Багатофункціональна установка для магнітотермохімічної обробки металевих виробів в сильних магнітних полях

Багатофункціональна установка для магнітотермохімічної обробки металевих виробів в сильних магнітних полях, яка містить блок випрямлячів і соленоїд, сполучені між собою за допомогою комутаційного блока, яка відрізняється тим, що вона додатково має програмний блок для встановлення довготривалості та шпаруватості імпульсів струму живлення соленоїда і термічну камеру, вхід комутаційного блока з’єднаний з блоком випрямлячів, а його вихід - через програмний блок - з соленоїдом, в якому розміщена термічна камера з магнітопрозорим контейнером і хімічноактивним середовищем заданого складу та виробами, які підлягають магнітотермохімічній обробці. (19) UA (11) (21) 20041210557 (22) 21.12.2004 (24) 15.02.2007 (46) 15.02.2007, Бюл. № 2, 2007 р. (72) Дмитриченко Микола Федорович, Карандаков Геннадій Васильович, Барилович Леонід Павлович (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) SU, 643 541, A, 25.01.1979 SU, 773 103, A, 23.10.1980 SU, 1 740 438, A1, 15.06.1992 UA, 36 139, A, 16.04.2001 UA, 40 807, A, 15.08.2001 UA, 76 331, C2, 17.07.2006 RU, 2 044 241, C1, 20.09.1995 Заявка RU, 95106423, A1, 20.12.1996 RU, 2 190 023, C2, 27.09.2002 DE, 3 116 845, A1, 11.11.1982 WO, 91/11537, A1, 08.08.1991 WO, 2004070747, A, 19.08.2004 Заявка US, 2002/0182557, A, 05.12.2002 Заявка JP, 20042111167, A, 29.07.2004 Бернштейн М.Л. Термомагнитная обработка стали.-М.: Металлургия, 1968. - С.9-41, 75-80, 84-91 C2 2 78052 1 3 78052 4 10, 20 і 40мм для обробки імпульсним магнітним обмотку соленоїда (4), в якому протікає імпульсполем (ОІМП) феромагнітних матеріалів, розробний струм і. Цей струм створює в обмотці імпульслені в СРСР, Болгарії, США. Ці установки містять не магнітне поле соленоїда з напруженістю більше трансформатор, накопичувальний конденсатор, 800кА/м. Імпульсне магнітне поле діє на нагріту до що розряджається через керований тиристор на заданої температури термічну камеру (5), де знасоленоїд. В результаті формується великий імпуходиться магнітопрозорий контейнер з хімічнольсний струм і, як наслідок, висока імпульсна наактивним середовищем, заданого складу, і обробпруженість магнітного поля [3]. лювані вироби. На Фіг.2 наведена характеристика Найбільш близьким за технічною сутністю і імпульсного струму живлення соленоїда, де: досягнутими результатами є пристрій, що наведеΤ - період повторення імпульсів; ний в роботі [3]. tі - тривалість імпульсу; В основу винаходу поставлено задачу ствоtj - час наростання фронту імпульсу; рення багатофункціональної установки, яка дозвоtc - час спаду імпульсу; ляла б інтенсифікувати процеси термічної та хіміI0 - амплітуда імпульсу; ко-термохімічної обробки металів за рахунок Icp - середнє значення імпульсного струму. суттєвого прискорення дифузійного насичення Важливою характеристикою імпульсу є скважповерхневих шарів металевих виробів необхідниність Q, що характеризується відношенням Τ до tі. ми хімічними елементами, істотно покращувала б Параметри соленоїда установки для магнітоякість зміцнених покриттів та збільшувала б фізитермохімічної обробки металевих виробів наведені ко-механічні властивості металів, насамперед знонижче: состійкість, жаростійкість та стійкість проти корозії. - довжина соленоїда І=600мм; Поставлена задача вирішується тим, що бага- внутрішній діаметр 265мм; тофункціональна установка для обробки метале- зовнішній діаметр 400мм; вих виробів в сильних магнітних полях Фіг.1 міс- число витків n=1540; тить блок випрямлячів (1) і соленоїд (4), пов'язані - індуктивність L=0,365Гн; між собою за допомогою комутаційного блоку (2), - опір обмотки r=1,5Ом; яка відрізняється тим, що додатково має програм- постійна часу t=0,24с; ний блок (3) для встановлення довготривалості та - номінальний струм обмотки Іном =Іср=70А. скважності імпульсів струму живлення соленоїда і Визначимо максимальну імпульсну напружетермічну камеру (5), вхід комутаційного блоку поність магнітного поля соленоїда установки при в'язано з блоком випрямлячів, вихід - через провикористанні нерегульованого джерела живлення грамний блок з соленоїдом, в центрі якого розміз вихідною напругою U0=514В. щена термічна камера з заданою температурою U 514 Тоді імпульсний струм I0 = 0 = = 342A . нагрівання, яка автоматично підтримується в заr 15 , даному діапазоні і контейнер з хімічно-активним Виходячи Фіг.2 можна записати співвідношенсередовищем заданого складу, та вироби, що підня: лягають магніто-термохімічній обробці. І0tі= Іс рТ (1) Сформовані програмним блоком імпульси звідки струму живлення соленоїда, визначеної тривалосI T 342 ті і періодом повторення, дають можливість викоQ= 0 = = » 4,88 (2) ристати для отримання сильного імпульсного магIcp ti 70 нітного поля великогабаритний соленоїд з Вибираємо скважнісіь Q=5, чим забезпечуємо внутрішнім діаметром, достатнім для розміщення внормальний тепловий режим соленоїда. центрі соленоїда термічної камери з контейнером, Далі знайдемо тривалість наростання фронту заповненим хімічно активним середовищем задаімпульсу соленоїда tф . Межі наростання фронту ного складу і оброблюваними металевими вировибрані бами. Задане програмним блоком відношення певід 0,05 І0 до 0,95 І 0 (3) ріоду повторення імпульсів до їх тривалості Струм в соленоїді змінюється за формулою: забезпечує нормальний тепловий режим соленоїæ tö да (формула 2). - ÷ ç t÷ Блок випрямлячів (1) містить чотири автономi = I0 ç1- e (4) ç ÷ них джерела живлення. Два джерела живлення ç ÷ è ø однонапівперіодні і мостові - регульовані, і два Підставляючи (3) у (4) знайдемо. трифазні, з фіксованими постійними напругами на (5) виході. tф =3t, або 0,7с. Програмний блок формує струм живлення веЗвідси можна прийняти тривалість імпульсу ликогабаритного соленоїда і забезпечує його норбез врахування спаду tі=1с. Період повторення імпульсів Τ повинен бути: мальну роботу в тепловому режимі. Установка працює наступним чином. T=tі·Q=5c. (6) Блок випрямлячів (1) підключається безпосеДля захисту соленоїда від перенапруги під час редньо до мережі живлення. На виході випрямлярозриву стр уму до нього підключений високовольча знімається постійна напруга U0. Ця напруга тний силовий шунтуючий діод. Імпульсна напруженість магнітного поля в надходить на комутаційний (2) і програмний (3) блоки, де формуються імпульси з тривалістю tі і центрі соленоїда буде: періодом повторення Т, Фіг.2. Сформовані програмним блоком імпульси струму надходять на 5 78052 6 соку якість зміцнених робочих поверхонь. I × n × cos a 342 × 1540× 0,92 H= 0 = » 810кА (7) Таким чином, запропонована багатофункціом l 0,6 нальна установка для обробки металевих виробів де a - кут між віссю соленоїда та прямою, що в сильних магнітних полях дозволяє вести магнітз'єднує центр соленоїда і його кінець (початок) на ну, термічну, термохімічну та магніто-термохімічну внутрішньому діаметрі. обробку металевих виробів, в результаті чого виАктивна потужність, споживана установкою, роби набувають заданих фізико-механічних власдорівнює: тивостей. 2 × r = 702× = 7,35кВт Джерела інформації: Р = Icp 1. Сутність магнітно-імпульсної обробки. В кн. Б.В. Це в 10 разів менше ніж в установці, що ствоМалигіна - Магнитное упрочнение инструмента и рює аналогічну напруженість магнітного поля, надеталей машин. М. Машиностроение. 1989. - 112с. веденій в [3]. 2. Установка для одержання магнітних полів. В Наводимо отримані в Національному транспокнизі М.Л. Бернштейна Термічна обробка сталі. М. ртному університеті результати порівнювальних Металургія, 1968. - 95с. випробувань фізико-механічних властивостей ста3. Ю.А. Масалов та ін. Установки для ОІМП і релей, зміцнених магніто-термохімічною обробкою зультати застосування методу в промисловості. [4; 5]. Матеріали 4 науково-технічного семінару з нетраНа Фіг.3 наведені результати випробувань диційних технологій в машинобудуванні. Софіязносостійкості сталевих деталей при різних видах Горький, 1989, - 134с., Ботевград 89. зміцнюючої обробки. Як видно з Фіг.3 боровані 4. Л.П. Барилович, В.М. Ткачук Порівняльна оцінка деталі проявляють найбільшу стійкість до зносу. основних видів високоміцного покриття сталевих На Фіг.4 наведені результати порівняльних видеталей транспортних машин. Вісник Транспортпробувань деталей, виготовлених із сталі 45 на ної академії України та Українського транспортножаростійкість. Жаростійкість борованих деталей го університету, Ки їв - 1998, №2. суттєво відрізняється в позитивну сторону. 5. В.М. Ткачук, Л.П. Барилович, Фазовий і структуНа Фіг.5 наведені результати антикорозійної рний склад борованої сталі та його використання в стійкості сталевих деталей машин, зміцнених різпрактиці при відновленні і зміцненні деталей маними способами. шин. Вісник Транспортної академії України та Деталі машин, які зміцнені боруванням за анУкраїнського транспортного університету, Київ тикорозійними властивостями наближаються до 1998, №2. коштовних високолегованих сталей та мають ви 7 Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 78052 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601