способ обработки поверхности изделий дуговым разрядом в вакууме и устройство для его осуществления
Классы МПК: | C23C14/02 предварительная обработка покрываемого материала C23F4/04 физическим растворением |
Автор(ы): | Сидоров И.П., Антипов Б.Ф., Сенокосов Е.С., Сенокосов А.Е., Дикарев В.И. |
Патентообладатель(и): | Сидоров Игорь Петрович, Антипов Борис Федорович, Сенокосов Евгений Степанович, Сенокосов Андрей Евгеньевич, Дикарев Виктор Иванович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-07-06 публикация патента:
20.02.2000 |
Изобретение может относиться к области очистки и обработки деталей в вакууме на различных этапах технологического процесса. Способ включает возбуждение разряда, обработку поверхности катодными пятнами дуги и перемещение их вдоль участка обработки, при этом исходное изделие сложной формы вводят в зону обработки и выводят из зоны обработки с помощью механизма перемещения, над обрабатываемой поверхностью изделия формируют магнитное поле различной конфигурации, воздействуют им на другой разряд, перемещают отрицательный электрод по обрабатываемой поверхности, а положительный электрод - над обрабатываемой поверхностью, изменяют точки подключения отрицательного потенциала к обрабатываемой поверхности, причем перемещение катодной области дуги осуществляют посредством изменения во времени и пространстве электрического и магнитного полей, а также посредством перемещения электродов относительно обрабатываемого изделия. Устройство содержит оператор, механизм ввода движения из атмосферы в вакуум, дополнительный электрод, систему вакуумирования, бокс для обработки изделия сложной формы, источник питания электрической дуги, источник питания электромагнитных катушек, сменные электромагнитные катушки, сменные дополнительные основные электроды, блок положительного электрода, манипулятор и ЭВМ. Изобретение позволяет повысить качество и производительность обработки. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ обработки поверхности изделий дуговым разрядом в вакууме, включающий возбуждение разряда, обработку поверхности катодными пятнами дуги и перемещение их вдоль участка обработки, отличающийся тем, что исходное изделие сложной формы вводят в зону обработки и выводят из зоны обработки с помощью механизма перемещения, управляемого оператором или ЭВМ, над обрабатываемой поверхностью изделия сложной формы формируют магнитное поле различной конфигурации, воздействуют им на дуговой разряд, перемещают отрицательный электрод по обрабатываемой поверхности, а положительный электрод над обрабатываемой поверхностью, изменяют точки подключения отрицательного потенциала к обрабатываемой поверхности изделия сложной формы, при этом перемещение катодной области дуги осуществляют посредством изменения во времени и пространстве электрического и магнитного полей, а также посредством перемещения электродов относительно обрабатываемого изделия, управляемых оператором или ЭВМ. 2. Устройство для осуществления способа, содержащее основной электрод, подключенный к положительному полюсу источника питания, дополнительный электрод, подключенный вместе с обрабатываемой поверхностью изделия к отрицательному полюсу источника питания, и блок электромагнитного перемещения электрической дуги, отличающееся тем, что оно снабжено боксом для обработки изделий сложной формы, снабженным механизмами ввода движения из атмосферы в вакуум, набором положительных электродов из различных материалов и различной формы и набором электромагнитных катушек с различной конфигурацией создаваемого магнитного поля, причем электроды и электромагнитные катушки выполнены сменными, электромагнитные катушки размещены с возможностью наложения магнитного поля на дуговой разряд в вакууме с последующим его изменением во времени и пространстве, отрицательный и положительный электроды снабжены механизмами перемещения над поверхностью и по поверхности обрабатываемого изделия сложной формы, приводимыми в движение механизмом ввода движения из атмосферы в вакуум или дистанционным приводом по командам оператора или ЭВМ.Описание изобретения к патенту
Предлагаемые способ и устройство относятся к области очистки и обработки поверхности деталей в вакууме на различных этапах технологического процесса, в частности для удаления с поверхности деталей оксидных пленок (окалины, ржавчины) и загрязнений, нанесений защитных покрытий, упрочнения или отпуска поверхностного слоя обрабатываемой детали, удаления заусениц и могут быть использованы в металлообрабатывающих отраслях промышленности. Известные способы обработки поверхности изделий дуговым разрядом в вакууме и устройство для их осуществления основаны:на воздействии дуговым разрядом на обрабатываемую поверхность изделий при атмосферном давлении (авт. свид. СССР N 476.041, B 08 B 1/00, 1971; патент США N 5.143.561, B 21 B 45/06, 1992; патент Франции N 2.664.510, B 21 B 37/08, 1992; Литвинов В.К., Мороз А.П. Исследование энергетических характеристик плазменно-дугового процесса зачистки металлов круглого профиля. Известия Вузов сер. "Черная металлургия", 1982, N 4 и др.);
на воздействии дуговым разрядом на обрабатываемую поверхность изделий при атмосферном давлении с одновременным вводом в зону очистки моющих веществ, например, кальцинированной соды (авт. свид. СССР N 937.689, B 21 B 7/04, 1980; патент США N 5.036.689, B 21 B 45/04, 1991; Стебленко В.Л., Ситников И. В. Использование высокочастотного дугового разряда атмосферного давления для очистки и активации металлических поверхностей. Плазмотехнология. Сборник научных трудов. Киев, 1990 и др.)
на воздействии дуговым разрядом на обрабатываемую поверхность изделий в защитной газовой среде (авт. свид. СССР N 1.272.725, C 22 B 9/20, 1985; N 1.770.420, C 22 B 9/20, 1990; N 1.812.239, C 23 C 14/32, 1990; Терехов В.П. Очистка поверхности проволоки дуговым разрядом. Бюл. ин-та Черметинформация, 1976, N 7; Домбровский В. Плазменная металлургия. - Л., 1972 и др.);
на воздействии дуговым разрядом на обрабатываемую поверхность изделий в защитной газовой струе с одновременным процессом сварки (авт. свид. СССР N 171.056, B 08 B 7/00, 1963; Максимов Л.Ю., Кривонос Г.А Экологически безопасная очистка металла в потоке. - Тяжелое машиностроение, 1997, N 5);
на воздействии дуговым разрядом на обрабатываемую поверхность изделий в вакууме (авт. свид. СССР N 1.695.704, C 23 C 14/22, 1987; N 1.806.870, B 08 B 3/10, 1989; Булат В.Е., Эстерлиз М.Х. Очистка металлических изделий от окалины, окисной пленки и загрязнений электродуговым разрядом в вакууме. Физика и химия обработки материалов, 1987, N 3 и др.);
на воздействии дуговым разрядом на обрабатываемую поверхность изделий в вакууме с наложением на электрическую дугу постоянного магнитного поля (авт. свид. СССР N 719.710, B 08 B 3/10,1977; N 935.141, B 08 B 3/10, 1980; N 1.749.279, C 22 B 9/20, 1990; Патон Б.Е. и др. Плазменно-дуговой переплав поверхностного слоя слитков и заготовок. Сталь, 1987, N 1 и др.). Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является "Способ обработки поверхности изделий дуговым разрядом в вакууме" (авт. свид. СССР N 1.695.704, C 23 C 14/02, 1987), который и выбран в качестве прототипа. Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Устройство электродуговой обработки поверхности металла" (авт. свид. СССР N 1.806.870, B 08 B 3/10, 1989), которое и выбрано в качестве прототипа. Однако известные способ и устройство не обеспечивают требуемого качества обработки поверхности изделий сложной формы. Цель изобретения - повышение качества и производительности обработки поверхности изделий сложной формы. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки поверхности изделий дуговым разрядом в вакууме, включающим возбуждение разряда, обработку поверхности катодными пятнами дуги и перемещение их вдоль участка обработки, исходное изделие сложной формы вводят в зону обработки и выводят из зоны обработки с помощью механизма перемещения, управляемого оператором или ЭВМ, над обрабатываемой поверхностью изделия сложной формы формируют магнитное поле различной конфигурации, воздействуют им на дуговой разряд, перемещают отрицательный электрод по обрабатываемой поверхности, а положительный электрод над обрабатываемой поверхностью изделия сложной формы с помощью механизмов ввода движения из атмосферы в вакуум или дистанционного привода, управляемыми оператором или ЭВМ, изменяют точки подключения отрицательного потенциала к обрабатываемой поверхности изделия сложной формы, при этом перемещение катодной области дуги осуществляют посредством изменения во времени и в пространстве электрического и магнитного полей, а также посредством перемещения электродов относительно обрабатываемого изделия, управляемых оператором или ЭВМ. Предлагаемый способ может быть осуществлен устройством, содержащим основной электрод, подключенный к положительному полюсу источника питания дополнительный электрод, подключенный вместе с обрабатываемой поверхностью изделия к отрицательному полюсу источника питания, и блок электромагнитного перемещения электрической дуги, при этом оно снабжено боксом для обработки изделий сложной формы, снабженным механизмом ввода движения из атмосферы в вакуум, набором дополнительных положительных электродов из различных материалов и различной формы и набором магнитных катушек с различной конфигурацией создаваемого магнитного поля, причем электроды и магнитные катушки выполнены сменными, магнитные катушки размещены с возможностью наложения магнитного поля на дуговой разряд в вакууме с последующим его изменением во времени и в пространстве, отрицательный и положительный электроды снабжены механизмами перемещения над поверхностью и по поверхности обрабатываемого изделия сложной формы, приводимыми в движение механизмом ввода движения из атмосферы в вакуум или дистанционным приводом по командам оператора или ЭВМ. Структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа представлена на фиг. 1, 2 и 3. При этом на фиг. 1 процессом обработки поверхности изделий сложной формы управляет оператор. На фиг. 2 - оператор через пульт управления и манипулятор. На фиг. 3 - ЭВМ через манипулятор. Устройство содержит оператор 1, механизм ввода движения из атмосферы в вакуум 2, дополнительный электрод 3, подключенный к отрицательному полюсу источника питания дуги, обрабатываемое изделие сложной формы 4, исходное изделие сложной формы 5, систему вакуумирования 6, бокс 7 для обработки поверхности изделий сложной формы, источник 8 питания электрической дуги, источник 9 питания электромагнитных катушек, очищенные изделия сложной формы 10, сменные электромагнитные катушки 11, сменные дополнительные положительные электроды 12, блок 13 положительного электрода, смотровой люк 14, манипулятор 15, пульт управления 16 и ЭВМ 17. Обработку поверхности изделий сложной формы по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. В блок 7 помещают исходное изделие 5 сложной формы, сменные электромагнитные катушки 11, сменные дополнительные основные электроды 12. Дополнительный электрод 3 вместе с обрабатываемой поверхностью 4 сложной формы подключают к отрицательному полюсу источника 8 питания электрической дуги, а блок 13 основных электродов - к положительному. Затем бокс 7 герметически закрывают и системой вакуумирования 6 откачивают из него воздух. После достижения в боксе давления остаточных газов ниже 10 мм рт.ст. возбуждают дуговой разряд в режиме возрастающего участка вольтамперной характеристики, в котором различают катодную и анодную области и расположенный между ними положительный столб. Основная часть катодной области дуги, находящаяся непосредственно у обрабатываемого изделия сложной формы (катода), имеет вид ярко светящихся, быстро движущихся одного или нескольких пятен. Плотность тока в таких пятнах превышает 105 А/см2, поэтому происходит мгновенный локальный разогрев поверхности обрабатываемого изделия. В результате окалина, ржавчина, заусеницы и другие загрязнения испаряются и остается чистая поверхность изделия. Вследствие высокой температуры и большой скорости перемещения катодных пятен происходит быстрый разогрев приповерхностного слоя и последующий отвод тепла от него в тело изделия сложной формы, что приводит поверхностной ее закалке. Для перемещения катодных пятен по обрабатываемой поверхности изделия сложной формы на дуговой разряд накладывают внешнее магнитное поле так, чтобы его вектор
![способ обработки поверхности изделий дуговым разрядом в вакууме и устройство для его осуществления, патент № 2145643](/images/patents/326/2145643/2145643-2t.gif)
![способ обработки поверхности изделий дуговым разрядом в вакууме и устройство для его осуществления, патент № 2145643](/images/patents/326/2145643/2145643-3t.gif)
Класс C23C14/02 предварительная обработка покрываемого материала
Класс C23F4/04 физическим растворением