способ микродугового оксидирования группы деталей из вентильных металлов и их сплавов

Формула изобретения

СПОСОБ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ ГРУППЫ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ВЕНТИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ, преимущественно в щелочных электролитах, включающий погружение деталей в ванну и подключение их к источнику питания, отличающийся тем, что при одновременной обработке двух комплектов деталей эти комплекты формируют с возможностью обеспечения равенства обрабатываемых площадей, размещают их в одной ванне или в двух, гальванически связанных между собой, обработку ведут на симметричном токе, причем источник питания выполняют на базе феррорезонансного источника, включающего в себя силовой трансформатор и набор параллельно соединенных силовых конденсаторов, причем первые обкладки конденсаторов подключают к одной из входных клемм промышленной сети, вторые обкладки подсоединяют к параллельно соединенным первичным обмоткам трансформатора, токоподводы комплектов деталей подключают непосредственно к выходным клеммам источника питания, а ванну (ванны) с электролитом заземляют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрохимического поверхностного упрочнения вентильных металлов и их сплавов для защиты их от механического разрушения и абразивного износа.

Известен способ микродугового оксидирования, включающий погружение деталей в ванну преимущественно с щелочным электролитом и подключение их к источнику питания, выполненному на базе преобразователя переменного напряжения в асимметричное переменное.

Недостатком данного способа является снижение качества формируемого оксидного слоя при использовании преобразователя переменного напряжения в асимметричное за счет увеличения объемной пористости вследствие увеличения зерна оксидного слоя в результате увеличения крутизны фронта импульса тока, обусловленного укорачиванием токового импульса при различной нагрузке на сеть для положительной и отрицательной полуволн в случае нелинейной нагрузки, каковой является формируемый оксидный слой. Кроме того, обработка идет в режиме постоянной мощности. С ростом толщины оксидного слоя напряжение повышается, а ток снижается и, соответственно, падает скорость формирования оксидного слоя, т.е. со временем снижается производительность процесса, при этом при повышении напряжения оно может достигнуть значения "напряжения разрушения", микродуговой процесс может смениться постоянно горящими дугами, возможно разрушение оксидного слоя, т.е. брак. К тому же при данном способе оксидируется одновременно лишь одна деталь, т.е. способ малопроизводителен, причем ванна находится под напряжением, т.е. требуется принятие дополнительных мер безопасности его реализации.

Наиболее близким к изобретению является способ МДО, реализуемый в известном устройстве. Этот способ включает погружение деталей в ванну преимущественно с щелочным электролитом и подключение их к источнику питания, выполненному также на базе преобразователя переменного напряжения в асимметричное переменное. Первая ванна с электролитом соединена через шунт со второй ванной и с одним выводом другого шунта, который вторым выводом соединен с одним выводом первого электронного ключа, при этом второй вывод электронного ключа соединен с первой обкладкой первого конденсатора, вторая обкладка которого соединена с одной из входных клемм промышленной сети. Токоподвод детали, оксидируемой во второй ванне, через последовательно соединенные второй электронный ключ и второй конденсатор соединен с второй обкладкой первого конденсатора. Токоподвод детали, оксидируемой в первой ванне, соединен с другой входной клеммой промышленной сети. Первый блок синхронизации двумя входами параллельно подсоединен к второму шунту и одним входом к формирователю импульса, а второй блок синхронизации двумя входами параллельно подсоединен к первому шунту.

Такое подключение ванн позволяет осуществлять их работу в двухтактном режиме, т.е. когда происходит высоковольтный пробой формирующейся оксидной пленки на одной оксидируемой детали, то на другой оксидируемой детали - низковольтный и ванна с этой деталью в данный момент оказывает демпфирующее воздействие на высоковольтный пробой оксидной пленки, формирующейся на первой оксидируемой детали, что приводит к снижению крутизны фронта тока микродугового разряда в первый полупериод напряжения внешнего источника питания переменного тока, а во второй полупериод ванны с оксидируеыми деталями меняют свои функции.

Недостатками этого способа являются:

относительная крупнозернистость оксидного слоя вследствие использования асимметричного тока;

сложность реализации, так как с целью повышения качества оксидного слоя при обработке деталей асимметричным током для уменьшения крутизны фронта импульса тока используется сложная конструкция устройства, включающая вторую ванну, блоки синхронизации, содержащие формирователь импульсов, логический инвертор и усилитель, что к тому же снижает надежность;

определенная опасность реализации способа, связанная с тем, что корпуса ванн находятся под напряжением.

Целью предлагаемого технического решения является улучшение качества оксидного слоя, а именно уменьшение зерна оксидного слоя путем уменьшения крутизны фронта тока микродугового разряда за счет обработки симметричным током.

Способ включает одновременную обработку двух комплектов деталей на симметричном токе. Каждый комплект может состоять из ряда отдельных деталей разной геометрической формы, причем комплекты формируют с учетом обеспечения равенства обрабатываемых площадей. Осуществляют последовательное соединение двух комплектов деталей посредством электролита при расположении их в одной ванне или посредством гальванического соединения между собой ванн с электролитом, если комплекты деталей располагают в разных ваннах. Токоподводы каждого комплекта деталей подключают непосредственно к выходным клеммам источника питания, который подключают к промышленной сети. Источник питания выполнен на базе феррорезонансного источника, включающего в себя силовой трансформатор и набор параллельно соединенных силовых конденсаторов, причем первые обкладки конденсаторов подключают к одной из входных клемм промышленной сети, вторые обкладки подсоединяют к параллельно соединенным первичным обмоткам трансформатора. Ванна (ванны) с электролитом заземляют. Цель изобретения достигается только при использовании всей совокупности признаков изобретения. Источник без последовательного соединения двух комплектов деталей или при нагрузке из одного комплекта деталей неработоспособен.

Комплекты деталей, соединенные между собой последовательно через электролит и подключенные к вторичной обмотке силового трансформатора, расположенной на среднем стержне, служат нагрузкой, которая модулирует добротность последовательного резонансного контура, состоящего из набора силовых конденсаторов и первичных обмоток трансформатора, соединенных между собой параллельно. При модуляции добротности контура напряжение на выходе источника питания изменяется от 0 до некоторой величины 640 В, при которой наступает магнитное насыщение среднего стержня трансформатора. Источник питания работает в режиме источника тока. Выходной ток устанавливается в соответствии с режимом МДО, исходя из значения требуемой плотности тока (0,5-2,5) 10³ А/м², и изменяется незначительно.

Такая схема обеспечивает одинаковую нагрузку источника питания как по положительной, так и по отрицательной полуволне тока, т.е. обработка ведется симметричным током, в ней отсутствует дифференцирование входного переменного напряжения и, следовательно, крутизна фронта импульса тока минимальна.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема источника питания.

Устройство для МДО (см. фиг.1) содержит ванну 1 с электролитом, которая заземлена. В ванне размещаются два комплекта деталей 2 и 3. Их токоподводы подсоединены к выходным клеммам источника питания 4, который подключен к промышленной сети - клеммы 5 и 6.

Источник питания представляет собой источник технологического тока (см. фиг. 2). В основе его работы лежит явление резонанса напряжений. Источник питания состоит из набора силовых конденсаторов 7, соединенных между собой параллельно, и подключенных своими первыми обкладками к входной клемме 5 промышленной сети, а вторыми обкладками последовательно к первичным обмоткам 8 и 9 силового трансформатора 10. Обмотки 8 и 9 соединены между собой параллельно. Комплекты деталей 2 и 3 подсоединены к обмотке 11, расположенной на среднем стержне трансформатора 10. Комплекты деталей 2 и 3 модулируют добротность последовательного резонансного контура 7 и 10.

Пример конкретного выполнения способа.

Деталями служили две идентичные втулки из сплава АЛ25 с площадью поверхности, подлежащей МДО, 0,3 дм² каждая. Обе детали размещали в ванне с электролитом из 0,4%-ного водного раствора КОН и 0,2%-ного Na₂SiO₃. Обработку вели при плотности тока 1,5 10³ А/м². Был сформирован оксидный слой толщиной 3 10^-5 м.

Проведено испытание на износ на машине трения 2070СНТ по схеме "вал-втулка". Вал изготовлен из хромированной стали. Испытания показали, что износ образцов как из хромированной стали (вал), так и из сплава АЛ25 (втулка), упрочненного предлагаемым способом МДО, практически отсутствует при ресурсе наработки 100000 100 об. До и после испытаний образцы тщательно промывали и взвешивали на аналитических весах ВЛР-200 с погрешностью 2,010^-4 г.

Высокие механические свойства сформированного оксидного слоя предлагаемым способом, обусловленные его мелкозернистостью, достигаются уменьшением крутизны фронта импульса тока за счет реализации способа МДО на симметричном токе.

Предлагаемый способ МДО более производителен, так как реализуется на базе источника питания, работающего в режиме источника тока, когда выходной ток устанавливается в соответствии с режимом МДО, исходя из значения требуемой плотности тока, и в процессе обработки изменяется незначительно.

Предлагаемый способ МДО более стабилен, надежен и безопасен, чем известный, т. к. реализуется по более простой схеме, не содержащей активных элементов, а рабочая ванна (ванны) заземлена.