Пристрій для керування електричними розрядами при електроерозійному диспергуванні металів

Пропонована корисна модель належить до області порошкової металургії, зокрема до електроерозійного диспергування металів, і може бути використана для отримання ультрадисперсних металевих порошків. Відомий пристрій для керування електричними розрядами при електроерозійному диспергуванні металів, що містить генератор робочих імпульсів, реактор з патрубком для прокачування робочої рідини і електродами, з'єднаними з виходами генератора робочих імпульсів, судина-збірник і шатуновий механізм [Авт. свид. СССР №1470463. Способ электроэрозионного диспергирования металлов. МПК4 B22F9/14. Опубл. 07.04.1989. Бюл. №13]. Недоліком відомого пристрою є низька продуктивність, обумовлена тим, що в процесі диспергування розміри металевих гранул постійно зменшуються, що приводить до збільшення опору струмопровідних ланцюжків, які виникають при перемішуванні металевих гранул. При цьому ефективність диспергування зменшується внаслідок зменшення струму через реактор. Найбільш близьким до пропонованого є пристрій для керування електричними розрядами при електроерозійному диспергуванні металів, який містить підключені паралельно до іскрового проміжку запалювальний генератор і робочий генератор з входом, що керує, датчик струму, підключений до виходу запалювального генератора, розв’язувальний пристрій з аналізатором струму робочого розряду і пороговим елементом по струму, вхід якого підключений до другого виходу датчика струм у, а ви хід порогового елементу - до керуючого входу робочого генератора. Робочий генератор виконаний з блоками керування тривалістю робочого імпульсу, вхід якого підключений до виходу розв’язувального пристрою [Патент России №2065342. Способ управления электрическими разрядами при электроэрозионной обработке и устройство для его осуществления МПК6 B22F9/14. Опубл. 27.04.1997]. Недоліком відомого пристрою є низька продуктивність, обумовлена тим, що в процесі диспергування розміри металевих гранул постійно зменшуються, що приводить до збільшення опору струмопровідних ланцюжків, утворених металевими гранулами. Збільшення опору струмопровідних ланцюжків приводить до зменшення ефективності диспергування внаслідок зменшення струму через реактор. Для підвищення продуктивності у відомому пристрої збільшують енергію імпульсів шляхом збільшення їх тривалості. Збільшення енергії робочих імпульсів за допомогою збільшення їх тривалості, що застосовано у відомому пристрої, неефективно, оскільки при зменшенні струму енергія імпульсів зменшується по квадратичному закону, тоді як залежно від тривалості імпульсів енергія імпульсів змінюється по лінійному закону. Це приводить до необхідності встановлювати велику тривалість імпульсів навіть при малому зменшенні струму через реактор, що, у свою чергу, змінює умови протікання розрядів в реакторі і приводить до переходу іскрових розрядів в дугові розряди. При появі в реакторі дугови х розрядів відбувається зміна гранулометричного складу порошку у бік збільшення розмірів частинок, в той час, як при виробництві порошків необхідно не допускати зміни дисперсності отриманого порошку у бік збільшення розмірів частинок. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення продуктивності електроерозійного диспергування металів і отримання ультрадисперсних металевих порошків високого ступеня дисперсності. Поставлена задача вирішується за рахунок дії на металеві гранули електричними імпульсами, що мають швидкість наростання струму не менше 107А/с. При цьому, по мірі зменшення розмірів гранул здійснюється збільшення амплітуди напруги імпульсів на електродах по умові: Uod0/di, де U - амплітуда напруги імпульсів на електродах; Uo початкова амплітуда напруги імпульсів на електродах; d0 - початковий середній розмір металевих гранул; di поточний середній розмір металевих гранул. Запропонований, як і відомий пристрій для керування електричними розрядами при електроерозійному диспергуванні металів, містить керований генератор імпульсів, реактор з патрубками для прокачування робочої рідини і електродами, один з яких з'єднаний з першим виходом керованого генератора імпульсів, а другий електрод підключений до першого виходу да тчика струму, вхід якого підключений до другого виходу керованого генератора імпульсів, розв’язувальний пристрій, виходом підключений до керуючого входу керованого генератора імпульсів, і, відповідно до цієї пропозиції, він містить датчик швидкості наростання імпульсного струму, входом підключений до другого виходу датчика струму, а ви ходом з'єднаний з входом розв’язувального пристрою, а керований генератор імпульсів містить блок керування амплітудою імпульсів, входом якого є керуючий вхід генератора імпульсів. Введення в пристрій датчика швидкості наростання імпульсного струму, входом підключеного до другого виходу датчика струму, а ви ходом з'єднаного з входом розв’язувального пристрою, забезпечує встановлення швидкості наростання імпульсного струму не менше 107А/с. Це дозволяє збільшити продуктивність диспергування металів і змінювати дисперсність отриманого порошку у бік зменшення розмірів частинок за рахунок вибухового характеру процесу диспергування і за рахунок активізації кавітації в рідині, що приводить до виникнення значних гідродинамічних сил від потужних ударних хвиль, що р уйнують металеві гранули. Авторами експериментально встановлена оптимальна швидкість наростання струму електричних імпульсів. Так, наприклад, при швидкості наростання струму електричних імпульсів менше 10 7А/с ефективність диспергування металевих гранул низька. Це пов'язано з тим, що при малій швидкості наростання струму електричних імпульсів енергія імпульсу недостатня для ефективної електроерозії металу. При швидкості наростання імпульсного струму більше 107А/с процес диспергування металевих гранул протікає дуже активно. Це пов'язано з тим, що під дією високої температури, що виникає в зоні іскрового розряду, і під одночасною дією на металеві гранули значних гідродинамічних сил від потужних ударних хвиль здійснюється розм'якшення металу в локальних зонах іскроутворення на поверхні металевих гранул, що приводить до інтенсифікації процесу диспергування металевих гранул. При швидкості наростання імпульсного струму більше 107А/с процес диспергування носить вибуховий характер, що значно підвищує продуктивність диспергування і збільшує ступінь дисперсності порошку. Збільшення швидкості наростання струму електричних імпульсів більше 109А/с недоцільно, оскільки це вимагає ускладнення керованого генератора імпульсів і приводить до дорожчання пристрою. Введення до складу генератора імпульсів блоку керування амплітудою імпульсів, входом якого є той вхід генератора імпульсів, що керує, дозволяє збільшувати енергію електричних розрядів в реакторі по мірі зменшення розмірів металевих гранул згідно із законом: Uodo/di, де U - амплітуда напруги імпульсів на електродах; Uo - початкова амплітуда напруги імпульсів на електродах; d0 - початковий середній розмір металевих гранул; di - поточний середній розмір металевих гранул. Умову U=U0d0/di реалізує розв’язувальний пристрій, який видає сигнали, що керують, на той вхід генератора імпульсів, що керує. Це дозволяє зберегти протягом всього процесу диспергування швидкість наростання імпульсного струму не менше 107А/с і, відповідно, підвищити продуктивність електроерозійного диспергування і забезпечити отримання металевого порошку з високим ступенем дисперсності. На кресленні представлена схема пристрою для керування електричними розрядами при електроерозійному диспергуванні металів. Пристрій містить реактор 1 з патрубками 2 і 3 для прокачування робочої рідини і електродами 4 і 5, один з яких з'єднаний з першим виходом керованого генератора імпульсів 6, а другий електрод 5 підключений через датчик струму 7 до другого виходу керованого генератора імпульсів 6, а вихід датчика струму 7 з'єднаний з входом датчика швидкості наростання імпульсного струму 8, ви хід якого підключений до входу розв’язувального блоку 9. Керований генератор імпульсів 6 містить блок керування амплітудою імпульсів 10, входом якого є керуючий вхід генератора імпульсів 6. Пристрій для керування електричними розрядами при електроерозійному диспергуванні металів працює таким чином. В реактор 1, що виготовлений з діелектричного матеріалу і має електроди 4 і 5, завантажують металеві гранули 11, що підлягають диспергуванню, які розміщують рівномірним шаром на дні реактора 1. Електроерозійне диспергуванні гранул 11 здійснюють електричними імпульсами, які формують за допомогою керованого генератора імпульсів 6. Електричні імпульси, що мають швидкість наростання струму не менше 107А/с, надходять від керованого генератора 6 на електроди 4 і 5. Під час проходження імпульсів струму по ланцюжках, утворених металевими гранулами 11, між окремими гранулами і між гранулами і електродами виникають електричні розряди. При цьому, за рахунок електричної ерозії здійснюється утворення металевого порошку у водному середовищі. Через патрубок 2 в реактор 1 подають воду, яка виносить із зони диспергування через патрубок 3 металевий порошок, що утворився, і одночасно охолоджує реактор. Підвищенню продуктивності напрацювання металевого порошку значною мірою сприяють фізичні явища в рідині, які активно проявляються при дії на металеві гранули електричними імпульсами, що мають швидкість наростання струму не менше 107А/с. При швидкості наростання імпульсного струму більше 107 А/с процес диспергування носить вибуховий характер і приводить в дію ряд фізичних яви щ в рідині, які при меншій швидкості наростання струму не проявляються або проявляються незначно. Висока швидкість наростання струму приводить до активізації процесів кавітації в рідині. При кавітації ультразвукова хвиля у фазах розрідження і стиснення викликає велику напруженість в рідині і утворення кавітаційних пузирів, що схлопуються. Швидкість схлопування кавітаційних пузирів досягає 1...1,5км/сек. Надзвуковий рух в рідкому середовищі породжує потужні ударні хвилі в рідині. У каналах електричного розряду температура досягає 10тис. градусів. Під дією високої температури, що виникає в зоні іскрового розряду, і під одночасною дію на металеві гранули 11 значних гідродинамічних сил від потужних ударних хвиль здійснюється розм'якшення металу в локальних зонах металевих гранул, що приводить до інтенсифікації процесу напрацювання металевого порошку. Імпульсний струм між електродами 4 і 5 вимірюється датчиком струму 7, який подає сигнали на вхід датчика швидкості наростання імпульсного струму 8. Датчик швидкості наростання імпульсного струму 8, який є диференціювальним вузлом, формує для розв’язувального блоку 9 сигнали, що керують. Амплітуда сигналів, що керують, пропорційна на вході блоку 9 швидкості наростання імпульсного струму. По мірі витрати металевих гранул 11 здійснюється зменшення їх розмірів, що приводить до збільшення опору струмопровідних ланцюжків, які хаотично виникають при коливаннях і мікроруха х металевих гранул. Це приводить до зменшення швидкості наростання імпульсного струму і може привести до зменшення продуктивності. Для підтримки стабільності процесу напрацювання порошку датчик швидкості наростання імпульсного струму 8 видає на вхід розв’язувального блоку 9 сигнали, що керують. Розв’язувальний блок 9 реалізує лінійну функцію, що керує, тип у U=U 0d0/di для блоку керування амплітудою імпульсів 10, де U - амплітуда напруги імпульсів на електродах, U0 - початкова напруга імпульсів на електродах, d0 - початковий середній розмір металевих гранул, di - поточний середній розмір металевих гранул. При зменшенні розмірів гранул 11 керований генератор імпульсів 6 видає на електроди 4 і 5 електричні імпульси з більшою амплітудою відповідно до функції U=U0d0/di, що приводить до відновлення початкової величини швидкості наростання імпульсного струму. Це дозволяє підтримувати швидкість наростання імпульсного струму в оптимальному діапазоні 10...10А/с при зменшенні розмірів гранул. Величину початкової напруги встановлюють з ура хуванням матеріалу металевих гранул, їх початкових розмірів і відстані між електродами. Значення початкової напруги зазвичай встановлюють в діапазоні 400...1000В залежно від матеріалу гранул. Наприклад, для мідних гранул оптимальне значення початкової напруги, при початковому середньому розмірі металевих гранул 8...10мм і міжелектродній відстані 150мм складає величину близько 500В.