专利名称：一种用于导电加热加工的灭弧方法
技术领域：
本发明涉及金属非传统加工领域，是一种用于导电加热加工的灭弧方法。
技术背景
导电加热加工是一种利用大电流将被加工区域加热软化进行加工的一种非传统加工方式。导电加热加工方式可应用于车削、钻削、铣削、压力成形、渐进成形等加工中。导电加热加工时，虽然工具和工件之间的电压降比较小，但是回路电流很大，可达200A以上。 因此，在工具向工件靠近及工具离开工件时会因电流的突变而引起强烈的火花甚至电弧放电，电弧放电会烧伤工件的表面和工具头，对导电加热加工带来极其不利的影响。
现在导电加热加工时采用避免电弧产生的主要方法是，通过人工操作，待工具与工件接触之后通电，在工具与工件离开之前断电。这种方法虽然不会产生电弧放电，但是对工人技术要求高，生产效率低，无法实现自动化加工，无法加工断续表面。
专利号为99235160. X的发明采用逆变电源与微机控制的灭弧控制电路相结合的结构，通过检测加工工件与工具两端瞬态过电压脉冲信号，计数触发控制逆变加热电源的输出电压为零，迅速切断加热回流电流，抑制电弧的产生与稳定。这种灭弧方式中逆变电源与灭弧控制电路是一个整体，不利于使用已有加热电源；灭弧控制电路需要通过微机输入控制变量的值，控制电路和逆变电源本身复杂程度较高，设计制作及操作较为复杂；另外， 上述灭弧控制装置难以解决工具靠近工件时产生电弧的问题。发明内容
为了解决以上灭弧方法带来的问题，本发明提出了一种简洁有效的导电加热加工用灭弧方法，使用此灭弧方法建立的灭弧设备，结构简单且独立于加热电源与加工机床之外，适用于任何加热电源，并且导电加热加工时工具靠近和离开工件时均不会产生电弧。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
—种用于导电加热加工的灭弧方法，应用此方法的灭弧设备独立于加热电源和加工机床之间，加热电源的输出端接灭弧设备的输入端，灭弧设备的输出端接加工机床的工具和工件。该灭弧设备包括小功率辅助电源、直流继电器、时间继电器、固态继电器和过电压触发值可调的过电压继电器；其中，直流继电器包含直流继电器线圈和动合触点，时间继电器包含时间继电器线圈和延时闭合动合触点；固态继电器包含固态继电器线圈、动合辅助触点、一对动断辅助触点和主触点，过电压触发值可调的过电压继电器包含过电压继电器检测线圈和动断触点。
使用小功率辅助电源、直流继电器以及时间继电器的组合，来判断工具和工件是否已经稳定接触，稳定接触之后将加热电源和加工机床连接，同时，固态继电器对小功率辅助电源和直流继电器线圈形成互锁，使其在导电加热加工过程中与加工机床隔离。
导电加热加工开始后，将工具与工件离开时的瞬间高电压作为判断工具与工件是否离开的触发信号，使用过电压继电器检测此高电压信号，检测到高电压信号之后，将加热电源和工件断开，使电弧立刻熄灭。
在经历一次工具和工件接近-接触-离开的工作循环之后，灭弧设备中的所有元件恢复到工具与工件接触前的状态，可以随时开始下一个工作循环，不需按动任何按钮，不需进行任何的复位工作，可以继续加工。
本发明的有益效果是，既可以实现导电加热加工中工具与工件离开时的灭弧控制，也可以抑制工具与工件靠近并接触过程中电弧的产生；既可以导电加热加工连续表面， 也可以导电加热加工断续表面，并可应用于自动化生产；可使灭弧设备独立于加热电源和加工机床之外，自成模块；无需更换已有的设备，灭弧设备可加装在加热电源与加工机床之间，稍加设置即可工作；应用此灭弧方法的灭弧设备结构简单，成本低廉，性能可靠，操作简易，一次设置之后无需人工干预，可连续工作；有利于导电加热加工方式的推广。
附图为本发明的灭弧方法的灭弧设备结构示意图。
图中1加热电源；2灭弧设备；3工件；4工具；5直流继电器线圈；
6直流继电器动合触点；7时间继电器线圈；
8时间继电器通电延时动合触点；9固态继电器线圈；
10固态继电器动合辅助触点；11固态继电器动断辅助触点；12固态继电器主触点；13过电压继电器检测线圈；14过电压继电器动断触点；15小功率辅助电源。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施例。
如附图所示，直流继电器线圈5的额定触发电压要与小功率辅助电源15的输出电压一致。由于导电加热工具和工件回路等效电阻很小，为减少小功率辅助电源15对加热回路的影响，小功率辅助电源15要尽量选取输出电压较低、功率较小的开关电源。时间继电器线圈7和固态继电器线圈9的额定触发电压，要与小功率辅助电源15的输入电压一致。
首先需通过试验或者经验公式确定本次加工所需要的加热电流值I，以及在此加工参数下加热电源1输出的电压值Ul。按照图1的方式将灭弧设备2安装接线之后，首先打开加热电源1，并将输出电压直接调整到Ul ；将灭弧设备2中的小功率辅助电源15通电， 调整过电压继电器(包含过电压继电器检测线圈13和过电压继电器动断触点14)的整定电压为U2(—般取U2 = 1.5XU1)。图1中的时间继电器(包含时间继电器线圈7和时间继电器通电延时动合触点8)的定时时间是用以保证工件3与工具4已经稳定接触的时间， 可在0. 05秒到0. 5秒之间选择。此定时时间合理设置之后，既可抑制工具和工件接触时所产生的电弧，又可以使工具和工件接触之后迅速的通入加热电流，保证加工的顺利进行。具体的定时时间可通过试验或经验公式确定。
导电加热加工的工具接触工件之前，固态继电器主触点12已经断开加热电源1的供电；在需要进行导电加热时，首先通过小功率辅助电源15提供的低压直流电和直流继电器线圈5来检测工具4和工件3是否接触，当工具4和工件3接触之后直流继电器线圈5充电，直流继电器动合触点6闭合，时间继电器线圈7充电；经过指定的时间t后，时间继电器通电延时动合触点8闭合，固态继电器线圈9得电，固态继电器动合辅助触点10闭合，同时固态继电器动断辅助触点11断开，固态继电器主触点12闭合，此时，固态继电器形成闭合自锁，加热电源1接入到加工机床中，开始导电加热加工，并且固态继电器对小功率辅助电源15和直流继电器线圈5形成互锁，使其暂时与加工机床隔离。在以上过程中，通过小功率辅助电源15和直流继电器线圈5对工件是否与工具接触进行检测，工件3和工具4起到了点动开关的作用，而时间继电器的延时起到了对点动开关消抖的作用；当工具4和工件3 稳定接触一段时间t之后，再将加热电源1与工件3连接。这样，工件3与工具4接触在前， 加热电流接入在后，不会产生电弧，且通电过程迅速，检测与通电由灭弧设备2自动完成。
导电加热加工过程中，加工回路通有较大电流，当工具4与工件3离开的瞬间，会产生远高于加热电源输出电压的反向电动势，并且会维持一段时间(几十毫秒)。过电压继电器预设的触发电压，略高于加热电源的输出电压，并远低于工具和工件离开瞬间的反向电动势。当工具4与工件3离开的瞬间，过电压继电器检测线圈13会立刻检测到高压反向电动势，并触发过电压继电器动断触点14断开，使得固态继电器线圈9失电，固态继电器动合辅助触点10和固态继电器主触点12同时断开；此时加热电源1和工件3之间已经开路，电弧立刻熄灭。以上过程中，将工具4与工件3离开时的瞬间高电压作为触发信号，迅速断开加热电源1和工件3的连接，实现了电弧的快速熄灭。
以上过程即为导电加热加工自动灭弧设备的一个完整的工作循环，此时，灭弧设备2中的所有元器件已恢复到工具4与工件3接触前的状态，不需按动任何按钮，不需进行任何的复位工作，直到工具4与工件3接触后开始一个新的工作循环。直到在此参数下不需要继续加工，确定工具已离开工件，即可将加热电源1和小功率辅助电源15分别断电。在导电加热加工过程中，不需对电源和灭弧设备任何人工操作和干预(即使加工断续表面)。 因此，本灭弧设备可以应用于导电加热加工断续表面，并可应用于自动化生产中。
权利要求
1.一种用于导电加热加工的灭弧方法，其特征是将灭弧设备独立于加热电源和加工机床之间，加热电源的输出端接灭弧设备的输入端，灭弧设备的输出端接加工机床的工具和工件；该灭弧设备包括小功率辅助电源、直流继电器、时间继电器、固态继电器和过电压触发值可调的过电压继电器；使用小功率辅助电源、直流继电器以及时间继电器的组合，来判断工具和工件是否已经稳定接触，稳定接触之后将加热电源和加工机床连接，同时，固态继电器对小功率辅助电源和直流继电器线圈形成互锁，使其在导电加热加工过程中与加工机床隔离；导电加热加工开始后，将工具与工件离开时的瞬间高电压作为判断工具与工件是否离开的触发信号，使用过电压继电器检测此高电压信号，检测到高电压信号之后，将加热电源和工件断开，使电弧立刻熄灭；在经历一次工具和工件接近-接触-离开的工作循环之后，灭弧设备中的所有元件恢复到工具与工件接触前的状态，随时开始下一个工作循环。
2.用于权利要求1所述的灭弧方法的设备，其特征是直流继电器包含直流继电器线圈和动合触点，时间继电器包含时间继电器线圈和延时闭合动合触点；固态继电器包含固态继电器线圈、动合辅助触点、一对动断辅助触点和主触点，过电压触发值可调的过电压继电器包含过电压继电器检测线圈和动断触点。
全文摘要
一种导电加热加工用灭弧方法，使用此灭弧方法建立的灭弧设备，结构简单且独立于加热电源与加工机床外，适用于任何加热电源。加热电源的输出端接灭弧设备的输入端，灭弧设备的输出端接工具和工件。使用小功率辅助电源、直流继电器以及延时时间继电器的组合来监测工具和工件是否已经稳定接触，稳定接触之后迅速将加热电源和加工机床连接，解决了工具和工件从接近到接触过程中产生电弧的问题。利用直流过电压继电器监测工具和工件分离时的瞬间高电压，检测到此高电压之后立刻切断加热电源，从而快速熄灭产生的电弧。一个工作循环结束后，所有元件自动恢复到初始状态。本发明还可用于断续表面的导电加热加工和自动化生产，性能稳定、寿命长、易操作。
文档编号B23Q11/00GK102528546SQ20121005922
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者余自远, 刘新, 孙晶, 宋金龙, 徐文骥, 王续跃 申请人:大连理工大学