DE69020553T2 - Electric arc treatment of particles. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung gehört zur Technik der Lichtbogenbearbeitung von Werkstücken, genauer zu den Verfahren zum Lichtbogenabtragen bei Werkstücken und Einrichtungen für dessen Durchführung.The present invention belongs to the technology of arc machining of workpieces, more precisely to the methods for arc removal from workpieces and devices for carrying it out.
Gegenwärtig existiert das Problem einer qualitätvollen Bearbeitung von Werkstücken nach Auftragen einer Beschichtung. Die existierenden technologischen Verfahren zur Vorbereitung der Werkstücke für das Auftragen der Beschichtung stellen im wesentlichen arbeitsaufwendige, wenig produktive und umweltschädigende chemische und mechanische Verfahren dar.Currently, there is a problem of high-quality processing of workpieces after applying a coating. The existing technological processes for preparing workpieces for applying the coating are essentially labor-intensive, low-productivity and environmentally harmful chemical and mechanical processes.
In letzter Zeit wurden auch andere Verfahren entwickelt.Recently, other methods have also been developed.
Bekannt ist das Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken (SU, A, 322420), bei dem zwischen zwei in einer Vakuumkammer angeordneten Elektroden das zu bearbeitende Werkstück plaziert und zwischen den Elektroden eine Glimmentladung ausgelöst wird. In der Glimmentladung wird das Werkstück einem Ionenbeschuß ausgesetzt, die seine Oberfläche reinigt und aktiviert.A known method for machining workpieces (SU, A, 322420) is the workpiece to be machined, in which the workpiece to be machined is placed between two electrodes arranged in a vacuum chamber and a glow discharge is triggered between the electrodes. In the glow discharge, the workpiece is exposed to ion bombardment, which cleans and activates its surface.
Ein gleichartiger Prozeß wurde in US-A-4 534 921 für die Reinigung durch Ionenbeschuß entwickelt, um Kunststoffreste und Oberflächenverschmutzer von den Werkstücken zu entfernen und ihre Oberfläche zu polieren.A similar process was developed in US-A-4 534 921 for cleaning by ion bombardment to remove plastic residues and surface contaminants from the workpieces and to polish their surface.
Der Prozeß ist durch eine gleichmäßige Reinigung der Erzeugnisoberfläche gekennzeichnet, seine Produktivität ist jedoch infolge des niedrigen Materialzerstäubungsfaktors sehr gering, außerdem können kleine Grate auf diese Weise nicht entfernt werden.The process is characterized by a uniform cleaning of the product surface, but its productivity is very low due to the low material atomization factor, and small burrs cannot be removed in this way.
Bekannt ist ein Verfahren zur Lichtbogenreinigung von Oberflächen metallischer Gegenstände und eine Einrichtung zu ihrer Durchführung (SU, A, 935141), bei dem auf die Oberfläche des in eine Kammer eingebrachten Metallgegenstands mit einer Lichtbogenentladung bei einem Druck von 10² bis 10&sup4; Pa eingewirkt wird. Die Einwirkung der Lichtbogenentladung auf die zu reinigende Oberfläche erfolgt im Impulsbetrieb mit einer Impulsfrequenz von 10-100 Hz und einer Energie von 0,5-60 J pro Impuls.A method for arc cleaning of surfaces of metallic objects and a device for carrying it out (SU, A, 935141) are known, in which the surface of the metallic object placed in a chamber is subjected to an arc discharge at a pressure of 10² to 10⁴. Pa. The arc discharge is applied to the surface to be cleaned in pulsed mode with a pulse frequency of 10-100 Hz and an energy of 0.5-60 J per pulse.
Die Anwendung von Impuls-Lichtbogenentladungen für die Reinigung bietet die Möglichkeit, die Temperatur auf der Oberfläche des zu reinigen Stücks durch Veränderung der Impuls- und Energiefrequenz in jedem der Impulse zu regeln, wodurch der Reinigungsprozeß intensiviert werden kann.The use of pulsed arc discharges for cleaning offers the possibility of regulating the temperature on the surface of the piece to be cleaned by varying the pulse and energy frequency in each of the pulses, thus intensifying the cleaning process.
Bei diesem Lichtbogenabtragungsverfahren wird jedoch infolge der erschwerten Kontrolle der Lage der Stützflecke des Impulsentladung auf einem bestimmten Oberflächenabschnitt keine gleichmäßige Oberflächenbearbeitung des ganzen Werkstücks erzielt. Das führt zum Auftreten ungereinigter Abschnitte auf der Werkstückoberfläche und zu ungleichmäßiger Erwärmung des Werkstücks. Die Durchführung des Verfahrens erfordert Anlagen mit kompliziertem Aufbau.However, this arc removal process does not achieve uniform surface treatment of the entire workpiece due to the difficulty of controlling the position of the pulse discharge support spots on a specific surface section. This leads to the appearance of uncleaned areas on the workpiece surface and to uneven heating of the workpiece. The implementation of the process requires equipment with a complex structure.
Bekannt ist das insbesondere für die Abtragung, beispielsweise von Rohrinnenflächen, bestimmte Lichtbogenverfahren (SU, A, 952 388), dessen Wirkungsweise darin besteht, daß die zu bearbeitende Oberfläche und die Elektrode an eine Stromquelle angeschlossen werden, wonach bei einem Druck des Arbeitsmediums von 100-500 Pa zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und der Elektrode eine Lichtbogenentladung ausgelöst wird. Danach wird die Bewegung der Elektrode in bezug auf das Werkstück gesichert und auf diese Art und Weise das Plasma der Lichtbogenentladung entlang der Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks, das die Kathode bildet, bewegt.The arc method (SU, A, 952 388) is known, which is intended in particular for the removal of, for example, the inner surfaces of pipes. Its mode of operation consists in the surface to be machined and the electrode being connected to a power source, after which an arc discharge is triggered at a working medium pressure of 100-500 Pa between the workpiece to be machined and the electrode. The movement of the electrode in relation to the workpiece is then secured and in this way the plasma of the arc discharge is moved along the surface of the workpiece being machined, which forms the cathode.
Dieses Verfahren wird mit Hilfe einer Einrichtung durchgeführt, die eine auf einem Halter befestigte Elektrode enthält, die durch die Stromführungen mit einem Ausgang der Stromquelle verbunden ist, deren zweiter Ausgang an das zu bearbeitende Rohr, das System zum Auslösen des Lichtbogens, die Zustellvorrichtung der Elektrode und dem Abdicht- und Abpumpsystem des Innenraums des zu bearbeitenden Rohrs angeschlossen ist.This process is carried out using a device that contains an electrode fixed to a holder, which is connected by the current guides to an output of the power source, the second output of which is connected to the pipe to be processed, the system for triggering the arc, the electrode feed device and the sealing and pumping system of the interior of the pipe to be processed.
Bei der Nutzung dieser technischen Lösungen darf der Mediendruck in der Bearbeitungszone nicht unter 100 Pa liegen, was zur Folge hat, daß das Restgas auf die durch die Lichtbogenentladung erhitzten Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks einwirkt. Das hat zur Folge, daß neben der Entfernung der Ausgangsverschmutzung von der Werkstückoberfläche eine Oxydation der bereits bearbeiten Oberflächenabschnitte auftritt.When using these technical solutions, the media pressure in the processing zone must not be less than 100 Pa, which means that the residual gas acts on the surface of the workpiece heated by the arc discharge. This means that in addition to the Removal of the initial contamination from the workpiece surface leads to oxidation of the already treated surface sections.
Physikalisch betrachtet bilden sich bei einem derartigen Druck keine beweglichen Elektrodenflecke sondern eine räumliche Entladung, wobei ein großer Teil der dabei freiwerdenden Leistung für die Erwärmung des Werkstücks und der Elektrode verbraucht wird. Das führt dazu, daß nur ein geringer Teil der im Lichtbogen freiwerdenden Leistung für die Erzielung eines positiven Effekts, die Reinigung der Werkstückoberfläche, genutzt werden kann. Auf Kosten der Bildung einer räumlichen Entladung werden die Teile der Einrichtung, die mit dem Plasma in Berührung stehen, insbesondere die Elektrodenhalter und das Abdichtsystem des Hohlraums des zu bearbeitenden Rohrs einer Plasmaeinwirkung unterworfen, was ihre Nutzungsdauer verkürzt.From a physical point of view, this type of pressure does not result in moving electrode spots but in a spatial discharge, with a large part of the power released being used to heat the workpiece and the electrode. This means that only a small part of the power released in the arc can be used to achieve a positive effect, i.e. cleaning the workpiece surface. At the expense of the formation of a spatial discharge, the parts of the device that are in contact with the plasma, in particular the electrode holders and the sealing system of the cavity of the pipe to be processed, are subjected to plasma action, which shortens their service life.
Da bei einem solchen Druck die Energiedichte am Werkstück niedrig ist, werden von seiner Oberfläche nur dünne Oxydschichten (mehrere µm) entfernt, dickere (tiefe) Oxydschichten und Grate können nicht beseitigt werden.Since the energy density on the workpiece is low at such a pressure, only thin oxide layers (several µm) are removed from its surface; thicker (deep) oxide layers and burrs cannot be removed.
Für die Realisierung des bekannten technischen Verfahrens sind in allen Fällen konstruktiv komplizierte Einrichtungen mit beweglichen Elektroden notwendig, was häufig, besonders bei der Bearbeitung von kleineren Werkstücken einfacher Gestaltung, nicht gerechtfertigt ist.In order to implement the known technical process, structurally complex devices with movable electrodes are necessary in all cases, which is often not justified, especially when machining smaller workpieces of simple design.
Wir haben hier die Mängel bekannter Verfahren und Einrichtungen, die in erster Linie für das Lichtbogenabtragen von Werkstücken bestimmt sind, betrachtet. Ähnliche Mängel besitzen auch die bekannten technischen Lösungen in solchen Bereichen der Vakuum-Lichtbogenbearbeitung, wie Erhitzen, Schweißen, Schneiden usw., weshalb wir auf eine Analyse dieser Verfahren hier verzichten.Here we have considered the shortcomings of known processes and devices that are primarily intended for arc removal of workpieces. Similar shortcomings also exist in the known technical solutions in areas of vacuum arc processing, such as heating, welding, cutting, etc., which is why we will not analyze these processes here.
Die Grundlage der Erfindung bildet die Aufgabe, ein Verfahren zur Lichtbogenbearbeitung von Werkstücken zu schaffen, bei dem durch Wahl der technologischen Operation, die die vorgegebenen Verteilung des Plasmas auf der Werkstückoberfläche garantiert, die notwendige Bearbeitungsqualität dieses Werkstücks, sowie eine hohe Produktivität und Umweltfreundlichkeit des Prozesses erzielt wird. Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung einer Einrichtung für die Verwirklichung dieses Verfahrens, sowie in der Ausarbeitung einer optimalen konstruktiven Ausführung der Bauteile dieser Einrichtung, die gestattet, die Vorteile der vorliegenden Erfindung am vorteilhaftesten zu verwirklichen.The basis of the invention is the task of creating a method for arc machining of workpieces in which the necessary machining quality can be achieved by selecting the technological operation that guarantees the predetermined distribution of the plasma on the workpiece surface. of this workpiece, as well as high productivity and environmental friendliness of the process. A further object is to create a device for implementing this method, as well as to develop an optimal structural design of the components of this device, which allows the advantages of the present invention to be realized in the most advantageous way.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch Lichtbogenabtragen bei Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß das zu bearbeitende Werkstück und mindestens eine Elektrode an eine Stromquelle angeschlossen werden, worauf bei einem Druck des Umgebungsmediums unterhalb des atmosphärischen zwischen dem Werkstück und mindestens einer Elektrode eine Lichtbogenentladung unter Bildung eines mindestens über die Kathode wandernden Plasmas gezündet wird, laut ErfindungThe stated object is achieved by arc removal of workpieces, characterized in that the workpiece to be processed and at least one electrode are connected to a power source, whereupon, at a pressure of the ambient medium below the atmospheric pressure between the workpiece and at least one electrode, an arc discharge is ignited to form a plasma that migrates at least over the cathode, according to the invention
(a) der Vorgang bei einem Druck des Umgebungsmediums unterhalb 10 Pa geführt wird;(a) the process is carried out at a pressure of the ambient medium below 10 Pa;
(b) die Lichtbogenentladung im Betrieb bei einem fallenden Ast der Stromspannungskennlinie des Lichtbogens gezündet oder/und eine Stromquelle mit fallender äußerer Kennlinie benutzt wird;(b) the arc discharge is ignited during operation at a falling branch of the current-voltage characteristic of the arc and/or a power source with a falling external characteristic is used;
(c1) beim Brennen des Lichtbogens eine Null gleiche oder nahe Potentialdifferenz des elektrischen Feldes mindestens auf der Oberfläche des Bearbeitungsbereichs des Werkstücks und/oder auf der Arbeitsfläche mindestens einer Elektrode erzeugt wird;(c1) when the arc is burning, a potential difference of the electric field equal to or close to zero is generated at least on the surface of the machining area of the workpiece and/or on the working surface of at least one electrode;
(c2) auf der Oberfläche des Bearbeitungsbereichs des Werkstücks oder/und auf der Arbeitsfläche mindestens einer Elektrode eine von Null verschiedene Potentialdifferenz erzeugt wird, wobei die Bereiche mit dem höchsten oder/und niedrigsten Potential entlang der bearbeiteten Oberfläche und/oder der Arbeitsfläche wandern oder(c2) a potential difference other than zero is generated on the surface of the machining area of the workpiece and/or on the working surface of at least one electrode, the areas with the highest and/or lowest potential migrating along the machined surface and/or the working surface or
(c3) der Lichtbogenentladungsbereich im Raum zwischen dem Werkstück und mindestens einer Elektrode eingeengt und teilweise begrenzt wird, wobei dieser Bereich und das Werkstück programmgemäß in bezug aufeinander bewegt werden;(c3) the arc discharge region is narrowed and partially limited in the space between the workpiece and at least one electrode, whereby this region and the workpiece are moved relative to each other according to the program;
(d) der Bereich der Wanderung des Lichtbogenplasmas auf den Bearbeitungsbereich des Werkstücks und/oder die genannte Elektrodenoberfläche begrenzt wird.(d) the area of migration of the arc plasma is limited to the machining area of the workpiece and/or the said electrode surface.
Bei einer Senkung des Drucks des Arbeitssmediums unter 10 Pa bewegen sich die Elektrodenflecke des Lichtbogens in der ersten Betriebsart (c1) der vorliegenden Methode selbständig auf der Oberfläche des Werkstücks und der Elektrode, wenn dabei der Lichtbogen in der Betriebsart des fallenden Bereichs der Stromspannungskennlinie gezündet wird oder, was gleichwertig ist, eine Stromquelle mit fallender äußeren Stromspannungskennlinie benutz wird, was, wie Experimente gezeigt haben, die Beweglichkeit der genannten Elektrodenflecke wesentlich erhöht. Die Erzeugung einer Null gleichen oder nahen Potentialdifferenz des elektrischen Feldes auf der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks und/oder der Arbeitsfläche der Elektrode beim Brennen des Lichtbogens gewährleistet eine praktisch gleiche Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins von Elektrodenflecken des Lichtbogens auf allen Bereichen der entsprechenden Oberflächen. Deshalb wird durch die Begrenzung der Bewegung der Elektrodenflecke auf den genannten Oberflächen eine genügend gleichmäßige Bearbeitung, insbesondere Reinigung, des Werkstücks durch den Lichtbogen und eine minimale Erosion der Elektrode erreicht, wobei infolge des niedrigen Mediendrucks eine Oxydation der bereits bearbeiteten Oberflächen des Werkstücks vermieden wird. Bei der Bearbeitung eines Werkstücks begrenzter Ausmaße wird in der Regel keine Neueinstellung im Verlaufe des gesamten technologischen Prozesses verlangt.When the pressure of the working medium is reduced to less than 10 Pa, the electrode spots of the arc move independently on the surface of the workpiece and the electrode in the first mode (c1) of the present method, if the arc is ignited in the mode of the falling area of the current-voltage characteristic or, equivalently, a power source with a falling external current-voltage characteristic is used, which, as experiments have shown, significantly increases the mobility of the electrode spots. The creation of an electric field potential difference equal to or close to zero on the machined surface of the workpiece and/or the working surface of the electrode during the burning of the arc ensures a practically equal probability of the presence of electrode spots of the arc on all areas of the corresponding surfaces. Therefore, by limiting the movement of the electrode spots on the above-mentioned surfaces, sufficiently uniform processing, in particular cleaning, of the workpiece by the arc and minimal erosion of the electrode are achieved, while oxidation of the already processed surfaces of the workpiece is avoided due to the low media pressure. When machining a workpiece of limited dimensions, no readjustment is usually required during the entire technological process.
In der zweiten Betriebsart (c2) des Verfahrens folgen die Elektrodenflecke des Lichtbogens den genannten Bereichen des extremalen Potentials bewegt, wodurch die Bearbeitung des Werkstücks laut gewähltem Programm gewährleistet wird.In the second mode (c2) of the process, the electrode spots of the arc move along the mentioned areas of extreme potential, which ensures the machining of the workpiece according to the selected program.
Es ist zweckmäßig, die Potentialdifferenz des elektrischen Feldes durch Zuführen des elektrischen Stroms zu Bereichen des Werksstück und/oder der Elektrode, die von den Elektrodenflecken des Lichtbogens entfernt sind, zu erzeugen und die Wanderung der Bereiche mit dem höchsten oder/und niedrigsten Potential des elektrischen Feldes durch Änderung der räumlichen Lage der stromführenden Bereiche auf dem Werkstück und/oder der Elektrode zu verwirklichen.It is expedient to generate the potential difference of the electric field by supplying the electric current to areas of the workpiece and/or the electrode that are remote from the electrode spots of the arc and to achieve the migration of the areas with the highest and/or lowest potential of the electric field by changing the spatial position of the current-carrying areas on the workpiece and/or the electrode.
Ein derartiges Verfahren verlangt keine zusätzlichen Energieaufwand für die Bewegung der Elektrodenflecke in bezug auf das Werkstück.Such a process does not require any additional energy expenditure for the movement of the electrode spots in relation to the workpiece.
Bei der Bearbeitung von ausgedehntem Gut, beispielsweise Walzmaterial, ist es zweckmäßig, das Werkstück bezüglich mindestens einer Elektrode oder/und mindestens eine Elektrode bezüglich des Werkstücks zu bewegen.When machining extended material, for example rolled material, it is expedient to move the workpiece relative to at least one electrode and/or at least one electrode relative to the workpiece.
Die gegebene Verstellung ermöglicht, die gesamte Oberfläche solcher Werkstücke gleichmäßig zu bearbeiten.The given adjustment makes it possible to evenly machine the entire surface of such workpieces.
In der dritten Betriebsart (c3) des Verfahrens bewegen sich die Elektrodenflecke auf der Werkstückoberfläche hinter dem bezeichneten Bereich der Lichtbogenentladung her, wodurch die notwendige Bearbeitung des Werkstücks gewährleistet wird.In the third operating mode (c3) of the process, the electrode spots on the workpiece surface move behind the designated area of the arc discharge, thereby ensuring the necessary machining of the workpiece.
Dabei wandern die Elektrodenflecke des Lichtbogens auf dem Werkstück zum Stromzuführungsbereich, da ihre Wanderung jedoch begrenzt ist, lokalisieren sie sich an der Grenze des Begrenzungsbereichs der Lichtbogenentladung, bei der gegenseitigen Bewegung des zu bearbeitenden Werkstücks und des Begrenzungsbereichs der Lichtbogenentladung wird die notwendige Oberflächenbearbeitung des Werkstücks durch diese Flecke gewährleistet.The electrode spots of the arc migrate on the workpiece to the current supply area, but since their migration is limited, they localize themselves at the border of the arc discharge limiting area. During the mutual movement of the workpiece to be processed and the arc discharge limiting area, the necessary surface treatment of the workpiece is ensured by these spots.
Es ist zweckmäßig bei Vorliegen von mindestens zwei Elektroden den Wert des elektrischen Stromes zu verringern oder ihn im Stromkreis mindestens einer Elektrode programmgemäß zu unterbrechen, wobei der Strom im Stromkreis der anderen Elektroden ohne Änderung bleibt oder zunimmt.If there are at least two electrodes, it is advisable to reduce the value of the electric current or to interrupt it in the circuit of at least one electrode according to the program, while the current in the circuit of the other electrodes remains unchanged or increases.
Die dabei auftretende Änderung der Richtung des elektrischen Feldes im Entladungszwischenraum bedingt die entsprechend gerichtete Verschiebung der Elektrodenflecke auf dem Werkstück ohne Einsatz beweglicher Elektroden, wodurch die notwendige Bearbeitung des Werkstücks gemäß gewähltem Programm gewährleistet wird.The resulting change in the direction of the electric field in the discharge gap causes the correspondingly directed displacement of the electrode spots on the workpiece without the use of movable electrodes, which ensures the necessary processing of the workpiece according to the selected program.
Das zu bearbeitende Werkstück kann sowohl an den Minuspol als auch an den Pluspol der Stromquelle angeschlossen werden. Der erste Fall ist für das Reinigen, die Entfernung von Zunder, die Beseitigung von Graten und das Verdampfen der Werkstücksmaterials, der zweite für das Polieren, Erwärmen, Schweißen und Schneiden der Werkstücke zu empfehlen.The workpiece to be processed can be connected to both the negative and the positive pole of the power source. The first case is for cleaning, removing scale, removing burrs and Evaporation of the workpiece material, the second is recommended for polishing, heating, welding and cutting the workpieces.
Es ist vorteilhaft, beim Lichtbogenreinigen einen Lichtbogenstromwert und eine Bearbeitungszeit aufrecht zu erhalten, bei denen der spezifische Energieverbrauch in einem Wertebereich von 0,1 bis 0,8 kWh/m² µm liegt.During arc cleaning, it is advantageous to maintain an arc current value and a processing time where the specific energy consumption is in a range of 0.1 to 0.8 kWh/m² µm.
Bei derartigen Betriebsarten wird die vollständige Beseitigung von Zunder von der zu reinigenden Fläche ohne spürbare Erosion des Werkstückmaterials bei genügend hoher Produktivität des Prozesses gewährleistet.Such operating modes ensure the complete removal of scale from the surface to be cleaned without noticeable erosion of the workpiece material and with a sufficiently high productivity of the process.
Weiterhin wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zum Lichtbogenabtragen bei Werkstücken, die mindestens eine an einem Halter befestigte Elektrode, die mittels einer Stromzuführung mit einem Anschluß der Stromquelle verbunden ist, deren anderer Anschluß an das Werkstück geschaltet ist, und ein System zur Lichtbogenzündung enthält, gemäß Erfindung mit mindestens einem mit der Stromquelle elektrisch verbundenen Mittel zur Erzeugung einer Null gleichen oder nahen Potentialdifferenz des elektrischen Feldes mindestens auf der Oberfläche des Bearbeitungsbereichs des Werkstücks und/oder auf der Arbeitsfläche mindestens einer Elektrode beim Brennen des Lichtbogens und mit einem Mittel zur Begrenzung der Wanderung des Lichtbogenplasmas auf dem Bearbeitungsbereich des Werkstücks und/oder auf die Arbeitsfläche mindestens einer Elektrode versehen ist.Furthermore, the stated object is achieved in that the device for carrying out the method for arc removal on workpieces, which contains at least one electrode attached to a holder, which is connected by means of a power supply to one connection of the power source, the other connection of which is connected to the workpiece, and a system for arc ignition, is provided according to the invention with at least one means electrically connected to the power source for generating a potential difference of the electric field equal to or close to zero at least on the surface of the processing area of the workpiece and/or on the working surface of at least one electrode when the arc is burning and with a means for limiting the migration of the arc plasma on the processing area of the workpiece and/or on the working surface of at least one electrode.
Das Vorliegen der genannten Mittel zur Erzeugung einer Null gleichen oder nahen Potentialdifferenz des elektrischen Feldes und der Mittel zur Begrenzung der Wanderung des Lichtbogenplasmas gewährleisten praktisch die gleiche Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Elektrodenflecken des Lichtbogens in allen Bearbeitungsbereichen des Werkstücks und/oder der Arbeitsfläche der Elektrode und machen eine Bewegung dieser Flecke auf andere Bereiche der Werkstückoberfläche und/oder der Elektrode unmöglich, wodurch eine genügend gleichmäßige Bearbeitung des gewählten Bereichs durch den Lichtbogen und eine minimale Erosion der Elektrode gewährleistet werden.The presence of the above-mentioned means for generating a potential difference of the electric field equal to or close to zero and the means for limiting the migration of the arc plasma ensure practically the same probability of the occurrence of electrode spots of the arc in all processing areas of the workpiece and/or the working surface of the electrode and make it impossible for these spots to move to other areas of the workpiece surface and/or the electrode, thus ensuring sufficiently uniform processing of the selected area by the arc and minimal erosion of the electrode.
Das Mittel zur Erzeugung einer Null gleichen oder nahen Potentialdifferenz des elektrischen Feldes mindestens auf der Oberfläche des Bearbeitungsbereichs des Werkstücks beim Brennen des Lichtbogens, kann in Form von mindestens zwei Stromzuführungen ausgebildet werden, die an das Werkstück symmetrisch um den Bearbeitungsbereich angeschlossen, miteinander elektrisch verbunden und an einen der Anschlüsse der Stromquelle gelegt sind, ein entsprechendes Mittel zur Erzeugung einer Null gleichen oder nahen Potentialdifferenz des elektrischen Feldes auf der Oberfläche mindestens einer Elektrode beim Brennen des Lichtbogens kann in Form von mindestens zwei Stromzuführungen ausgebildet werden, die an die Elektrode symmetrisch um den Bearbeitungsbereich des Werkstücks oder der Arbeitsfläche der Elektrode angeschlossen, miteinander elektrisch verbunden und an den Anschluß der Stromquelle gelegt sind, der dem Anschluß entgegengesetzt ist, an den die Stromzuführungen des Werkstücks geschaltet sind.The means for producing a zero equal or close to zero Potential difference of the electric field at least on the surface of the processing area of the workpiece when the arc is burning can be designed in the form of at least two current leads which are connected to the workpiece symmetrically around the processing area, electrically connected to one another and placed on one of the terminals of the power source, a corresponding means for generating a potential difference of the electric field equal to or close to zero on the surface of at least one electrode when the arc is burning can be designed in the form of at least two current leads which are connected to the electrode symmetrically around the processing area of the workpiece or the working surface of the electrode, electrically connected to one another and placed on the terminal of the power source which is opposite the terminal to which the current leads of the workpiece are connected.
Eine derartige Ausführung dieser Mittel läßt sich infolge der Einfachheit der konstruktiven Gestaltung in der Praxis am einfachsten verwirklichen.Such an implementation of these means is the easiest to implement in practice due to the simplicity of the structural design.
Bei Vorliegen von mindestens zwei Elektroden werden sie verschiebbar gegeneinander angeordnet, um die Breite des Bearbeitungsbereichs zu regeln.If there are at least two electrodes, they are arranged so that they can be moved against each other in order to regulate the width of the processing area.
Eine derartige Lösung erlaubt eine Regelung der Breite des Bearbeitungsbereichs.Such a solution allows the width of the processing area to be regulated.
Bei der Lichtbogenbearbeitung, besonders während des Lichtbogenabtragens bei Werkstücken in Form von Rotationskörpern ist es zweckmäßig, die Elektroden in Form gleichachsig angeordneter Kegelstümpfe mit Koaxialbohrungen zur Unterbringung des Werkstücks in ihnen auszuführen, deren Deckflächen einander zugewandt sind und bei denen der Winkel zwischen der Mantellnie und der Höhe 35 - 85º beträgt.During arc machining, especially during arc removal of workpieces in the form of rotating bodies, it is advisable to design the electrodes in the form of coaxially arranged truncated cones with coaxial bores for accommodating the workpiece in them, the cover surfaces of which face each other and in which the angle between the mantle line and the height is 35 - 85º.
Eine derartige Ausführung der Elektroden erlaubt, die Erosionsprodukte des bearbeiteten Werkstücks so gut wie vollständig aus dem Lichtbogenzwischenraum zu entfernen, nur ein unbedeutender Teil setzt sich dabei auf der Arbeitsfläche der Elektroden ab, was eine hohe Zuverlässigkeit und eine erhöhte Standzeit der Einrichtung gewährleistet. Der Winkel von 35 - 85º zwischen der Erzeugenden und der Höhe der Kegel wurde experimentell ermittelt und ist dadurch bedingt, daß bei Höhen unter 35º sich die Stabilität des Brennens des Lichtbogens verschlechtert und bei Winkeln über 85º ein bedeutender Teil der Erosionsprodukte sich auf den Elektroden absetzt, was zu einem schnellen Ausfall der Einrichtung führt.Such a design of the electrodes allows the erosion products of the machined workpiece to be almost completely removed from the arc gap, only an insignificant part settles on the working surface of the electrodes, which ensures high reliability and an increased service life of the device. The angle of 35 - 85º between the generatrix and the height of the cones was determined experimentally and is due to the fact that at heights below 35º the stability of the arc burning deteriorates, and at angles above 85º a significant part of the erosion products settle on the electrodes, which leads to a rapid failure of the device.
Es ist notwendig, die Stromzuführungen zu den Elektroden an die Grundflächen der Kegelstümpfe anzuschließen, wobei die Stromzuführungen an eine der Elektroden mit einer Versetzung um einen halben Abstand zwischen den Stromzuführungen der anderen Elektrode angeschaltet werden.It is necessary to connect the power leads to the electrodes to the bases of the truncated cones, with the power leads to one of the electrodes being connected with an offset of half the distance between the power leads of the other electrode.
Durch eine derartige Anschaltung der Elektrode wird eine zickzackförmige Bewegung der Kathodenflecke des Lichtbogens auf dem Umkreis des bearbeiteten Werkstücks erzielt, wodurch die Gleichmäßigkeit der Bearbeitung erhöht und die Wahrscheinlichkeit des Schmelzens des Werkstücks während des Reinigungsprozesses verringert wird.By connecting the electrode in this way, a zigzag movement of the cathode spots of the arc is achieved on the circumference of the workpiece being machined, which increases the uniformity of the machining and reduces the probability of the workpiece melting during the cleaning process.
Während des Lichtbogenabtragens vorwiegend bei Walzmaterial ist es zweckmäßig, die Elektroden in Form mindestens eines Paares spiegelbildlich paralleler Prismen mit einem Neigungswinkel der einander zugeneigten Flächen von 35 - 85º auszuführen. Ebenso wie in der bereits beschriebenen Variante der Ausführung der Elektroden in Form von Kegelstümpfen gestattet die vorliegende Lösung, einen großen Teil der Erosionsprodukte des zu bearbeitenden Werkstücks aus dem Lichtbogenzwischenraum zu entfernen, wodurch höchste Zuverlässigkeit und eine erhöhte Sollbetriebszeit der Einrichtung gewährleistet wird. Eine Begründung für die Winkelgröße von 35 - 85º wurde weiter oben gegeben.During arc removal, mainly of rolled material, it is advisable to make the electrodes in the form of at least one pair of mirror-image parallel prisms with an angle of inclination of the surfaces inclined towards each other of 35 - 85º. As in the already described variant of making the electrodes in the form of truncated cones, the present solution allows to remove a large part of the erosion products of the workpiece being processed from the arc gap, thus ensuring maximum reliability and an increased operating time of the device. The reason for the angle size of 35 - 85º was given above.
Bei der Bearbeitung und vorwiegend bei der Reinigung von Bandgut ist es zweckmäßig, in Form mindestens eines Paares spiegelbildlich paralleler Prismen ausgebildeter Elektroden mit den Arbeitsflächen symmetrisch um die Achse des Bandgutes und parallel zu dieser Achse anzuordnen, beim Vorhandensein von mindesten zwei Elektroden in Form spiegelbildlich parallelen Prismen sie in Bewegungsrichtung des Bandwalzgutes anzuordnen.When processing and especially when cleaning strip material, it is advisable to arrange electrodes in the form of at least one pair of mirror-image parallel prisms with the working surfaces symmetrical about the axis of the strip material and parallel to this axis; if at least two electrodes in the form of mirror-image parallel prisms are present, they should be arranged in the direction of movement of the strip material.
Das gestattet eine gleichmäßige Reinigung einer großen Oberfläche des Bandgutes und damit eine Produktivitätssteigerung des Prozesses.This allows a large surface of the strip to be cleaned evenly, thus increasing the productivity of the process.
In mehreren Fällen ist es zweckmäßig, die Elektroden gegeneinander mit der Möglichkeit der Überdeckung des Bearbeitungsbereichs jeder der Lichtbogenentladungen durch den Bearbeitungsbereich mindestens einer anderen Lichtbogenentladung anzuordnen.In several cases it is expedient to arrange the electrodes against each other with the possibility of covering the processing area of each of the arc discharges by the processing area of at least one other arc discharge.
Eine derartige Lösung gestattet eine genügend gleichmäßige Bearbeitung des Werkstücks gleichzeitig durch mehrere Lichtbogen, wodurch die Produktivität des Prozesses um ein Mehrfaches erhöht wird.Such a solution allows a sufficiently uniform processing of the workpiece by several arcs simultaneously, which increases the productivity of the process several times.
Für die Bearbeitung von Bandgut ist es zweckmäßig, die Einrichtung mit mindestens zwei Paar an Haltern befestigten Elektroden auszustatten, wobei die Elektroden paarweise symmetrisch um eine zur Bewegungsrichtung des Bandgutes senkrechte Ebene angeordnet werden, die praktisch durch die Mitte des Bearbeitungsbereichs des Bandgutes führt.For the processing of strip material, it is advisable to equip the device with at least two pairs of electrodes attached to holders, whereby the electrodes are arranged in pairs symmetrically around a plane perpendicular to the direction of movement of the strip material, which practically runs through the middle of the processing area of the strip material.
Eine derartige Einrichtung gestattet die Reinigung von Bandgut beliebigen Profils mit der notwendigen Geschwindigkeit mi Hilfe von parallelen und aufeinanderfolgenden sich überdeckenden Lichtbogenentladungen auf der bearbeiteten Oberfläche während des Bewegungsprozesses des Walzguts.Such a device allows cleaning of strip material of any profile at the required speed by means of parallel and successive overlapping arc discharges on the machined surface during the movement of the rolled material.
Es ist zweckmäßig, die Einrichtung mit symmetrisch in bezug auf die Hauptelektroden von der entgegengesetzten Seite des Walzgutes angeordneten Zusatzelektroden zu versehen.It is advisable to provide the device with additional electrodes arranged symmetrically with respect to the main electrodes on the opposite side of the rolling stock.
Dadurch wird ein gleichzeitiges zweiseitiges Abtragen des Walzgutes gewährleistet.This ensures simultaneous removal of the rolling stock on both sides.
Es ist ebenfalls zweckmäßig, bei Vorliegen von mindestens zwei Elektroden, diese mit einem Umschalter der Stromzuführungen der Elektroden auszustatten, der die ständigen Kontaktführung mindestens einer Elektrode mit der Stromquelle sichert.It is also advisable, if there are at least two electrodes, to equip them with a switch for the current supply to the electrodes, which ensures that at least one electrode is in constant contact with the power source.
Mit Hilfe dieses Umschalters wird die Richtungsänderung des elektrischen Feldes auf der Entladungsstrecke ohne Abreißen des Lichtbogens gewährleistet, wodurch eine gezielte Bewegung der Elektrodenflecke auf dem Werkstück ohne Verschiebung der Elektroden erreicht wird.This switch ensures that the direction of the electric field on the discharge path changes without breaking the arc, thus achieving a targeted movement of the electrode spots on the workpiece without moving the electrodes.
Außerdem wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zum Lichtbogenabtragen, die mindestens eine an einem Halter befestigte Elektrode, die mittels einer Stromzuführung mit einem Anschluß der Stromquelle verbunden ist, deren zweiter Anschluß an das Werkstück angeschlossen ist, und ein System zur Lichtbogenzündung enthält, gemäß Erfindung, mit mindestens einem mit der Stromquelle elektrisch verbundenen Mittel zur Erzeugung beim Brennen des Lichtbogens von Bereichen mit einem höheren oder/und niedrigeren elektrischen Potential bezüglich des Potentials der übrigen Oberfläche auf der Oberfläche des Werkstück oder/und mindestens einer Elektrode und zur Bewegung dieser Bereiche auf der genannten Oberfläche und mit einem Mittel zur Begrenzung der Wanderung des Lichtbogenplasmas auf den Bearbeitungsbereich des Werkstücks und/oder auf der Arbeitsfläche mindestens einer Elektrode versehen ist.In addition, the stated object is achieved in that the device for carrying out the arc removal method, which contains at least one electrode attached to a holder, which is connected by means of a power supply to one connection of the power source, the second connection of which is connected to the workpiece, and a system for arc ignition, is provided according to the invention with at least one means electrically connected to the power source for generating, when the arc is burning, areas with a higher and/or lower electrical potential with respect to the potential of the remaining surface on the surface of the workpiece and/or at least one electrode and for moving these areas on the said surface and with a means for limiting the migration of the arc plasma to the processing area of the workpiece and/or to the working surface of at least one electrode.
Das Vorhandensein der genannten Mittel zur Erzeugung beim Brennen des Lichtbogens von Bereichen mit einem höheren oder/und niedrigerem elektrischen Potential bezüglich des Potentials der übrigen Oberfläche auf der Oberfläche des Werkstücks und/oder der Elektrode und zur Bewegung dieser Bereiche auf der genannten Oberfläche (oder den Oberflächen), sowie der Mittel zur Begrenzung der Wanderung des Lichtbogenplasmas in der Einrichtung laut der vorliegenden Erfindung zwingen die Elektrodenflecke des Lichtbogens, den Bereichen mit extremalem Potential zu folgen, und verhindern das Übergreifen dieser Flecke auf anderen Bereiche der Werkstückoberfläche und/oder der Elektrode, wodurch eine programmgemäße Bearbeitung des gewählten Bereichs erzielt wird.The presence of said means for generating, during the burning of the arc, areas with a higher and/or lower electrical potential with respect to the potential of the rest of the surface on the surface of the workpiece and/or the electrode and for moving these areas on said surface (or surfaces), as well as the means for limiting the migration of the arc plasma in the device according to the present invention, force the electrode spots of the arc to follow the areas with extreme potential and prevent the spread of these spots to other areas of the surface of the workpiece and/or the electrode, thereby achieving a programmed machining of the selected area.
Es ist zweckmäßig, das Mittel zur Erzeugung von Bereichen mit einem höheren oder niedrigeren elektrischen Potential auf der Oberfläche des Werkstücks beim Brennen des Lichtbogens und zur Bewegung dieser Bereiche auf der genannten Oberfläche in Form von mindestens zwei an verschiedene Bereiche des Werkstücks gelegten Stromzuführungen und eines Umschalters dieser Stromzuführungen, der die ständige Kontaktführung des Werkstücks mit der Stromquelle sichert, auszubilden.It is expedient to design the means for generating areas with a higher or lower electrical potential on the surface of the workpiece when the arc is burning and for moving these areas on the said surface in the form of at least two current leads placed on different areas of the workpiece and a switch for these current leads, which ensures that the workpiece is in constant contact with the power source.
Das Mittel zur Erzeugung von Bereichen mit einem höheren und/oder niedrigerem elektrischen Potential auf der Elektrodenoberfläche beim Brennen des Lichtbogens und zur Bewegung dieser Bereiche auf der genannten Oberfläche kann auch in Form von mindestens zwei an verschiedene Bereiche der Elektrode gelegten Stromzuführungen und eines Umschalters dieser Stromzuführungen, der die ständige Kontaktführung des Werkstücks mit der Stromquelle sichert, ausgebildet werden.The means for generating regions of higher and/or lower electrical potential on the electrode surface during arc burning and for moving these regions on said Surface can also be designed in the form of at least two power supplies placed at different areas of the electrode and a switch for these power supplies, which ensures the constant contact of the workpiece with the power source.
Eine derartige Ausführung dieser Mittel ist äußerst einfach in ihrer konstruktiven Gestaltung und verlangt keine zusätzlichen Energiebereitstellung für die Bewegung der Elektrodenflecke.Such an embodiment of these means is extremely simple in its structural design and does not require any additional energy supply for the movement of the electrode spots.
Es ist zweckmäßig, daß die Stromzuführungen an das Werkstück und/oder die Elektrode symmetrisch um den Bearbeitungsbereich des Werkstücks und/oder die Arbeitsfläche der Elektrode angeschlossen sind.It is advisable that the power supply lines to the workpiece and/or the electrode are connected symmetrically around the machining area of the workpiece and/or the working surface of the electrode.
Beim Umschalten derartiger Stromzuführungen mit gleicher Frequenz wird eine gleichmäßige gerichtete Bewegung der Stützpunkte des Lichtbogens über den Bearbeitungsbereich des Werkstücks oder/und die Arbeitsfläche der Elektrode erreicht, wodurch eine gleichmäßige Bearbeitung des Werkstücks durch die Lichtbogenentladung gewährleistet wird.When switching such power supplies with the same frequency, a uniform, directed movement of the arc support points is achieved over the processing area of the workpiece and/or the working surface of the electrode, which ensures uniform processing of the workpiece by the arc discharge.
Es ist zweckmäßig, das Mittel zur Begrenzung der Wanderung des Lichtbogenplasmas auf den Bearbeitungsbereich des Werkstücks und/oder auf die Arbeitsfläche mindestens einer Elektrode in Form vom Stromkreis isolierter Abschirmungen auszuführen, die mit Abstand vom Werkstück und/oder der Elektrode angeordnet sind und die Teile des Werkstücks außerhalb des Bearbeitungsbereichs und/oder die unwirksame Oberfläche der Elektrode schützen, wobei mindestens die am Bearbeitungsbereich des Werkstücks und/oder an der wirksamen Oberfläche der Elektrode unmittelbar anliegenden Bereiche dieser Abschirmungen entweder aus hitzebeständigem Werkstoff bestehen oder zwangsgekühlt sind.It is expedient to design the means for limiting the migration of the arc plasma to the processing area of the workpiece and/or to the working surface of at least one electrode in the form of shields insulated from the circuit, which are arranged at a distance from the workpiece and/or the electrode and protect the parts of the workpiece outside the processing area and/or the ineffective surface of the electrode, whereby at least the areas of these shields directly adjacent to the processing area of the workpiece and/or to the effective surface of the electrode are either made of heat-resistant material or are forced-cooled.
Eine derartige Ausführung dieser Mittel ist besonders einfach in konstruktiver Hinsicht und gleichzeitig äußerst effektiv in ihrer Funktion, weshalb sie für die praktische Realisierung der Erfindung vorzuziehen ist.Such an embodiment of these means is particularly simple in terms of construction and at the same time extremely effective in its function, which is why it is preferable for the practical realization of the invention.
In konkreten Fällen der Verwirklichung der Erfindung können diese Abschirmungen verschiedene Form haben und an verschiedenen Stellen angeordnet werden. Bei der Bearbeitung von Werkstücken in Form von Rotationskörpern und der Ausführung der Elektroden in Form von Kegelstümpfen mit Koaxialbohrungen ist es zweckmäßig die Abschirmungen in diesen Bohrungen anzuordnen, bei der zweiseitigen Bearbeitung von Bandgut ist es zweckmäßig die Abschirmungen zwischen den zu verschiedenen Seiten des zu bearbeitenden Bandguts angeordneten Elektroden zu montieren, bei der Bearbeitung von Bandwalzgut müssen die Abschirmungen in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden und der zu bearbeitenden Oberfläche des Walzguts angeordnet werden.In specific cases of implementation of the invention, these shields can have different shapes and be arranged in different places. When machining workpieces in the form of rotating bodies and designing the electrodes in the form of truncated cones With coaxial bores, it is advisable to arrange the shields in these bores. When machining strip material on both sides, it is advisable to mount the shields between the electrodes arranged on different sides of the strip material to be machined. When machining rolled strip, the shields must be arranged in the spaces between the electrodes and the surface of the rolled material to be machined.
Eine derartige Anordnung der Abschirmungen gewährleistet in den genannten Fällen die beste Erfüllung ihrer Funktion.Such an arrangement of the shields ensures the best possible fulfilment of their function in the cases mentioned.
Die gestellte Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, daß die Einrichtung für das Durchführen des Verfahrens zum Lichtbogenabtragen bei Werkstücken, die mindestens eine an einem Halter befestigte Elektrode enthält, die über eine Stromzuführung mit einem Anschluß der Stromquelle verbunden ist, deren anderer Anschluß mit Hilfe mindestens einer anderen Stromzuführung an das Werkstück und ein System zur Lichtbogenzündung gelegt ist, erfindungsgemäß mit einem Mittel zur Verengung oder der teilweisen Begrenzung des Lichtbogenbereichs im Zwischenraum zwischen dem Werkstück und mindestens einer Elektrode und mit einer Vorrichtung zur gegenseitigen Bewegung des Werkstücks und des genannten Mittels zur Verengung oder teilweisen Begrenzung des Lichtbogenbereichs versehen ist.The stated object is further achieved in that the device for carrying out the method for arc removal in workpieces, which contains at least one electrode attached to a holder, which is connected to a connection of the power source via a power supply, the other connection of which is connected to the workpiece and an arc ignition system with the aid of at least one other power supply, is provided according to the invention with a means for narrowing or partially limiting the arc area in the space between the workpiece and at least one electrode and with a device for mutual movement of the workpiece and the said means for narrowing or partially limiting the arc area.
Das Vorhandensein in der Einrichtung der genannten Mittel zur Verengung oder teilweisen Begrenzung des Lichtbogenbereichs im Zwischenraum zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und der Elektrode und der Vorrichtung zur gegenseitigen Bewegung des Werkstücks und des genannten Mittels gewährleistet die notwendige Bearbeitung des Werkstücks nach dem vorgegebenen Programm, weil die Lichtbogenflecke auf dem Werkstück durch den verengten oder begrenzten Lichtbogenbereich mitgezogen werden.The presence in the device of the means mentioned for narrowing or partially limiting the arc area in the space between the workpiece to be machined and the electrode and the device for mutual movement of the workpiece and the means mentioned ensures the necessary machining of the workpiece according to the predetermined program, because the arc spots on the workpiece are drawn along by the narrowed or limited arc area.
Es ist zweckmäßig, das Mittel zur Verengung oder teilweisen Begrenzung des Lichtbogenbereichs im Zwischenraum zwischen dem Werkstück und mindestens einer Elektrode in Form einer zwischen der Elektrode und dem Werkstück angeordneten Abschirmung mit einem dem Bearbeitungsbereich des Werkstücks entsprechenden Durchbruch auszuführen.It is expedient to design the means for narrowing or partially limiting the arc area in the space between the workpiece and at least one electrode in the form of a shield arranged between the electrode and the workpiece with an opening corresponding to the machining area of the workpiece.
Eine derartige Ausführung dieses Mittel stellt die einfachste konstruktive Gestaltung dar, deshalb ist sie leicht in der Praxis zu realisieren.Such an implementation of this remedy represents the simplest constructive design, therefore it is easy to implement in practice.
Dabei bewegen sich die Elektrodenflecke des Lichtbogens auf dem Werkstück in Richtung zu den Stromzuführungen und lokalisieren sich in Nähe der Grenze der genannten Abschirmungen, bei gegenseitiger Bewegung des zu bearbeitenden Werkstücks und der genannten Abschirmung wird die notwendige Oberflächenbearbeitung des Werkstücks durch diese Flecke gewährleistet.The electrode spots of the arc move on the workpiece in the direction of the power supply and are located near the border of the shields mentioned. When the workpiece to be processed and the shield mentioned move in relation to each other, the necessary surface treatment of the workpiece is ensured by these spots.
Im weiteren wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele mit Hinweisen auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, auf denen folgendes dargestellt ist:The invention is explained further by means of embodiments with reference to the accompanying drawings, in which the following is shown:
Fig. 1. Schema der Einrichtung zur Erläuterung der ersten Variante des Verfahrens zum Lichtbogenabtragen bei Werkstücken gemäß Erfindung;Fig. 1. Scheme of the device for explaining the first variant of the method for arc removal of workpieces according to the invention;
Fig. 2. Schema der Einrichtung zur Erläuterung eines Beispiels der zweiten Variante des Verfahrens zum Lichtbogenabtragen bei Werkstücken gemäß Erfindung;Fig. 2. Scheme of the device for explaining an example of the second variant of the method for arc removal of workpieces according to the invention;
Fig. 3. Schema der Einrichtung zur Erläuterung eines anderen Beispiels der zweiten Variante des erfindungsmäßigen Verfahrens;Fig. 3. Scheme of the device for explaining another example of the second variant of the method according to the invention;
Fig. 4. Schnitt IV-VI der Fig. 3;Fig. 4. Section IV-VI of Fig. 3;
Fig. 5. Schematische Darstellung der Einrichtung zur Erläuterung der dritten Variante des Verfahrens zum Lichtbogenabtragen bei Werkstücken gemäß Erfindung;Fig. 5. Schematic representation of the device for explaining the third variant of the method for arc removal of workpieces according to the invention;
Fig. 6. Schematische Darstellung der Einrichtung, die den Verfahrensschritt zur Zwangsverschiebung der Elektrodenflecke des Lichtbogens auf dem Werkstück durch Umschalten der Elektroden erläutert;Fig. 6. Schematic representation of the device explaining the process step for forcibly shifting the electrode spots of the arc on the workpiece by switching the electrodes;
Fig. 7. Schnitt VII-VII der Fig. 6;Fig. 7. Section VII-VII of Fig. 6;
Fig. 8. Schematische Darstellung der Einrichtung zum Lichtbogenabtragen (Reinigen) von Bandgut gemäß Erfindung;Fig. 8. Schematic representation of the device for arc removal (cleaning) of strip material according to the invention;
Fig. 9. Ansicht nach Pfeil A auf Fig. 8;Fig. 9. View according to arrow A on Fig. 8;
Fig. 10. Ansicht nach Pfeil B auf Fig. 8;Fig. 10. View according to arrow B on Fig. 8;
Fig. 11. Schematische Darstellung der Einrichtung zum Lichtbogenabtragen (Reinigen) von Bandgut gemäb Erfindung;Fig. 11. Schematic representation of the device for arc removal (cleaning) of strip material according to the invention;
Fig. 12. Erläuterung der Konstruktion der Elektrodenbaugruppe der Einrichtung auf Fig. 11;Fig. 12. Explanation of the construction of the electrode assembly of the device of Fig. 11;
Fig. 13. Ansicht nach Pfeil C auf Fig. 12;Fig. 13. View according to arrow C on Fig. 12;
Fig. 14. Schematische Darstellung der Einrichtung zum Lichtbogenabtragen (Reinigen) von Bandgut gemäß Erfindung;Fig. 14. Schematic representation of the device for arc removal (cleaning) of strip material according to the invention;
Fig. 15. Erläuterung der Konstruktion der Elektrodenbaugruppe der Einrichtung auf Fig. 14;Fig. 15. Explanation of the construction of the electrode assembly of the device of Fig. 14;
Fig. 16. Ansicht nach Pfeil D auf Fig. 15;Fig. 16. View according to arrow D on Fig. 15;
Weiter soll das Wesen der verschiedenen Varianten des Verfahrens zum Lichtbogenabtragen bei Werkstücken betrachtet werden, deren ausführlichere Beschreibung bei der Betrachtung der jeweiligen Betriebsart des verwirklichten Verfahrens erfolgt.Furthermore, the nature of the various variants of the process for arc removal of workpieces will be considered, the more detailed description of which will be given when considering the respective operating mode of the implemented process.
Das Verfahren zum Lichtbogenabtragen bei Werkstücken, gemäß Variante 1, besteht darin, daß das zu bearbeitende Werkstück 1 (Fig. 1) in einer Vakuumkammer (in der Zeichnung nicht gezeigt) untergebracht wird, und dieses Werkstück 1 und mindestens eine Elektrode 2, die dieses Werkstück 1 umfaßt, an die Stromquelle 3 angeschlossen werden und daß bei einem Druck des Arbeitsmediums unter 10 Pa zwischen dem Werkstück 1 und der Elektrode 2 eine Lichtbogenentladung bei fallendem Ast der Stromspannungskennlinie oder, was gleichwertig ist, bei fallender äußerer Stromspannungskennlinie der Stromquelle 3 gezündet wird. Die Lichtbogenzündung wird durch Erzeugung einer geringen Plasmamenge im Elektrodenzwischenraum zur Bildung eines leitenden Kanals zwischen dem Werkstück 1 und der Elektrode 2 ausgelöst, beispielsweise durch Auseinanderführen der Kontaktstücke zwischen Elektrode 1 und Zündelektrode 4, wobei zur Strombegrenzung in diesen Stromkreis der Widerstand 5 eingeschaltet wird. Die Lichtbogenintensität wird durch Regelung des Entladungsstrom, beispielsweise mit Hilfe des Ballastschiebewiderstands 6 eingestellt.The method for arc removal from workpieces, according to variant 1, consists in that the workpiece 1 to be processed (Fig. 1) is placed in a vacuum chamber (not shown in the drawing), and this workpiece 1 and at least one electrode 2, which comprises this workpiece 1, are connected to the power source 3 and that, when the pressure of the working medium is below 10 Pa between the workpiece 1 and the electrode 2, an arc discharge is ignited with a falling branch of the current-voltage characteristic curve or, which is equivalent, with a falling external current-voltage characteristic curve of the power source 3. The arc ignition is triggered by generating a small amount of plasma in the space between the electrodes to form a conductive channel between the workpiece 1 and the electrode 2, for example by moving the contact pieces between the electrode 1 and the ignition electrode 4 apart, with the resistor 5 being switched on in this circuit to limit the current. The arc intensity is adjusted by regulating the discharge current, for example using the ballast sliding resistor 6.
Beim Brennen des Lichtbogens wird eine Null gleiche oder nahe Potentialdifferenz des elektrischen Feldes auf der Oberfläche des Bearbeitungsbereichs des Werkstücks 1 und der Oberfläche der Elektrode 2 erzeugt. Das kann durch Anschluß des Werkstücks 1 an die Stromquelle 3 mit Hilfe von zwei Stromzuführungen 7 und 8 erreicht werden, die an das Werkstück 1 symmetrisch um den Bearbeitungsbereich angeschlossen, miteinander elektrisch verbunden und an einen der Anschlüsse der Anschlüsse der Stromquelle 3 gelegt sind, oder durch Anschluß der Elektrode 2 an die Stromquelle 3 mittels gleichartiger symmetrisch angeschlossener Stromzuführungen 9 und 10.When the arc is burning, a potential difference of the electric field equal to or close to zero is generated on the surface of the processing area of the workpiece 1 and the surface of the electrode 2. This can be achieved by connecting the workpiece 1 to the power source 3 by means of two power leads 7 and 8, which are connected to the workpiece 1 symmetrically around the processing area, electrically connected to one of the terminals of the terminals the power source 3, or by connecting the electrode 2 to the power source 3 by means of similar symmetrically connected power supplies 9 and 10.
Außerdem wird der Bereich der Wanderung des Lichtbogenplasmas auf den Bearbeitungsbereich des Werkstücks 1 beschränkt, beispielsweise durch die Abschirmungen 11 und 12, und die Arbeitsfläche der Elektrode 2, beispielsweise durch die Abschirmung 13.In addition, the area of migration of the arc plasma is limited to the processing area of the workpiece 1, for example by the shields 11 and 12, and the working surface of the electrode 2, for example by the shield 13.
Die Elektrodenflecke, insbesondere die bei einem Druck unter 10 Pa, einschließlich einer reinen Vakuumzündung, brennenden Kathodenflecke des Lichtbogens, bewegen sich ununterbrochen aus eigenen Antrieb auf der Oberfläche des Werkstücks 1 und der Elektrode 2; bei Lichtbogenzündung im Betrieb des fallendes Astes ihrer Stromspannungskennlinie oder der Speisung der Zündung von der Stromquelle 3 mit fallender äußerer Stromspannungskennlinie erhöht sich die Beweglichkeit der genannten Flecke beachtlich. Diese bei bestimmten Anwendungen unerwünschte Eigenschaft des Lichtbogen niedrigen Drucks wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzielung eines positiven Effekts, und zwar der gleichmäßigen oder anderen durch das Programm vorgegebenen Bearbeitung der Oberflächenbearbeitung des Werkstücks, genutzt.The electrode spots, in particular the cathode spots of the arc burning at a pressure of less than 10 Pa, including pure vacuum ignition, move continuously of their own accord on the surface of the workpiece 1 and the electrode 2; when the arc is ignited in the falling branch of its current-voltage characteristic or when the ignition is powered by the power source 3 with a falling external current-voltage characteristic, the mobility of the spots increases considerably. This property of the low-pressure arc, which is undesirable in certain applications, is used in the method according to the invention to achieve a positive effect, namely the uniform or other processing of the surface finish of the workpiece as specified by the program.
Bei der beschriebenen Variante des Verfahrens wird durch Erzeugung auf den genannten Flächen einer Null nahen Potentialdifferenz des elektrischen Feldes die Wahrscheinlichkeit gewährleistet, daß sich praktisch die gleiche Anzahl von Elektrodenflecken des Lichtbogens auf allen Bereichen der bearbeiteten Fläche des durch die Abschirmungen 11 und 12 begrenzten Werkstücks 1 befinden. Dabei bewegen sich die Elektrodenflecke ziellos auf der gesamten Oberfläche des gegebenen Bereichs und gewährleisten dadurch eine gleichmäßige Bearbeitung der Werkstückoberfläche.In the described variant of the method, by generating a potential difference of the electric field close to zero on the areas mentioned, the probability is ensured that practically the same number of electrode spots of the arc are located on all areas of the machined surface of the workpiece 1 delimited by the shields 11 and 12. The electrode spots move randomly over the entire surface of the given area and thus ensure uniform machining of the workpiece surface.
Die betrachtete Variante des Verfahrens wird durch äußerste Einfachheit des Aufbaus gekennzeichnet, dabei kann als Elektrode 2 die Wandung der Vakuumkammer verwendet werden, bei Einsatz dieser Variante muß jedoch beachtet werden, daß eine hohe Bearbeitungsgleichmäßigkeit nicht in allen Fällen gewährleistet wird, in der Regel sind dafür die symmetrische Lage der Bauteile in Nähe der Bearbeitungszone und ihre Ausführung aus nichtmagnetischen Werkstoffen notwendig. In Sonderfällen dieser Variante ist es notwendig, wie bereits beschrieben, eine Null gleiche oder nahe Potentialdifferenz des elektrischen Feldes gleichzeitig an der Oberfläche der Bearbeitungszone des Werkstücks 1 und der Arbeitsfläche der Elektrode 52 oder, je nach Besonderheiten der konkreten Aufgabe, nur an der Oberfläche der Bearbeitungszone des Werkstücks 1 oder nur an der Arbeitsfläche der Elektrode 2 zu schaffen.The variant of the process considered is characterized by the extreme simplicity of the structure, whereby the wall of the vacuum chamber can be used as electrode 2. When using this variant, however, it must be noted that a high level of processing uniformity is not guaranteed in all cases. As a rule, the symmetrical position of the components near the processing zone and their manufacture from non-magnetic materials are sufficient. materials. In special cases of this variant, it is necessary, as already described, to create a potential difference of the electric field equal to or close to zero simultaneously on the surface of the processing zone of the workpiece 1 and the working surface of the electrode 52 or, depending on the specifics of the specific task, only on the surface of the processing zone of the workpiece 1 or only on the working surface of the electrode 2.
Wenn die hier betrachtete erste Variante des Verfahrens aus den bezeichneten oder anderen Gründen die erforderliche Bearbeitungsgleichmäßigkeit nicht sichert, oder wenn verlangt wird, daß verschieden Werkstückteile verschieden bearbeitet werden sollen, werden andere Varianten eingesetzt, die im weiter unten beschrieben werden.If the first variant of the process considered here does not ensure the required processing uniformity for the reasons mentioned or for other reasons, or if it is required that different workpiece parts are processed differently, other variants are used, which are described below.
Die zweite Variante der Verfahrens der Lichtbogenbearbeitung unterscheidet sich von der vorausgehenden dadurch, daß beim Brennen des Lichtbogens an der Oberfläche des Werkstücks 14 (Fig. 2) eine von Null verschiedene Potentialdifferenz des elektrischen Feldes geschaffen und die Abschnitte mit größtem oder kleinstem Potential je nach Polarität der Lichtbogenbearbeitung programmgemäß und zielgerichtet auf dieser Oberfläche bewegt werden. Den Abschnitten mit extremalem Potential folgen dabei auf der Oberfläche des Werkstücks 14 die Elektrodenflecke des Lichtbogens und sichern damit die programmgemäße Bearbeitung des Werkstücks 14, wobei die Funktion der Elektrode 15 (Anode) durch das Gehäuse der Vakuumkammer, auf deren Wandung sich die Entladung mit hoher Gleichmäßigkeit verteilt, übernommen wird.The second variant of the arc processing method differs from the previous one in that when the arc burns on the surface of the workpiece 14 (Fig. 2), a potential difference of the electric field other than zero is created and the sections with the highest or lowest potential are moved on this surface in a program-oriented and targeted manner depending on the polarity of the arc processing. The sections with the extreme potential are followed by the electrode spots of the arc on the surface of the workpiece 14 and thus ensure that the workpiece 14 is processed in accordance with the program, with the function of the electrode 15 (anode) being taken over by the housing of the vacuum chamber, on the walls of which the discharge is distributed with high uniformity.
Möglich ist auch ein anderer Fall der Verwirklichung der zweiten Variante des Verfahrens, das sich vom ersten nur dadurch unterscheidet, daß beim Brennen des Lichtbogens an der Oberfläche mindestens einer Elektrode 16 (Fig. 3, 4) eine von Null verschiedene Potentialdifferenz des elektrischen Feldes geschaffen und die Abschnitte mit größtem oder kleinstem Potential je nach Polarität der Lichtbogenbearbeitung programmgemäß und zielgerichtet auf dieser Oberfläche bewegt werden. Den Abschnitten mit extremalem Potential folgen dabei auf der Oberfläche der Elektrode 16 (Fig. 3, 4) die Elektrodenflecke des Lichtbogens, während die Bearbeitungszone der Oberfläche des Werkstücks 17, je nach konkreten Bedingungen, gleichmäßig von der Plasmawolke umfaßt wird oder auf ihr sich die Elektrodenflecke des Lichtbogens, der Bewegung der Elektrodenflecke auf der Elektrode 16 folgend, gerichtet fortbewegen.Another possible case of implementation of the second variant of the method is also possible, which differs from the first only in that when the arc is burning on the surface of at least one electrode 16 (Fig. 3, 4), a potential difference of the electric field other than zero is created and the sections with the highest or lowest potential are moved on this surface in a program-driven and targeted manner depending on the polarity of the arc processing. The sections with the extreme potential are followed by the electrode spots of the arc on the surface of the electrode 16 (Fig. 3, 4), while the processing zone of the surface of the workpiece 17, depending on the specific conditions, is evenly covered by the plasma cloud or the electrode spots of the arc move in a directed manner following the movement of the electrode spots on the electrode 16.
Möglich ist ebenfalls die Verknüpfung der betrachteten Fälle der zweiten Variante des Verfahrens der Lichtbogenbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß bei Brennen des Lichtbogens die genannten Zonen extremalen Potentials sich sowohl auf der Elektrode, als auch auf dem Werkstück bewegen und die Bewegung der Elektrodenflecke des Lichtbogens auf diesen beiden Oberflächen erzwingen. In der Praxis tritt dieser Fall relativ selten ein, da zu seiner Verwirklichung eine aufwendigere Einrichtung notwendig ist.It is also possible to combine the cases considered in the second variant of the arc machining process, characterized in that when the arc is burning, the above-mentioned zones of extreme potential move both on the electrode and on the workpiece and force the movement of the electrode spots of the arc on these two surfaces. In practice, this case occurs relatively rarely, since a more complex device is required to implement it.
Wie bereits erwähnt, ist es am zweckmäßigsten, eine Potentialdifferenz des elektrischen Feldes durch Heranführen des elektrischen Stroms an die von der Zone der Elektrodenflecke des Lichtbogens entfernten Abschnitte des Werkstücks 14 (Fig. 2) oder der Elektrode 16 (Fig. 3, 4) zu schaffen und die Abschnitte des höchsten oder/und niedrigsten Potentials des elektrischen Feldes durch Ändern der Lage der stromführenden Zonen auf dem Werkstück 14 oder der Elektrode 16 (Fig. 3, 4), beispielsweise mit Hilfe der an verschiedene Abschnitte des Werkstücks 14 (Fig. 2) oder der Elektrode 16 (Fig. 3, 4) angeschalteten Stromzuführungen 18, 19, 20 (Fig. 2, 3) und des Umschalters 21 (Fig. 2, 3) dieser Stromzuführungen, der die ständige Kontaktführung des Werkstücks 14 (Fig. 2) oder der Elektrode 16 (Fig. 3, 4) mit der Stromquelle 3 (Fig. 2, 3, 4) sichert, zu bewegen.As already mentioned, it is most convenient to create a potential difference of the electric field by supplying the electric current to the sections of the workpiece 14 (Fig. 2) or the electrode 16 (Fig. 3, 4) remote from the zone of the electrode spots of the arc and to select the sections of the highest and/or lowest potential of the electric field by changing the position of the current-carrying zones on the workpiece 14 or the electrode 16 (Fig. 3, 4), for example by means of the current leads 18, 19, 20 (Fig. 2, 3) connected to different sections of the workpiece 14 (Fig. 2) or the electrode 16 (Fig. 3, 4) and the switch 21 (Fig. 2, 3) of these current leads, which ensures the constant contact of the workpiece 14 (Fig. 2) or the electrode 16 (Fig. 3, 4) with the power source 3 (Fig. 2, 3, 4).
Das Wesen dieser Art der Schaffung und Bewegung der Abschnitte des extremalen elektrischen Potentials zur Bewegung er Elektrodenflecke des Lichtbogens besteht in folgendem. Die Stromzuführung zu den von der Zone der Elektrodenflecke des Lichtbogens entfernten Abschnitten des Werkstücks 14 (Fig. 2) oder der Elektrode 16 (Fig. 3, 4) bedingt den Stromdurchgang durch das Werkstück 14 (Fig. 2) oder die Elektrode 16 (Fig. 3, 4), was das Ladungsgleichgewicht stört und eine Tangentialkomponente der elektrischen Feldstärke schafft. Das derart auf der Oberfläche des Werkstücks 14 (Fig. 2) oder der Elektrode 16 (Fig. 3, 4) entstandene elektrische Feld und das Magnetfeld des elektrischen Stroms wirken auf die Elektrodenflecke des Lichtbogens ein, die sich als Ergebnis zu den Abschnitten des höchsten oder elektrischen Potentials je nach Polarität der Lichtbogenbearbeitung bewegen.The essence of this method of creating and moving the areas of extreme electric potential for moving the arc electrode spots is as follows. The supply of current to the areas of the workpiece 14 (Fig. 2) or the electrode 16 (Fig. 3, 4) remote from the zone of the arc electrode spots causes the passage of current through the workpiece 14 (Fig. 2) or the electrode 16 (Fig. 3, 4), which disrupts the charge balance and creates a tangential component of the electric field strength. The electric field thus created on the surface of the workpiece 14 (Fig. 2) or the electrode 16 (Fig. 3, 4) and the magnetic field of the electric current act on the arc electrode spots, which as a result move to the areas of the highest or electric potential depending on the polarity of the arc processing.
Wenn jetzt ohne Trennung des Stromkreises mit Hilfe des Umschalters 21 die Stromzuführungen 18, 19, 20 (Fig. 2, 3, 4) umgeschaltet werden, wodurch auf der Oberfläche des Werkstücks 14 (Fig. 2) und der Elektrode 16 (Fig. 3, 4) die Lage der stromführenden Zonen geändert wird, bewegen sich auf der Oberfläche des Werkstücks und der Elektrode die Abschnitte des extremalen elektrischen Potentials und ziehen die Elektrodenflecke des Lichtbogens nach sich. Je nach gestellter Aufgabe können die Zuschaltzeiten der Stromzuführungen 18, 19, 20 in gleicher oder verschiedener Weise geändert werden, wodurch das Bearbeitungsprogramm des Werkstücks 14 (Fig. 2) oder 17 (Fig. 4) festgelegt wird.If the current leads 18, 19, 20 (Fig. 2, 3, 4) are now switched without disconnecting the circuit using the switch 21, whereby the position of the current-carrying zones on the surface of the workpiece 14 (Fig. 2) and the electrode 16 (Fig. 3, 4) is changed, the sections of the extreme electrical potential move on the surface of the workpiece and the electrode and attract the electrode spots of the arc. Depending on the task at hand, the switching times of the current leads 18, 19, 20 can be changed in the same or different ways, whereby the machining program of the workpiece 14 (Fig. 2) or 17 (Fig. 4) is determined.
Bei bisher betrachteten Varianten des erfindungsmäßigen Verfahrens können auch für die Bearbeitung ausgedehnter Werkstücke verwendet werden. Dazu muß das Werkstück 1 (Fig. 1) oder das Werkstücks 17 (Fig. 3, 4) in bezug auf die Elektrode 2 (Fig. 1) bzw. die Elektrode 16 (Fig. 3, 4) oder die Elektrode 2 (Fig. 1) bzw. die Elektrode 16 (Fig. 3, 4) in bezug auf das Werkstück 1 (Fig. 1) oder das Werkstücks 17 (Fig. 3, 4) verstellt werden, wodurch sich eine gleichmäßige oder anderweitige, durch das Verstellungsprogramm festgelegte Bearbeitung ausgedehnter Werkstücke auf ihrer ganzen Länge ergibt.In the variants of the method according to the invention considered so far, can also be used for machining extended workpieces. For this purpose, the workpiece 1 (Fig. 1) or the workpiece 17 (Fig. 3, 4) must be adjusted in relation to the electrode 2 (Fig. 1) or the electrode 16 (Fig. 3, 4) or the electrode 2 (Fig. 1) or the electrode 16 (Fig. 3, 4) in relation to the workpiece 1 (Fig. 1) or the workpiece 17 (Fig. 3, 4), which results in uniform or other machining of extended workpieces over their entire length, as determined by the adjustment program.
Die dritte Variante des Verfahrens unterscheidet sich von den bereits beschriebenen dadurch, daß zwangsweise der vom Lichtbogenplasma zwischen dem Werkstück und mindestens einer Elektrode eingenommene Raum eingeengt oder begrenzt und entsprechend vorgegebenem Programm in bezug auf das Werkstück bewegt oder/und daß das Werkstück in bezug auf diesen Entladungsraum bewegt wird.The third variant of the method differs from those already described in that the space occupied by the arc plasma between the workpiece and at least one electrode is necessarily narrowed or limited and moved in relation to the workpiece according to a predetermined program and/or that the workpiece is moved in relation to this discharge space.
Die zwangsweise Einengung des vom Lichtbogenplasma zwischen dem Werkstück 22 (Fig. 5) und der Elektrode 23 eingenommenen Raums (der Lichtbogensäule) läßt sich zweckmäßig mit Hilfe einer Einengungsvorrichtung erreichen, die in Form einer zwischen der Elektrode 23 und dem Werkstück 22 angebrachten Abschirmung 24 mit einem dem Bearbeitungsbereich (26) des Werkstücks (22) entsprechenden Durchbruch (25) ausgeführt ist, die gegenseitige Verstellung des gegebenen Lichtbogenbereichs in bezug auf das Werkstück 22 oder/und des Werkstücks 22 in bezug auf den Lichtbogenbereich wird mit Hilfe der in diesem Fall mit der Abschirmung 24 verbundenen Zustellvorrichtung 27 ausgeführt.The forced narrowing of the space occupied by the arc plasma between the workpiece 22 (Fig. 5) and the electrode 23 (the arc column) can be conveniently achieved with the aid of a narrowing device which is designed in the form of a shield 24 mounted between the electrode 23 and the workpiece 22 with an opening (25) corresponding to the processing area (26) of the workpiece (22), the mutual adjustment of the given arc area in relation to the workpiece 22 and/or the workpiece 22 in relation to the arc area is carried out by means of the feed device 27 which in this case is connected to the shield 24.
Dieser Verfahrensschritt der Lichtbogenbearbeitung ist darin begründet, daß sich bei Austritt der Elektrodenflecke des Lichtbogens aus dem Bearbeitungsbereich 26 des Werkstücks 22, der sich gegenüber dem Durchbruch 25 der Abschirmung 24 befindet und seiner Form entspricht, die Lichtbogensäule verlängert, was zur Erhöhung ihres Widerstands und Verschlechterung der Brennbedingungen des Lichtbogens führt. Als Ergebnis kehren die Elektrodenflecke des Lichtbogens zum Bearbeitungsbereich 26 zurück oder verlöschen. Im letzten Fall bilden sich neu Elektrodenflecke des Lichtbogens am Bearbeitungsbereich 26 durch Teilung der verbliebenen. Bei gegenseitiger Verschiebung der Abschirmung 24 und des Werkstücks 22 mit Hilfe der Vorrichtung 27 bewegt sich der gegenüber dem Durchbruch 25 befindliche Bearbeitungsbereich 26 entlang des Werkstücks 22, da die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektrodenflecke des Lichtbogens am Bearbeitungsbereich 26 am höchsten ist, wandern ihm die Flecke hinterher, womit die Bearbeitung des Werkstücks 22 entsprechend dem durch die Vorrichtung 27 vorgegebenen Programm erfolgt.This arc processing step is based on the fact that when the arc electrode spots exit the processing area 26 of the workpiece 22, which is located opposite the opening 25 of the shield 24 and corresponds to its shape, the arc column lengthens, which leads to an increase in its resistance and a deterioration in the arc burning conditions. As a result, the arc electrode spots return to the processing area 26 or extinguish. In the latter case, new arc electrode spots form on the processing area 26 by splitting the remaining ones. When the shield 24 and the workpiece 22 are displaced relative to one another using the device 27, the processing area 26 located opposite the opening 25 moves along the workpiece 22. Since the probability of the electrode spots of the arc remaining at the processing area 26 is highest, the spots move behind it, whereby the processing of the workpiece 22 takes place in accordance with the program specified by the device 27.
In den Fig. 3, 4 und 6, 7 wird ein Beispiel für die teilweise Begrenzung des Lichtbogenbereichs im Raum zwischen dem Werkstück und der Elektrode gezeigt, bei dem die Begrenzung mit Hilfe der Abschirmung 28 (Fig. 4) zwischen der Elektrode 16 und dem Werkstück 17 oder der Abschirmung 28' (Fig. 7) zwischen den Elektroden 29, 30, 31 (Fig. 6, 7) und dem Werkstück 17, die einen Teil des Werkstücks 17 zwischen dem Bearbeitungsbereich und der Stromzuführung 32 abdeckt, erreicht wird. Die Elektrodenflecke des Lichtbogens bewegen sich auf dem Werkstück 17 in Richtung zur Stromzuführung 32 und bleiben an der Grenze der Abschirmung 28, 28' stehen, bei gegenseitiger Verstellung des Werkstücks 17 und der Abschirmung 28 mit der Elektrode 16 (Fig. 4) oder der Abschirmung 28' (Fig. 7) mit den Elektroden 29, 30, 31 (Fig. 6, 7) wird die erforderliche Bearbeitung der vorgesehenen Oberfläche des Werkstücks 17 erreicht.In Figs. 3, 4 and 6, 7 an example of the partial limitation of the arc area in the space between the workpiece and the electrode is shown, in which the limitation is achieved by means of the shield 28 (Fig. 4) between the electrode 16 and the workpiece 17 or the shield 28' (Fig. 7) between the electrodes 29, 30, 31 (Fig. 6, 7) and the workpiece 17, which covers a part of the workpiece 17 between the machining area and the power supply 32. The electrode spots of the arc move on the workpiece 17 in the direction of the power supply 32 and stop at the border of the shielding 28, 28'. When the workpiece 17 and the shielding 28 with the electrode 16 (Fig. 4) or the shielding 28' (Fig. 7) with the electrodes 29, 30, 31 (Fig. 6, 7) are adjusted relative to one another, the required processing of the intended surface of the workpiece 17 is achieved.
Ein weiterer Verfahrensschritt der zwangsweisen Bewegung der Elektrodenflecke des Lichtbogens entsprechend dem Verfahren besteht darin, daß bei Vorliegen von mindestens zwei Elektroden der elektrische Strom erhöht oder entsprechend vorgegebenem Programm im Stromkreis mindestens einer Elektrode unterbrochen wird, wobei der Strom der anderen Elektroden unverändert bleibt. Der Strom im Stromkreis der Elektroden 29, 30, 31 (Fig. 6) kann mit Hilfe des Umschalters 21 der Stromzuführungen 33, 34, 35 dieser Elektroden 29, 30, 31 in der früher beschriebenen Art unterbrochen werden, im einfachsten Fall kann der Strom im Stromkreis der Elektroden 29, 30, 31 mit Schiebewiderständen (nicht gezeigt), die in Reihe mit den Stromzuführungen 33, 34, 35 geschaltet sind, verkleinert oder vergrößert werden.A further step in the forced movement of the electrode spots of the arc according to the method consists in increasing the electric current when there are at least two electrodes or in increasing the electric current in the circuit according to the predetermined program at least one electrode is interrupted, the current of the other electrodes remaining unchanged. The current in the circuit of the electrodes 29, 30, 31 (Fig. 6) can be interrupted by means of the changeover switch 21 of the current leads 33, 34, 35 of these electrodes 29, 30, 31 in the manner described previously; in the simplest case, the current in the circuit of the electrodes 29, 30, 31 can be reduced or increased by means of sliding resistors (not shown) which are connected in series with the current leads 33, 34, 35.
Bei genannter Unterbrechung oder Änderung des Stroms im Stromkreis der Elektroden 29, 30, 31 ändert sich die Richtung des elektrischen Felds im Entladungszwischenraum, was die gerichtete Bewegung der Elektrodenflecke des Lichtbogens auf dem Werkstück 17 bewirkt (in dem in Fig. 6, 7 gezeigten Beispiel wird der Umlauf der Flecke am Umkreis des Werkstücks 17 in der an der Abschirmung 28' anliegenden Zone hervorgerufen).In the case of such interruption or change of current in the circuit of the electrodes 29, 30, 31, the direction of the electric field in the discharge gap changes, which causes the directed movement of the electrode spots of the arc on the workpiece 17 (in the example shown in Fig. 6, 7, the circulation of the spots around the perimeter of the workpiece 17 is caused in the zone adjacent to the shield 28').
In allen betrachteten Verwirklichungsbeispielen des Verfahrens kann das Werkstück an den Plus- oder den Minuspol der Stromquelle 3 angeschaltet werden, mit Ausnahme der in Fig. 2 und 6, 7 gezeigten Beispiele, bei denen der Anschluß des Werkstücks 14 (Fig. 2) oder 17 (Fig. 6, 7) an den Minuspol der Stromquelle 3 vorzuziehen ist. Der Grund dafür besteht in der Erosion, die bei umgekehrter Polarität unter Wirkung der Kathodenflecke des Lichtbogens an der durch die Vakuumkammer gebildeten Elektrode 15 (Fig. 2) auftreten würde, im Beispiel in Fig. 6, 7 kann der Lichtbogen bei Umschaltung der Elektroden 29, 30, 31 abreißen, wobei die Wahrscheinlichkeit dafür mit Anstieg der Umschaltfrequenz wächst, da bei der Umschaltung die Zeit für die Ausbildung der für das Brennen des Lichtbogens unumgänglichen Kathodenflecke an den umgeschalteten Elektroden 29, 30, 31 nicht mehr ausreicht.In all the implementation examples of the method considered, the workpiece can be connected to the positive or negative pole of the power source 3, with the exception of the examples shown in Fig. 2 and 6, 7, in which the connection of the workpiece 14 (Fig. 2) or 17 (Fig. 6, 7) to the negative pole of the power source 3 is preferable. The reason for this is the erosion that would occur if the polarity were reversed under the effect of the cathode spots of the arc on the electrode 15 formed by the vacuum chamber (Fig. 2). In the example in Fig. 6, 7, the arc can break when the electrodes 29, 30, 31 are switched over, with the probability of this increasing with the increase in the switching frequency, since during the switching there is no longer enough time for the cathode spots on the switched electrodes 29, 30, 31, which are essential for the burning of the arc, to form.
Wie bereits ausgeführt, ist es zweckmäßig, die negative Polarität des Werkstücks bei seiner Reinigung, der Beseitigung von Zunder und Graten und der Verdampfung seines Werkstoffs zu verwenden.As already mentioned, it is advisable to use the negative polarity of the workpiece when cleaning it, removing scale and burrs and vaporising its material.
Der Prozeß der Lichtbogenreinigung beruht darauf, daß auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks die Kathodenflecke mit einer Temperatur von 3000 bis 5000ºC umlaufen. Die Kathodenflecke bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 10&supmin;² - 10² m/s je nach Art des Zunders und der Oberflächenverschmutzung, beseitigen auf ihrem Weg den Zunder und verdampfen ihn, wodurch die Reinigung der Oberfläche erreicht wird. Auf gleiche Weise werden Grate und Mikrounebenheiten an der Werkstückoberfläche beseitigt.The process of arc cleaning is based on the fact that cathode spots with a temperature of 3000 to 5000ºC circulate on the surface of the workpiece to be processed. The cathode spots move at a speed of 10⊃min;² - 10² m/s depending on the type of scale and of surface contamination, removing scale and evaporating it on their way, thereby cleaning the surface. In the same way, burrs and micro-irregularities on the workpiece surface are removed.
Bei Durchführung der Lichtbogenreinigung ist im Falle jedes der angeführten und noch anzuführenden Beispiele vorteilhaft, die Stromstärke bei der Bearbeitung so zu wählen, daß der spezifische Energieverbrauch im Bereich von 0,1 - 0,8 kWh/m² µm liegt, was die vollständige Beseitigung des Zunders ohne sichtbare Erosion des Werkstücks bei hoher Produktivität sichert.When carrying out arc cleaning, in the case of each of the examples given and those to be given, it is advantageous to select the current intensity during processing so that the specific energy consumption is in the range of 0.1 - 0.8 kWh/m² µm, which ensures complete removal of the scale without visible erosion of the workpiece with high productivity.
Im weiteren werden konkrete Beispiele von Anlagen beschrieben, die die aufgezählten Verfahrensvarianten nutzen.In the following, concrete examples of systems that use the listed process variants are described.
Die Anlage für die Lichtbogenbearbeitung, vorrangig Reinigung, von Langgut, beispielsweise Barren, enthält mindestens zwei koaxial angeordnete zwangsgekühlte Elektroden 36 und 37 (Fig. 8) mit koaxialen Bohrungen für die Aufnahme des Werkstücks 1. Die Elektroden 36 und 37 haben die Form von Kegelstümpfen, die mit ihren Deckflächen aufeinander weisen, der Winkel zwischen Mantellinie und Höhe beträgt 35-38º. Zwischen Werkstück 1 und Elektroden 36 und 37 sind in den Bohrungen dieser Elektroden 36 und 37 die Abschirmungen 38, 39 aus wärmefestem Stoff montiert; sie dienen zur Begrenzung der Abweichung des Plasmas der Bogenentladung vom Bearbeitungsbereich des Werkstücks 1 und der Arbeitsflächen der Elektroden 36 und 37.The system for arc processing, primarily cleaning, of long goods, for example bars, contains at least two coaxially arranged force-cooled electrodes 36 and 37 (Fig. 8) with coaxial holes for holding the workpiece 1. The electrodes 36 and 37 have the shape of truncated cones, the top surfaces of which face each other, the angle between the surface line and the height is 35-38º. Between the workpiece 1 and electrodes 36 and 37, the shields 38, 39 made of heat-resistant material are mounted in the holes of these electrodes 36 and 37; they serve to limit the deviation of the plasma of the arc discharge from the processing area of the workpiece 1 and the working surfaces of the electrodes 36 and 37.
Die Anlage enthält weiterhin die Vorrichtung zur Erzeugung einer Null gleichen oder nahen Potentialdifferenz des elektrischen Feldes am Bearbeitungsbereich auf der Oberfläche des Werkstücks 1 in Form von zwei symmetrisch in bezug auf den Bearbeitungsbereich an das Werkstück 1 angeschlossenen Stromzuführungen 7 und 8, die elektrisch leitend miteinander und dem Minuspol der Stromquelle 3 verbunden sind, die Vorrichtung zur Erzeugung einer Null gleichen oder nahen Potentialdifferenz des elektrischen Feldes auf der Arbeitsfläche der Elektroden 36 und 37 in Form von zwei symmetrisch in bezug auf den Bearbeitungsbereich an das Werkstück 1 angeschlossenen Stromzuführungen 40, 41, 42 (Fig. 9) und 43, 44, 45 (Fig. 10), die elektrisch leitend miteinander und dem Pluspol der Stromquelle 3 (Fig. 8) verbunden und an die Grundflächen der Kegelstümpfe der Elektroden 36 und 37 symmetrisch in bezug auf ihre Arbeitsfläche angeschlossen sind, wobei die Stromzuführungen 40, 41, 42 an die Elektrode 36 mit einer Versetzung um den halben Abstand zwischen den Stromzuführungen 43, 44, 45 der anderen Elektrode 37 angeschaltet sind, wie aus Fig. 9 und 10 ersichtlich ist. Die Stromzuführungen 40, 41, 42 stellen gleichzeitig Halter der Elektrode 36, die gleiche Funktion üben die Stromzuführungen 43, 44, 45 in bezug auf die Elektrode 37 aus.The system further comprises the device for generating a potential difference of the electric field equal to or close to zero in the processing area on the surface of the workpiece 1 in the form of two power supplies 7 and 8 connected symmetrically with respect to the processing area to the workpiece 1, which are electrically conductively connected to one another and to the negative pole of the power source 3, the device for generating a potential difference of the electric field equal to or close to zero in the working surface of the electrodes 36 and 37 in the form of two power supplies 40, 41, 42 (Fig. 9) and 43, 44, 45 (Fig. 10) connected symmetrically with respect to the processing area to the workpiece 1, which are electrically conductively connected to one another and to the positive pole of the Power source 3 (Fig. 8) and connected to the bases of the truncated cones of electrodes 36 and 37 symmetrically with respect to their working surface, the power leads 40, 41, 42 being connected to electrode 36 with an offset of half the distance between the power leads 43, 44, 45 of the other electrode 37, as can be seen from Fig. 9 and 10. The power leads 40, 41, 42 simultaneously represent holders of electrode 36, the same function is performed by the power leads 43, 44, 45 with respect to electrode 37.
Die Elektroden 36 und 37 (Fig. 8) können zur Einstellung der Breite des Bearbeitungsbereichs gegeneinander verstellt werden, das Werkstück 1 kann durch die Vorrichtung 46 bei der Bearbeitung hin- und hergehend zugestellt werden. Zumindest der Bearbeitungsbereich des Werkstücks 1, die Elektroden 36 und 37, die Zündungselektrode 4 und die Abschirmungen 38, 39 sind innerhalb der Vakuumkammer angebracht (in der Zeichnung nicht gezeigt).The electrodes 36 and 37 (Fig. 8) can be adjusted relative to one another to adjust the width of the processing area, the workpiece 1 can be moved back and forth by the device 46 during processing. At least the processing area of the workpiece 1, the electrodes 36 and 37, the ignition electrode 4 and the shields 38, 39 are mounted inside the vacuum chamber (not shown in the drawing).
Die Anlage verwirklicht die erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und funktioniert wie folgt.The system implements the first variant of the inventive method and functions as follows.
Bei einem Druck des Mediums in der Kammer unter 10 Pa wird zwischen den Elektroden 36 und 37 und dem Werkstück 1 mit Hilfe der Zündungselektrode 4 eine Bogenentladung gezündet, deren Strom durch den Ballastschiebewiderstand 6 bestimmt wird.When the pressure of the medium in the chamber is below 10 Pa, an arc discharge is ignited between the electrodes 36 and 37 and the workpiece 1 by means of the ignition electrode 4, the current of which is determined by the ballast sliding resistor 6.
Der Reinigungsprozeß ist darin begründet, daß auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 1 die Kathodenflecke mit einer Temperatur von 3000 bis 5000ºC umlaufen. Die Kathodenflecke bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 10&supmin;² - 10² m/s je nach Art des Zunders und der Oberflächenverschmutzung des Werkstücks 1, beseitigen auf ihrem Weg den Zunder und verdampfen ihn, wodurch die Reinigung der Oberfläche erreicht wird.The cleaning process is based on the fact that the cathode spots circulate on the surface of the workpiece 1 to be processed at a temperature of 3000 to 5000ºC. The cathode spots move at a speed of 10⊃min;² - 10² m/s depending on the type of scale and the surface contamination of the workpiece 1, removing the scale on their way and evaporating it, thereby cleaning the surface.
Infolge der symmetrischen Stromzuführung zum Werkstück 1 und zu den Elektroden 36 und 37 wird auf ihrer Oberfläche, selbst bei Brennen des Lichtbogens, eine zu Null nahe Potentialdifferenz des elektrischen Feldes aufrechterhalten, wodurch eine praktisch gleiche Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Kathodenflecke auf allen Abschnitten des Bearbeitungsbereichs am Werkstück 1 gesichert wird, dabei wird die Lage des Bearbeitungsbereichs durch die Elektroden 36, 37 bestimmt und seine Größe von den Abschirmungen 38 und 39 eingegrenzt. Die Kathodenflecken bewegen sich dabei ziellos auf der ganzen Oberfläche des Bearbeitungsbereichs und sichern die gleichmäßige Reinigung des Werkstücks 1 innerhalb diese Bereichs. Zur Reinigung der ganzen Oberfläche des Werkstücks 1 wird das Werkstück mit Hilfe der Zustelleinrichtung 46 in bezug auf die Elektroden 36 und 37 versetzt.As a result of the symmetrical current supply to the workpiece 1 and to the electrodes 36 and 37, a potential difference of the electric field close to zero is maintained on their surface, even when the arc is burning, which ensures a practically equal probability of the cathode spots being located on all sections of the The position of the processing area is determined by the electrodes 36, 37 and its size is limited by the shields 38 and 39. The cathode spots move randomly over the entire surface of the processing area and ensure uniform cleaning of the workpiece 1 within this area. To clean the entire surface of the workpiece 1, the workpiece is moved with respect to the electrodes 36 and 37 using the feed device 46.
Infolge der Kegelform der Elektroden 36 und 37 werden die Erosionsprodukte des Werkstücks 1 so gut wie vollständig aus dem Lichtbogenraum herausgetragen, nur ein geringer Teil davon setzt sich auf der Arbeitsfläche der Elektroden 36 und 37 ab, was eine hohe Zuverlässigkeit und große Standdauer der Anlage sichert. Die Neigung der Kegelmantellinie von 35 - 85º ist auf experimentellem Wege bestimmt worden, wobei der Austrittswinkel der Erosionsprodukte berücksichtigt und die minimale Absetzung der Erosionsprodukte auf den Anoden bei einer hohen Brennstabilität des Lichtbogens angestrebt wurden. Ein Winkel zwischen Mantellinie und Kegelhöhe unter 35º kann zum Abreißen des Lichtbogens führen, bei Winkeln über 85º setzt sich ein großer Teil des abgetragenen Zunders auf den Elektroden 36 und 37 ab und verschlechtert die Brennbedingungen des Lichtbogens.Due to the conical shape of the electrodes 36 and 37, the erosion products of the workpiece 1 are almost completely removed from the arc space, only a small part of them settles on the working surface of the electrodes 36 and 37, which ensures high reliability and a long service life of the system. The inclination of the cone surface line of 35 - 85º was determined experimentally, taking into account the exit angle of the erosion products and aiming for minimal deposition of the erosion products on the anodes with high burning stability of the arc. An angle between the surface line and the cone height of less than 35º can lead to the arc breaking off, at angles over 85º a large part of the removed scale settles on the electrodes 36 and 37 and worsens the burning conditions of the arc.
Auf experimentellem Wege wurde festgestellt, daß der Anschluß der Stromzuführungen 40, 41, 42 zur Elektrode 36 mit einer Versetzung um den halben Abstand zwischen den Stromzuführungen 43, 44, 45 der anderen Elektrode 37, wie aus Fig. 9 und 10 ersichtlich ist, zu einer Zickzackbewegung der Kathodenflecken des Lichtbogens am Umkreis des Werkstücks 1 führt, wodurch die Gleichmäßigkeit der Bearbeitung erhöht, die Wahrscheinlichkeit der Oberflächenschmelzung bei der Reinigung verringert und die Reinigungsgüte stark strukturierter Werkstücke, insbesondere Spindeln von Baumwollpflückmaschinen, verbessert wird.It has been found experimentally that the connection of the current leads 40, 41, 42 to the electrode 36 with an offset of half the distance between the current leads 43, 44, 45 of the other electrode 37, as can be seen from Fig. 9 and 10, leads to a zigzag movement of the cathode spots of the arc on the circumference of the workpiece 1, which increases the uniformity of the processing, reduces the likelihood of surface melting during cleaning, and improves the cleaning quality of highly structured workpieces, in particular spindles of cotton picking machines.
Die Optimierung der Reinigungsgüte wird durch Wahl der Brennintensität des Lichtbogens, des Abstands der Elektroden 36 und 37 und der Verstellgeschwindigkeit des Werkstücks 1 ausgeführt.The optimization of the cleaning quality is carried out by selecting the burning intensity of the arc, the distance between the electrodes 36 and 37 and the adjustment speed of the workpiece 1.
Unter realen Fertigungsanforderungen ist der Zunder von der Oberfläche von Stahlstangen mit einem Durchmesser von 12 mm und von Spindeln von Baumwollpflückmaschinen, die ein Rohr mit einer Länge von 630 mm und 4 Zähnereihen auf der Außenfläche darstellen, entfernt worden. Eine gute Reinigungsqualität wurde bei einem Lichtbogenstrom von 250 A, einer Werkstückzustellgeschwindigkeit von 30 bis 50 mm/s und einem Elektrodenabstand von 30 bis 35 mm erreicht.Under real manufacturing requirements, the scale is Surface of steel rods with a diameter of 12 mm and of spindles of cotton picking machines, which represent a tube with a length of 630 mm and 4 rows of teeth on the outer surface. A good cleaning quality was achieved at an arc current of 250 A, a workpiece feed speed of 30 to 50 mm/s and an electrode distance of 30 to 35 mm.
In Fig. 11, 12, 13 wird eine Anlage zur Lichtbogenbearbeitung, besonders der Reinigung, von Walzband bezeigt. Die Anlage enthält eine Vakuumkammer 47 (Fig. 11), die die Elektroden 48 und die Zündelektroden 4 und 4' aufnimmt. Die Elektroden 48 sind starr auf einem gemeinsamen Halter (in der Zeichnung nicht gezeigt) befestigt. An der Stirn der Vakuumkammer sind die Einführungsschleuse 49 und die Ausführungsschleuse 50 angebracht. Über Rohrleitungen 51 ist die Vakuumkammer 47 mit der Vakuumpumpe 52 verbunden, die in das Vakuumversorgungssystem eingeht. Die Zustellzugrollen 53 und 54 sind am Eingang bzw. am Ausgang der Schleusen 49 und 50 angeordnet und sichern die Zustellung und Vorspannung des Bandguts 55 in bezug auf die Elektroden 48. Die Anlage enthält weiterhin die Vorrichtung zur Erzeugung einer zu Null nahen Potentialdifferenz des elektrischen Feldes am Bearbeitungsbereich auf der Oberfläche des Bandgut 55 in Form von zwei symmetrisch in bezug auf den Bearbeitungsbereich an das Bandgut 55 angeschlossenen Stromzuführungen 7' und 8', die elektrisch leitend miteinander und dem Minuspol der Stromquelle 3 verbunden sind, dessen Pluspol an die Elektroden 48 angeschlossen ist.In Fig. 11, 12, 13 a system for arc processing, especially cleaning, of rolled strip is shown. The system contains a vacuum chamber 47 (Fig. 11) which accommodates the electrodes 48 and the ignition electrodes 4 and 4'. The electrodes 48 are rigidly attached to a common holder (not shown in the drawing). The inlet lock 49 and the outlet lock 50 are attached to the front of the vacuum chamber. The vacuum chamber 47 is connected via pipes 51 to the vacuum pump 52, which is fed into the vacuum supply system. The feed pull rollers 53 and 54 are arranged at the entrance and exit of the locks 49 and 50 and ensure the feed and pre-tension of the strip material 55 in relation to the electrodes 48. The system also contains the device for generating a potential difference of the electric field close to zero in the processing area on the surface of the strip material 55 in the form of two power supplies 7' and 8' connected symmetrically in relation to the processing area to the strip material 55, which are electrically connected to one another and to the negative pole of the power source 3, the positive pole of which is connected to the electrodes 48.
Die Elektroden 48 sind so gestaltet, daß mindestens ein Elektrodenpaar 48 (in vorliegendem Fall vier Paare) als spiegelbildlich parallele Prismen mit einem Neigungswinkel der aufeinander weisenden Seitenflächen von 35 - 85º ausgeführt sind, wobei die Elektroden paarweise mit ihren Arbeitsflächen symmetrisch zur Achse des Bandguts 55 parallel zu dieser Achse angeordnet sind, wie in Fig. 13 gezeigt wird. Bei Vorhandensein von zwei oder mehr Elektrodenpaaren 48, die als spiegelbildlich parallele Prismen ausgeführt sind, sind sie in Bewegungsrichtung des Bandgutes 55 angeordnet (Fig. 12).The electrodes 48 are designed in such a way that at least one electrode pair 48 (in this case four pairs) are designed as mirror-image parallel prisms with an angle of inclination of the side surfaces facing each other of 35 - 85º, the electrodes being arranged in pairs with their working surfaces symmetrical to the axis of the strip material 55 and parallel to this axis, as shown in Fig. 13. If there are two or more electrode pairs 48 which are designed as mirror-image parallel prisms, they are arranged in the direction of movement of the strip material 55 (Fig. 12).
Ist das zweiseitige Abtragen (Reinigen) des Walzgutes notwendig wird die Anlage mit zusätzlichen Elektroden 56 (Fig. 11, 12, 13) versehen, die symmetrisch zu den Hauptelektroden 48 von der entgegengesetzten Seite des Walzgutes 55 angeordnet und entsprechend den Elektroden 48 an die Stromquelle 3 angeschlossen sind.If two-sided removal (cleaning) of the rolling stock is necessary, the system is provided with additional electrodes 56 (Fig. 11, 12, 13) which are symmetrical to the main electrodes 48 from the opposite side of the rolling stock 55 and are connected to the power source 3 corresponding to the electrodes 48.
Die zwangsgekühlten Abschirmungen 57 sind für die Begrenzung der Bewegung des Plasmas der Bogenentladung innerhalb des Bearbeitungsbereichs des Walzgutes 55 und an der Arbeitsfläche der Elektroden 48 und 56 notwendig. Bei zweiseitiger Abtragung (Reinigung) des Walzguts ist es am günstigsten, die Abschirmungen zwischen den Elektroden 48 und 56 in einem gewissen Abstand vom Walzgut 55 aufzubauen (Fig. 13). Die Abschirmungen 57 werden zweckmäßigerweise an den Außenflächen der Elektroden 48 und 56 befestigt und mit Hilfe dielektrischer Zwischenlagen 58 von ihnen isoliert. Der untere Teil der Vakuumkammer 47 schließt die Bunker 59 mit Vakuumverschlüssen 60 an.The forced-cooled shields 57 are necessary for limiting the movement of the arc discharge plasma within the processing area of the rolled material 55 and on the working surface of the electrodes 48 and 56. When removing (cleaning) the rolled material from both sides, it is best to install the shields between the electrodes 48 and 56 at a certain distance from the rolled material 55 (Fig. 13). The shields 57 are expediently attached to the outer surfaces of the electrodes 48 and 56 and insulated from them using dielectric intermediate layers 58. The lower part of the vacuum chamber 47 connects the bunkers 59 with vacuum closures 60.
Die Anlage wird wie folgt betrieben.The system is operated as follows.
Das Bandgut 55 (Fig. 11) wird durch die Zugrollen 53 und 54 in die Vakuumkammer eingebracht und unter Vorspannung zwischen die Elektroden 48 und 56 gesetzt. Die Vakuumpumpe 52 setzt über die Rohrleitung 51 den Druck in der Vakuumkammer 47 bis unter 10 Pa herab. Die Stromquellen 3 werden eingeschaltet, mit Hilfe der Zündelektroden 4 und 4' wird der Lichtbogen zwischen den Elektroden 48, 56 und dem Bandgut 55 gezündet. Nach Zündung des Lichtbogens beginnen die Zugrollen 53 und 54 mit dem Transport des Bandguts 55 durch die Vakuumkammer 47.The strip material 55 (Fig. 11) is introduced into the vacuum chamber by the pull rollers 53 and 54 and placed under pre-tension between the electrodes 48 and 56. The vacuum pump 52 reduces the pressure in the vacuum chamber 47 to below 10 Pa via the pipe 51. The power sources 3 are switched on, and the arc between the electrodes 48, 56 and the strip material 55 is ignited using the ignition electrodes 4 and 4'. After the arc has been ignited, the pull rollers 53 and 54 begin to transport the strip material 55 through the vacuum chamber 47.
Wie durchgeführte Untersuchungen nachgewiesen haben, wird ein Teil des Zunders bei der Bearbeitung bis zu reinem Metall reduziert, der übrige Teil verdampft und setzt sich auf den Wänden der Vakuumkammer 47 nieder. Dieser Teil wird abschließend mit Bürsten auf den Boden der Vakuumkammer 47 und in die Bunker 59 herabgefegt und wird über die Schleusen 60 ohne Dichtheitsverlust der Vakuumkammer 47 nach außen gebracht. Das sich bildende Gas wird durch die stetig wirkenden Pumpen entfernt. Die Ausführung der Elektroden 48, 56 in Form von spiegelsymmetrisch angebrachten Prismen löst deshalb gleichzeitig zwei Aufgaben: Freigabe des Wegs der Erosionsprodukte aus dem Lichtbogenbereich unter Ausschluß ihrer Absetzung auf den Elektroden 48, 56 (die Begründung des Neigungswinkels der Prismenseitenflächen wurde im vorausgehenden Text gegeben) und, andererseits, Schaffung eines gleichmäßigen elektrischen Felds in Kathodennähe (in Nähe des zu reinigenden Bandguts 55), das die Voraussetzung für die gleichmäßige Kathodenfleckverteilung und die gleichmäßige qualitätvolle Reinigung der Oberfläche ist. Die Anzahl der Kathodenflecken ist dem Entladungsstrom proportional, steigt jedoch nicht unbegrenzt an. Bei Erreichen der sogenannten kritischen Stromstärke, deren Wert von den Besonderheiten des Anlagenaufbaus, des Bandgutwerkstoffs und dem Druck des Arbeitsmediums abhängt, erfolgt ein Sprung im Verhalten des Lichtbogens: die Beweglichkeit der Kathodenflecken wird aufgehoben, die feststehenden Kathodenflecken führen zum Schmelzen des Bandguts 55 und der Elektroden 48, 56. Durch diese Erscheinung wird die Bearbeitungsbreite des Bandguts 55 bei ausreichender Gleichmäßigkeit der Verteilung der Kathodenflecken begrenzt. Die Verbreiterung des Bandguts 55 würde zur Steigerung der Anzahl der Kathodenflecken die Vergrößerung des Lichtbogenstroms verlangen, was jedoch nur in begrenztem Maße ohne Schmelzerscheinungen am Bandgut 55 und den Elektroden 48, 56 bei überkritischem Strom möglich ist. Bei Senken des Stroms unter einen unteren Grenzwert zur Bearbeitung von schmalem Bandgut 55 verlischt der Lichtbogen. Experimentell wurde nachgewiesen, daß die besten Reinigungsergebnisse mit Hilfe der beschriebenen Anlage bei einer Bandbreite von 20 - 100 mm erreicht werden.As the tests have shown, part of the scale is reduced to pure metal during processing, the rest evaporates and settles on the walls of the vacuum chamber 47. This part is then brushed down to the bottom of the vacuum chamber 47 and into the bunkers 59 and is brought outside via the locks 60 without any loss of tightness of the vacuum chamber 47. The gas that forms is removed by the continuously operating pumps. The design of the electrodes 48, 56 in the form of mirror-symmetrically arranged prisms therefore solves two tasks at the same time: freeing the path of the erosion products from the arc area without their depositing on the electrodes 48, 56 (the reason for the angle of inclination of the prism side surfaces was given in the previous text) and, on the other hand, creating a uniform electric field in Proximity to the cathode (near the strip material 55 to be cleaned), which is the prerequisite for the even distribution of cathode spots and the even, high-quality cleaning of the surface. The number of cathode spots is proportional to the discharge current, but does not increase indefinitely. When the so-called critical current strength is reached, the value of which depends on the specifics of the system structure, the strip material and the pressure of the working medium, a jump in the behavior of the arc occurs: the mobility of the cathode spots is eliminated, the fixed cathode spots lead to the melting of the strip material 55 and the electrodes 48, 56. This phenomenon limits the processing width of the strip material 55 with sufficient uniformity of the distribution of the cathode spots. Widening the strip material 55 would require an increase in the arc current in order to increase the number of cathode spots, but this is only possible to a limited extent without melting phenomena on the strip material 55 and the electrodes 48, 56 at supercritical current. If the current is reduced below a lower limit for processing narrow strip material 55, the arc is extinguished. It has been experimentally proven that the best cleaning results are achieved with the aid of the described system with a strip width of 20 - 100 mm.
Mit Hilfe der beschriebenen Anlage zur Reinigung von Bandgut durch Lichtbogenabtragung im Vakuum können Schwarz- und Buntmetallbänder und Bänder aus ihren Legierungen bearbeitet werden, wobei die gleichmäßige qualitätvolle Reinigung beider Seiten des Bandguts erreicht wird, da die Stromquellen 3 unabhängig voneinander funktionieren.With the help of the described system for cleaning strip material by arc removal in a vacuum, black and non-ferrous metal strips and strips made of their alloys can be processed, whereby the uniform, high-quality cleaning of both sides of the strip material is achieved, since the power sources 3 function independently of one another.
Das durch den Lichtbogen im Vakuum bearbeitete Bandgut 55 hat ein gutes Warenaussehen, seine Korrosionsfestigkeit wird erhöht, die Oberfläche wird aufgerauht, was die Haftfähigkeit von Beschichtungen erhöht.The strip material 55 processed by the arc in a vacuum has a good appearance, its corrosion resistance is increased, the surface is roughened, which increases the adhesion of coatings.
Falls Bandgut mit einer Breite über 100 mm bearbeitet (gereinigt) werden muß, kann man auf die in Fig. 14, 15, 16 gezeigte Anlage zurückgreifen. Diese Anlage unterscheidet sich von der vorhergehenden darin, daß die als spiegelbildlich parallele Prismen ausgeführten Elektroden 61 und 62 paarweise symmetrisch zu einer zur Bewegungsrichtung des Bandgutes 64 senkrechten Ebene 63 (Fig. 16) angeordnet sind, die durch die Mitte des Bearbeitungsbereichs des Bandguts 64 gelegt ist, wobei die benachbarten Elektroden 61 oder 63 (Fig. 15) in bezug aufeinander derart angeordnet sind, daß der Bearbeitungsbereichs jeder der Lichtbogenentladungen durch den Bearbeitungsbereich mindestens einer weiteren Lichtbogenentladung überdeckt werden kann, die Abschirmungen 65 und 66 (Fig. 14, 15, 16) sind im Raum zwischen den Elektroden 61, 62 und der zu bearbeitenden Oberfläche des Bandguts 64 angebracht.If strip material with a width of more than 100 mm has to be processed (cleaned), the system shown in Fig. 14, 15, 16 can be used. This system differs from the previous one in that the electrodes 61 and 62, designed as mirror-image parallel prisms, are arranged in pairs symmetrically to a plane 63 (Fig. 16) perpendicular to the direction of movement of the strip material 64, which is laid through the middle of the processing area of the strip material 64, whereby the adjacent electrodes 61 or 63 (Fig. 15) are arranged in relation to one another in such a way that the processing area of each of the arc discharges can be covered by the processing area of at least one further arc discharge, the shields 65 and 66 (Fig. 14, 15, 16) are mounted in the space between the electrodes 61, 62 and the surface of the strip material 64 to be processed.
Dieser Aufbau der Anlage ermöglicht die Reinigung von Walzgut beliebigen Profils mit erforderlicher Geschwindigkeit durch Parallel- und Serienanordnung der Lichtbogen über der Oberfläche des bewegten Bandguts.This system design enables the cleaning of rolled material of any profile at the required speed through parallel and series arrangement of the arcs above the surface of the moving strip material.
Die vorgeschlagenen Verfahren zur Lichtbogenbearbeitung und die Anlagen zu seiner Verwirklichung sichern die Durchführung umweltfreundlicher technologischer Prozesse für die Reinigung der Werkstücke von Zunder und Verschmutzungen und die Abtragung von Graten, die Aufheizung, Schweißung und das Schweißschneiden verschiedener Werkstücke und beliebige andere Arten der Lichtbogenbearbeitung durch wandernde Lichtbögen im Vakuum, wobei zur Lichtbogenwanderung keine beweglichen Elektroden oder äußere Magnetfelder notwendig sind, was den Aufbau der verwendeten Anlagen vereinfacht.The proposed methods of arc processing and the equipment for its implementation ensure the implementation of environmentally friendly technological processes for cleaning workpieces from scale and dirt and removing burrs, heating, welding and weld-cutting various workpieces and any other types of arc processing by means of moving arcs in a vacuum, where no moving electrodes or external magnetic fields are required for the arc to move, which simplifies the design of the equipment used.
Die unter Zuhilfenahme der vorgeschlagenen technischen Lösungen gereinigten Werkstücke haben ein gutes Warenaussehen, erhöhte Korrosionsfestigkeit und eine größere Oberflächenhaftung.The workpieces cleaned using the proposed technical solutions have a good appearance, increased corrosion resistance and greater surface adhesion.
Die erfindungsgemäße Vakuumschweißung verschiedener Werkstücke sichert die Möglichkeit der vorausgehende Reinigung der Schweißstellen und verhindert die Wechselwirkung des geschmolzenen Metalls mit der Umgebungsluft, was die Qualität der Schweißnaht erhöht, besonders wenn aktive Werkstoffe wie Titan und seine Legierungen verschweißt werden.The vacuum welding of various workpieces according to the invention ensures the possibility of prior cleaning of the welding points and prevents the interaction of the molten metal with the ambient air, which increases the quality of the weld, especially when active materials such as titanium and its alloys are welded.
Die vorgeschlagenen Verfahren zur Lichtbogenbearbeitung und die Anlagen zu seiner Verwirklichung sichern die Durchführung der technologischen Prozesse auf der Erde oder unter kosmischen Bedingungen und können die Grundlage für die Ausarbeitung neuer Typen zukunftsträchtiger technologischer Ausrüstungen für verschiedenste Bereiche der Technik werden.The proposed methods of arc processing and the equipment for its implementation ensure the implementation of technological processes on Earth or in space conditions and can become the basis for the development of new types of promising technological equipment for various fields of technology.
Die Erfindung kann im Maschinenbau, in der Metallurgie. Elektrotechnik und elektronischen Industrie für die Reinigung und Aktivierung der Oberfläche vor Auftragen von Beschichtungen, für die Verfestigung und das Anlassen der oberflächennahen Schicht, das Beseitigen von Graten, das Schweißen und Schweißbrennen usw. eingesetzt werden.The invention can be used in mechanical engineering, metallurgy, electrical engineering and the electronics industry for cleaning and activating the surface before applying coatings, for hardening and tempering the near-surface layer, removing burrs, welding and welding torches, etc.
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