшение тока наплавки вновь до оптимального уровня.When the surfacing current deviates from the optimum upward, the current through the oscillation coil 5 increases accordingly, the flux Φ _os increases, the electromagnetic force increases, attracting the movable core of the inductor 9 to the fixed core 6 of the oscillation coil. As a result, the interelectrode gap h ₁ increases, the degree of force action of the electrode on the powder granules decreases (weaker powder pressure on the part), the time of the current pulses passing through the electrode powder granule chain, the part becomes smaller, which ultimately results in a decrease in the surfacing current. At the same time, the magnitude of the current passing through the vibrator coil decreases, the intensity of the vibrations decreases and, accordingly, less enters the working gap of the powder. This, in turn, intensifies the decrease in the deposition current again to the optimum level.

Если наплавочный ток отклоняется от настроенного оптимума в сторону уменьшения, то уменьшается ток через катушку осцилляции, действие потока осцилляции Ф_осц ослабляется, рабочий зазор h₁ становится меньше, условия образования электрического контакта в цепи электрод гранулы порошка деталь улучшаются (растет длительность контактной стадии процесса). В результате ток наплавки начинает возрастать, стремясь к оптимуму. Параллельно с этим растет и ток через катушку вибратора, вследствие чего поступление порошка в рабочий зазор возрастает и процесс возвращения наплавочного тока к оптимальному уровню интенсифицируется.If the surfacing current deviates from the adjusted optimum in the direction of decreasing, then the current through the oscillation coil decreases, the action of the oscillation flux Ф _os decreases, the working gap h ₁ becomes smaller, the conditions for the formation of an electrical contact in the electrode powder granule chain, the part improves (the duration of the contact stage of the process increases) . As a result, the surfacing current begins to increase, striving for optimum. In parallel with this, the current through the vibrator coil also increases, as a result of which the flow of powder into the working gap increases and the process of returning the surfacing current to the optimum level is intensified.

Поскольку ток наплавки является импульсным и изменяется циклически, а электрод совершает на плоских пружинах циклические колебания, то описанная выше последовательность автоматической стабилизации тока по сути отображает тот факт, что предлагаемое устройство автоматически согласовывает (синхронизирует) между собой скорость подачи порошка с электрическим и механическим колебательными процессами в межэлектродном зазоре, т.е. обладает свойством самосинхронизации. За счет этого просто и надежно стабилизируется один из главных факторов ток наплавки, что в свою очередь ведет к повышению стабильности процесса упрочнения в целом и качества наносимых на деталь упрочняющих покрытий. Since the surfacing current is pulsed and changes cyclically, and the electrode performs cyclic oscillations on flat springs, the sequence of automatic current stabilization described above essentially reflects the fact that the proposed device automatically matches (synchronizes) the flow rate of the powder with electric and mechanical oscillatory processes in the interelectrode gap, i.e. has the property of self-synchronization. Due to this, one of the main factors of the surfacing current is simply and reliably stabilized, which in turn leads to an increase in the stability of the hardening process as a whole and the quality of the hardening coatings applied to the part.

Наладка устройства для работы в режиме самосинхронизации включает в себя регулировку зазора h в магнитопроводе, межэлектродного зазора h₁ и настройку пружинной системы с помощью регулируемых упоров.The adjustment of the device for operation in the self-synchronization mode includes the adjustment of the gap h in the magnetic circuit, the interelectrode gap h ₁ and the adjustment of the spring system using adjustable stops.

При наплавке лучше использовать новые источники импульсного тока "Импульс-5" и "Импульс-6", позволяющие подавать импульсный ток в зону наплавки в виде регулируемого по количеству импульсов пакета с регулируемой паузой между пакетами импульсов. Разработаны экспериментальные установки для ручного и автоматического упрочнения поверхностей быстро- изнашивающихся деталей в виде вибратора БВ-1 для ручного упрочнения и БВ-2 для автоматического упрочнения, работающие по принципу предлагаемого технического решения и сходные с ним по конструкции. When surfacing, it is better to use the new pulse current sources “Impulse-5” and “Impulse-6”, which allow applying a pulsed current to the surfacing zone in the form of a packet controlled by the number of pulses with an adjustable pause between pulse packets. Experimental installations have been developed for manual and automatic hardening of surfaces of rapidly wearing parts in the form of a BV-1 vibrator for manual hardening and BV-2 for automatic hardening, operating on the basis of the proposed technical solution and similar in design.

Предлагаемое техническое решение за счет реализации режима самосинхронизации позволяет повысить качество наплавленного слоя по сравнению с прототипом на 30-40% Производительность наплавки повышается в 1,4-1,8 раза. The proposed technical solution due to the implementation of the self-synchronization mode allows to increase the quality of the deposited layer in comparison with the prototype by 30-40%. The surfacing productivity increases by 1.4-1.8 times.

Claims

DEVICE FOR APPLICATION OF STRENGTHENING COATINGS BY FERROMAGNETIC POWDERS, held by a magnetic field created by an inductor coil, comprising a metering hopper, characterized in that it is equipped with an oscillation coil mounted in series with the inductor coil, fixed with adjustable longitudinal compressors, the inductor core is suspended on these springs, and the metering hopper is made with a vibrator, the coil of which is connected in parallel with the oscillation coil.