专利名称：工模具修补机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于修复工模具缺损的修补机，更确切地说是涉及一种可产生可控脉冲电能的工模具修补机。
成型模具、热锻压模具、压铸模具、冷作模具及拉伸模等工模，由于形状、造型或图案复杂而造价较高，如一个印花压辊几万元，大型注塑模具造价更高。从经济效益和社会效益出发，对于有缺损的工模具要作修补再生恢复使用。
工模具缺损包括划痕、气孔、点状剥离等小型缺损及工模具角边、三顶点、凸点及刃部的磨损、剥离、崩损等两类损伤。修理行业对小型渐次性磨损是采用电刷镀的方法修复，而对模具棱角处的剥落性损伤目前尚未找到合理的修复方法。长期以来，修理行业希望有一种工艺装备能提供修复钢制工模具剥落性缺损的手段，一般要求这种修复件有高的结合强度，同时不改变工模具原有的整体热处理效果，从而使修复件的使用功能接近或达到未损伤前的程度。
一种可以采用的方案是用激光或微束等离子体这样的能量高度集中的能源，将与工模具性能接近的修补材料熔接到工模具母材上去，不仅可恢复工模具尺寸、填平缺损，而且由于热影响区极小，不会影响工模具整体使用效果。但在目前的技术条件下，功率激光器和微束等离子体设备的造价都比较高，使用维护要求也高，不适于在维修行业推广使用。
面对贵重工模具棱角处的剥落性损伤，传统的处理方法是采用钳工镶块嵌入法或镶块粘接法，该方法专业性强、对工人技术水平要求高、费时费工。
本申请人根据工模具修补工艺及修理行业的需要设计了一种采用可控脉冲电能把补片材料固定连接在应修补的工模具部位，并逐次多层固连叠加成坯的修补技术，可对前述两类工模具损伤进行修补，为维修行业提供了一项实用的新方法和新手段。该方法使用在极短的瞬时(10ms左右)通过电极向修补部位提供能量集中的脉冲电能，使修补点部位在毫秒级时间迅速升温进而熔化冶金，又同样迅速冷却，起到一种自然热处理效果，因此实施该方法，可得到热影响区小、结合牢固、有一定改性作用的表面修补金属层。
本实用新型的目的就是设计一种可产生可控脉冲电能的工模具修补机，对两类损伤均可提供有效的修复，且使用安全、操作方便。
本实用新型的工模具修补机，由主电路和控制电路构成，主电路由顺序连接的输入充电控制电路、升压电路、电容储能电路、输出放电控制电路、输出脉冲变压器电路和电极构成；控制电路包括向主电路提供输入充电控制的充电脉冲形成电路和向主电路提供输出放电控制的放电脉冲形成电路，其特征在于所述的输入充电控制电路是一串接在电源输入电路中的固态继电器；所述的输出放电控制电路是一串接在电容放电电路中的晶闸管；所述的充电脉冲形成电路由第一、第二电压比较器，锯齿波发生器和窄脉冲形成电路连接构成，第一电压比较器一端输入接可调的输入直流电压VR2，另一端输入接主电路储能电容的反馈电压Vf，第一电压比较器输出接第二电压比较器输入一端，锯齿波发生器输出接其输入另一端，第二电压比较器输出连接窄脉冲形成电路，窄脉冲形成电路输出接主电路固态继电器的控制端；所述的放电脉冲形成电路由输入端分别连接Vf、VR2的电压比较器，输入串接脚踏开关的光电耦合器及其光电脉冲的整形延时微分电路，单稳态触发器电路，逻辑门电路AN1、AN3，一端与光电耦合器输出端连接，另一端与逻辑门AN3一输入端连接的单点／连续工作模式开关和输出脉冲变压器电路连接构成，电压比较器输出端接逻辑门AN3另一输入端，逻辑门AN3输出端接单稳态触发器电路的控制端，单稳态触发器电路的输出端接逻辑门AN1一输入端，光电脉冲的整形延时微分电路输出端接逻辑门AN1另一输入端，逻辑门AN1输出端接输出脉冲变压器电路的输入端，输出脉冲变压器电路输出端接所述主电路晶闸管控制端。
还包括充放电互锁电路，由逻辑门AN2和延时电路连接构成，所述放电脉冲形成电路电压比较器输出端连接逻辑门AN2一输入端，所述逻辑门AN1输出端接逻辑门AN2另一输入端，逻辑门AN2输出端接所述的输出脉冲变压器电路和延迟电路输入，延时电路输出接所述充电脉冲形成电路第二电压比较器一输入端。
还包括过压保护电路，由一端接Vf、另一端接限制储能电容充电的直流电压VR1的电压比较器构成，电压比较器输出接所述充电脉冲形成电路第二电压比较器一输入端。
当Vf＜VR2时，充电脉冲形成电路输出与电源同步移相的脉冲信号，触发固体继电器导通，接入输入电源，控制向储能电容充电；修补机工作于单点模式时，每闭合一次脚踏开关，光电耦合器输出光电脉冲经整形、延迟、微分，由脉冲变压器输出，再触发晶闸管导通，控制电容放电，主电路脉冲变压器输出高能量单点脉冲。
修补机工作于连续模式时，单点／连续模式转换开关将单稳态触发器电路接入，放电脉冲形成电路输出的第一个放电脉冲是受脚踏开关、光电耦合器控制产生的，此后，电压比较器用每次放电后的充电状态变化信号触发单稳态触发器电路输出序列脉冲，控制向主电路晶闸管送连续触发信号，主电路脉冲变压器输出高能量序列脉冲，修补机工作于自动充电、放电状态，可作连续修补。
下面结合实施例附图详细说明本实用新型的技术。
图1、工模具修补机电原理框图；图2、
图1中主电路电原理图；图3、
图1中控制电路电原理框图；图4、图3控制电路实施电路图。
参见
图1，工模具修补机主电路包括输入充电控制电路10、升压电路11、电容储能电路12、输出放电控制电路13、输出脉冲变压器电路14和电极15。控制电路20对储能电容上的反馈电压Vf、可调输入直流电压VR2、单点／连续模式转换开关S／C及控制放电修补的脚踏开关F.S所输入的信号进行逻辑运算，在储能电容上电压低于设定值时(Vf＜VR2)，CH线控制接通输入充电控制电路10，使接入电网电能，完成升压和储能；当修补操作时，控制电路20经DCH线接通输出放电控制电路13，向输出脉冲变压器电路14放电，输出高能单次或序列脉冲。
参见图2，由固态继电器SSR、升压变压器B2、整流桥D、储能电容C11、R53组成输入控制、升压、充电储能电路，当SSR的BB’有脉冲信号输入时，SSR导通，控制接通输入电路，经升压、整流，对C11充电。电阻分压电路R54、R55并接在C11两端，Vf将C11上电压分压反馈回控制电路20。固态继电器SSR采用增强型连接，外电路有压敏电阻Y1保护，对电网回馈干扰最小。
晶闸管SCR、脉冲变压器B3、R57、D10构成输出放电控制电路，当SCR被触发导通时(AA’有脉冲信号)，控制接通放电电路，脉冲变压器B3输出高能量脉冲，具有输出能量集中和放电速度快的优点。晶闸管SCR触发采用变压器隔离方式。
主电路控制采用SSR器件和SCR的组合结构，有便于控制、过载能力强、工作可靠的优点。
参见图3，电压比较器203、204，与交流电源同步的锯齿波发生器206及窄脉冲电路205构成充电脉冲形成电路。当Vf＜VR2时，204输出与电压比较器203输出信号成正比例的方波移相信号，再变成窄脉冲去驱动固态继电器SSR导通。随着充电Vf逐渐增大，SSR的导通角逐渐减小，直至储能电容上电压稳定在由VR2所设定的电压值上，充电过程结束。
由电压比较器201、202，光电耦合器207，单稳态触发器电路208，输出脉冲变压器电路209，光电脉冲的延迟整形微分电路211及与非门AN1、AN3构成放电脉冲形成电路。
在单点工作模式下，S／C开关断开，单稳态触发器208不工作，闭合脚踩开关F.S，光电耦合器207输出脉冲信号经211整形、延迟、微分，由输出脉冲变压器电路209输出放电脉冲，驱动晶闸管SCR导通，F.S每闭合一次，主电路脉冲变压器输出一个单次脉冲。
S／C开关闭合，修补机工作于连续模式下。F.S开关闭合，光电耦合器207工作，电路执行放电过程同前述单点模式，当再次充电完成后，电压比较器201输出状态变化，触发单稳态触发电路208，产生一适当宽度的脉冲信号，经驱动脉冲变压器电路209输出放电脉冲，即每次放电结束、充电完成之后，都由单稳态触发电路208产生脉冲信号，使放电晶闸管导通，所以在连续模式下修补机自动地充电、放电循环，实现对工模具连续操作修补，直至断开F.S。
为了防止电容C11不能充电到希望值，希望有充、放电互锁功能，即充电期间禁止放电，放电期间禁止充电，设置的与非逻辑门AN2在电压比较器201的Vf＜VR2时被封锁，使209不能输出控制放电的脉冲。与非门AN1、AN3的设置则是单点、连续方式转换逻辑控制的需要。
设置的延时电路210、电压比较器202、与非门AN4具有两种功能，一是过压保护，二是在放电时对充电脉冲形成电路进行延时封锁。放电开始，延时电路210输出的信号和当Vf＞VR1时由202产生的过压信号均会封锁与非门AN4，使充电脉冲形成电路204不能输出与锯齿波同相的方波脉冲，直至延时时间到放电过程结束或Vf＞VR1的过压情况消失时，才允许充电。
参见图4，为图3所示原理框图的实施电路图。运放器OP3接成比例调节器，构成充电控制电路203，运放器OP4构成充电脉冲形成电路的电压比较器204，运放器OP5、OP6及T6、R32～R35、R46、R47、C8、C9构成锯齿波发生电路206，将输入的交流5V转化为与电源同步的锯齿波形，经R45加至运放器OP4的反相输入端。C6、R48～R50、R58、R59、T7、T8、脉冲变压器B4构成窄脉冲形成电路，B4输出BB’接图2固体继电器SSR的同名端。
接通电源，可调电位器W2输出一给定直流电压VR2，经R23加至OP3的反相输入端和经R18加至OP1的反相输入端，OP1～OP3的同相输入端接Vf。开机或修补操作放电后，Vf＝0，OP3输出电压经R21加至OP4的同相输入端，OP4输出与该信号成正比例的方波移相信号，BB’输出窄脉冲驱动固态继电器SSR导通，进行升压、整流、充电；随着Vf上升，SSR导通角逐渐减小，最后C11上电压稳定在由VR2所设定的电压值上，至此充电过程结束。同时比较器OP1输出高电压，T3导通，发光二极管D5点亮，指示充电完毕，可以进行修补操作。
光电耦合器PC817(207)。两级单稳态触发器CD4528构成单稳态触发器电路208。T1、T2、R37～R40、D2、D3、C4、脉冲变压器B1构成输出脉冲变压器电路209。AA’分别接图2晶闸管SCR的触发极和阴极。与非门AN5、反相器N1～N3、R43、R44、C7、W4、D4构成延时电路210。R3、R7～R9、C1、D1、N5构成光电脉冲的整形、延迟、微分电路211。
单点工作模式下，S／C开关断开，单稳态触发器CD4528不工作。闭合F.S开关，光电耦合器PC817输出脉冲，经整形、延时、微分，由三极管T1、T2及脉冲变压器B1输出控制放电的脉冲。此时，发光二极管D2点亮，指示放电状态。F.S每闭合一次，输出一个单次脉冲。
在连续工作模式下，S／C开关闭合，单稳态触发器CD4528开始工作，当闭合F.S时，第一个放电控制脉冲的生成过程与上述单点模式相同，当再次充电完成后，OP1输出高电平，T3导通，经N4反相向单稳态触发器1B端送一触发信号，单稳输出一定宽度的脉冲信号，经与非门AN1、AN2，驱动T1、T2及B1。因此每次放电结束、充电完成之后都由单稳态触发电路产生控制放电的脉冲信号，直到释放F.S开关。
充电时，Vf＜VR2，OP1输出低电平，T3截止，N4输出低电平，封锁与非门AN2，使之不能输出控制放电的脉冲，即实现充电时禁止放电，直到Vf＞VR2。
在每一次控制放电的脉冲产生的同时，延时电路209中反相门N2输出低电平，封锁与非门AN4，T5导通，OP5同相端为高电平，无控制充电的脉冲产生，即实现放电时禁止充电，直至放电完毕并在延时过程结束之后，N2输出恢复高电平才允许充电。T5导通时，发光二极管D7点亮指示禁止充电。
运放器OP2、T4、R15～R17、R19、R20、W1、D6及与非门AN4构成过压保护电路。由W1调整允许电容C11的最高充电电压VR1，当Vf＞VR1时，OP2输出高电平，T4导通，封锁与非门AN4，即禁止生成控制充电的脉冲。发光二极管D6点亮指示过压状态。
调节单稳态触发器电路中的C3、R26及延时电路中的W4，可调节连续放电模式时序列脉冲的间隔周期，实施例的脉冲间隔周期可设定在0.2～2秒间。
本实用新型的工模具修补机经工艺试验证明能完成很大一部分黑色金属工模具的修补工作，并充分考虑了安全性设计及电磁兼容性，工作可靠性高、设备成本低、使用维护方便。
权利要求1.一种工模具修补机，由主电路和控制电路构成，主电路由顺序连接的输入充电控制电路、升压电路、电容储能电路、输出放电控制电路、输出脉冲变压器电路和电极构成；控制电路包括向主电路提供输入充电控制的充电脉冲形成电路和向主电路提供输出放电控制的放电脉冲形成电路，其特征在于所述的输入充电控制电路是一串接在电源输入电路中的固态继电器；所述的输出放电控制电路是一串接在电容放电电路中的晶闸管；所述的充电脉冲形成电路由第一、第二电压比较器，锯齿波发生器和窄脉冲形成电路连接构成，第一电压比较器一端输入接可调的输入直流电压VR2，另一端输入接主电路储能电容的反馈电压Vf，第一电压比较器输出接第二电压比较器输入一端，锯齿波发生器输出接其输入另一端，第二电压比较器输出连接窄脉冲形成电路，窄脉冲形成电路输出接主电路固态继电器的控制端；所述的放电脉冲形成电路由输入端分别连接Vf、VR2的电压比较器，输入串接脚踏开关的光电耦合器及其光电脉冲的整形延时微分电路，单稳态触发器电路，逻辑门电路AN1、AN3，一端与光电耦合器输出端连接，另一端与逻辑门AN3一输入端连接的单点/连续工作模式开关和输出脉冲变压器电路连接构成，电压比较器输出端接逻辑门AN3另一输入端，逻辑门AN3输出端接单稳态触发器电路的控制端，单稳态触发器电路的输出端接逻辑门AN1一输入端，光电脉冲的整形延时微分电路输出端接逻辑门AN1另一输入端，逻辑门AN1输出端接输出脉冲变压器电路的输端，输出脉冲变压器电路输出端接所述主电路晶闸管控制端。
2.根据权利要求1所述的工模具修补机，其特征在于还包括充放电互锁电路，由逻辑门AN2和延时电路连接构成，所述放电脉冲形成电路电压比较器输出端连接逻辑门AN2一输入端，所述逻辑门AN1输出端接逻辑门AN2另一输入端，逻辑门AN2输出端接所述的输出脉冲变压器电路和延迟电路输入，延时电路输出接所述充电脉冲形成电路第二电压比较器一输入端。
3.根据权利要求1所述的工模具修补机，其特征在于还包括过压保护电路，由一端接Vf、另一端接限制储能电容充电的直流电压VR1的电压比较器构成，电压比较器输出接所述充电脉冲形成电路第二电压比较器一输入端。
专利摘要本实用新型涉及一种能产生可控脉冲电能的工模具修补机，利用所产生的瞬时高能量将修补材料连接在工模具缺损部位。由主电路和控制电路组成。主电路包括含固态继电器的输入充电电路、升压整流储能电路、含晶闸管的输出放电电路和脉冲变压器及电极。控制电路包括分别向固态继电器和晶闸管送触发导通信号的充、放电脉冲形成电路。高能量短时电脉冲可以由脚踏开关控制以单次形式输出也可以序列脉冲形式输出。
文档编号B23K28/00GK2195999SQ9421771
公开日1995年5月3日 申请日期1994年7月29日 优先权日1994年7月29日
发明者白德印, 胡仲翔, 彭日辉, 马英男, 张甲英, 朱茂坤, 李庆田, 赵长明 申请人:中国人民解放军装甲兵工程学院