Меню Рубрики

Установка покрытия на вал

О разных способах восстановления посадочного места на валу или наплавка против напыления

В этой статье я постараюсь выяснить, каким способом наиболее эффективно можно восстановить поврежденную шейку вала. Под «шейкой» я в данном случае подразумеваю любую посадочную поверхность на валу: под подшипник качения, под баббитовый подшипник или приводной цилиндрический или конический конец вала под муфту со шпоночными пазами.
Рассмотрим три наиболее распространенных варианта восстановления поверхности шейки: 1) изготовление втулки и последующая посадка с натягом, 2) электродуговая наплавка, 3) газотермическое напыление.

Изготовление втулки.
Преимущества: весь технологический процесс может осуществить токарь, и не нужно привлекать других специалистов.
Недостатки: очень трудоемкий способ, ограничен выбор материала для восстановления, невозможно восстановить шейку, имеющую меньший диаметр, чем соседние шейки (например, шейки коленвала), невозможно восстановить шейку со шпоночными пазами.

Электродуговая наплавка.
Преимущества: покрытие монолитно связано с основой, есть выбор различных по свойствам наплавочных материалов.
Недостатки: при восстановлении незначительных износов (что чаще всего бывает) основная часть наплавленного металла (50 – 80%) уходит в стружку при последующей механической обработке, вал при дуговой наплавке из-за интенсивного нагрева деформируется (без деформаций можно наплавить только конец вала). Валы обычно изготавливаются из углеродистых сталей (35, 40, 40Х и т. п. ), которые при наплавке закаливаются, что может привести к трещинообразованию в зонах, прилегающих к наплавке. Необходима сопутствующая наплавке термообработка (как минимум – предварительный подогрев).

Газотермическое напыление.
Преимущества: полное и принципиальное отсутствие термических структурных превращений и тепловых деформаций в детали вследствие низких температур нагрева при данной технологии восстановления (не выше 250 град С); наличие открытых микропор в покрытии благоприятно влияет на условия работы пар трения, так как в порах постоянно удерживается незначительное количество смазки.
Недостатки: из-за слабой адгезии с поверхностью детали напыленное покрытие может работать только на сжатие, и если по условиям работы на поверхности могут возникать большие сдвиговые нагрузки, то не стоит эту поверхность восстанавливать напылением.

Предлагаю взвесить обозначенные «за» и «против» трех методов применительно, например, к восстановлению цилиндрического приводного конца вала из стали 35Х в термообработанном состоянии с номинальным диаметром 150 мм и длиной 150 мм, имеющего шпоночный паз. К моменту ремонта диаметр составляет минимум 149,5 мм. На этот конец может насаживаться муфта или шкив. На мой взгляд, довольно распространенный случай.

Наличие шпоночного паза, как Вы понимаете, исключает возможность установки втулки, и поэтому этот крайне нетехнологичный способ мы рассматривать не будем.

Рассчитаем затраты на электродуговую наплавку.
Наплавлять будем дешевыми отечественными электродами НИИ-48Г с коэффициентом использования 0,58 и производительностью наплавки 1,9 кг/ч (данные АО «Спецэлектрод» Москва). Среднюю толщину наплавленного слоя примем равной 3 мм. На это нам понадобится 2,9 кг электродов (1 102,00 рубля без НДС) и 1,53 часа чистого времени горения дуги (без учета времени на кантование изделия, замену электродов и прочее).

Рассчитаем затраты на газопламенное порошковое напыление.
Производительность метода – 3,2 кг/час. Напылять будем слой 1 мм на сторону. Этого будет вполне достаточно для припуска на механическую обработку, так как напыление осуществляется в токарном станке с равномерной подачей горелки, и мы получим одинаковую толщину напыленного слоя по всей восстанавливаемой поверхности. Для этого нам понадобится 0,6 кг порошка (1 314,94 рубля без НДС) и 0,19 часа чистого времени напыления. Здесь нужно учесть, что нет необходимости прерывать процесс напыления на всякого рода вспомогательные операции.

Также, прошу обратить внимание на последующую механическую обработку, объем которой при наплавке существенно выше (сравните 2 мм и 0,5 мм припуска на радиус) и практика показывает, что токарю при обдирке бугристой наплавленной поверхности, содержащей остатки шлаковой корки, приходится не один раз останавливаться для заправки затупившегося резца.

Рассмотрим риски.
При дуговой наплавке вала из стали 35Х необходим предварительный подогрев примерно до 250 град С, для того чтобы избежать образования хрупких структур и, как следствие, трещин в металле, граничащем с наплавкой. Если данное требование проигнорировать, восстановленный конец вала может при работе под нагрузкой отломиться по краю наплавленной зоны.
Также в процессе наплавки можно чрезмерно перегреть конец вала и тем самым отпустить сталь, понизив ее прочность.
При напылении же нет риска изменения структуры основного материала, так как температура изделия не превышает 200 град С в течение всего процесса.

Резюме.
1. Напыление годится для восстановления любых посадочных мест на валах, где не нужно передавать большой вращающий момент через контакт с поверхностью.
2. Процесс напыления имеет затраты на материалы, соизмеримые с затратами на отечественные наплавочные электроды и при этом на порядок меньшие (примерно в 10 раз) затраты рабочего времени.
3. Напыление – безопасный метод, так как не разупрочняет восстанавливаемую деталь.
4. Напыление – удобный метод, так как для восстановления вал нужно один раз установить в токарный станок, и по завершении процедуры один раз снять с него уже готовый вал.

Выводы данной статьи, конечно же, не стоит безоговорочно применять ко всем случаям восстановления, но доля правды во всем вышесказанном, уверен, есть. Если Вы в чем-то не согласны с автором, прошу Вас связаться со мной и указать мне на мои ошибки.

источник

Установка покрытия на вал

Гуммирование валов. Изготовление высоконагруженных валов по технологии гуммирования Спрут — залог качества крепления эластомера к металлу .

Гуммирование валов — это надежная защита валов от абразивного и химического износа. А также придания валам демпфирующих свойств. Мы специализируемся на изготовлении крупногабаритных высоконагруженных валов. Изготавливаем валы для различных отраслей промышленности. Металлообрабатывающей, горно обогатительной, бумажной, химической, деревообрабатывающей, легкой и тяжелой промышленности. Изготовление валов производим на надежном Российском и импортном оборудовании. Гуммирование валов производим по передовой технологии гуммирования Спрут. Для гуммирования используем современные марки резины. А так же другие современные полимерные материалы — полиуретаны, силиконы и пр. Для крепления гуммированного покрытия к основанию вала применяем специальную технологию армирования. Это обеспечивает высокопрочную адгезию полимера к металлу. При испытаниях, отрыв происходит когезионный (внутренний) . По телу эластомера. Это говорит о высокой степени крепления резины к металлу.

Гуммирование валов. Решена основная проблема — высокопрочного крепление резины к металлу.

Армирование поверхности вала специальной металлической тканой сеткой дает целый ряд преимуществ. Во первых возрастает прочность крепления эластомера в металлу в несколько раз. Во вторых мы получили комплекс технологических преимуществ по сравнению с классической технологией. В третьих мы можем с уверенностью давать гарантию на свою продукцию, имея такое надежное армирование. Технология запатентована.

С применением нашей технологии практически отпала серьезная проблема подбора адгезива. Который обеспечивает адгезию эластомера к металлу. А это является достаточно серьезной проблемой при гуммировании. Особенно в случае применения для покрытия валов резин имеющих низкую адгезию к металлу. Либо совсем не имеющих таковою. К ним относятся этиленпропиленовые каучуки, каучуки на основе силиконов. А так же фторкаучуки, полиуретан и др.

Имеем отрицательный опыт по гуммированию высоконагруженных валов для кожевенной промышленности. Это было в самом начале нашей деятельности. Валы выполняли функцию отжима шкур. При вводе в эксплуатацию этих валов они отработали около месяца. Затем произошло отслоение резины от металла. Нагрузка на сдвиг была слишком высокой. Заказчик не дал технического задания и мы произвели гуммирование по своему усмотрению. Смело можем сказать о том, что имея на тот момент такую технологию, как сейчас. Ни какого отслоения бы не было. И валы работали бы без проблем. Тем не менее отрицательный опыт полученный в прошлом, нам помогает добиваться новых успешных результатов. Мы не стоим на месте. Технологии постоянно совершенствуются нашими технологами.

Гуммирование валов. Изготовление валов «под ключ».

Наша компания имеет техническую возможность изготовления валов , что называется «под ключ». Мы изготавливаем валы по чертежам заказчика, либо по просьбе заказчика проектируем конструкцию сами и производим расчеты. У нас есть все необходимы для этого специалисты и оборудование. Затем производим подбор гуммированного покрытия в соответствии с функционалом и средой эксплуатации вала. При необходимости проводим дополнительные испытания резины на износ, химическую стойкость, относительное удлинение, прочность. Так же производим ремонт валов. Ремонт покрытия валов. Ремонт цапф вала и пр. Выполняем балансировку валов. Габаритные размеры валов — диаметр до 900 мм и длина до 7000 мм.

Читайте также:  Установка recovery на lg optimus one

Укладка основного покрытия.

Укладку основного покрытия резины производим по передовой технологии винтовой намотки. Для этого, полученную с завода резиновую смесь мы предварительно уплотняем на специальных вальцах. Затем после предварительной пластификации наносим на валы в виде спирали и производим тщательное уплотнение слоев. Резины нам поставляет старейшее в отрасли предприятие корпорации Ростех ПАО «Завод им. Чапаева», находящееся в нашем городе. В производстве мы используем только свежие резиновые смеси, так как срок изготовления влияет на пластичность и конечное качество изделия в целом. Резиновые смеси проходят перед гуммированием все виды контроля. После гуммирования на каждый вал выдается паспорт соответствия.

Вулканизация покрытия.

Вулканизацию гуммированного покрытия производим в специальных автоклавах где предусмотрен периодический поворот вала на 180 градусов. Это необходимо для равномерного нагрева покрытия и исключения возможной деформации под собственным весом. Гуммированное покрытие предварительно пластифицируется и бинтуется специальной полиамидной лентой, которая дает большую усадку во время вулканизации. Тем самым производится обжим покрытия и дополнительное его уплотнение. Для толстых слоев вулканизация производится в два или три приема. В процессе нагрева сначала вулканизируется верхний слой. Внутренние слои вулканизируются гораздо дольше. Чтобы избежать перевулканизации верхнего слоя, процесс проводят в два, три этапа. С обязательной перетяжкой новой полиамидной лентой.

Финишная обработка валов.

После вулканизации и выдержки, валы проходят финишную обработку на токарных станках. Там производят обточку облоя и окончательную шлифовку поверхности вала. Чистота поверхности выводится до Ra0.8. В случае необходимости производим нарезку винтовой или шевронной канавки.

После завершения финишной шлифовки, наши технологи производят проверку качества покрытия валов. Измерятся окончательная твердость покрытия. Производится контроль сплошности гуммированного слоя. А так же проводятся лабораторные испытания образцов резины на разрыв и расслоение.

После окончательной обработки покрытия, производится проверка вала на биение. В случае если биение вала выше заданного по техническому заданию, производится полная балансировка вала на специальном оборудовании.

По заданию заказчика можем произвести гальваническое покрытие торцевых поверхностей и цапф валов. Производим гальваническое покрытие белым и желтым цинком, а так же хромом.

Валы для различных отраслей.

Твердость гуммированного покрытия обеспечиваем в пределах от 35 до 98 условных единиц по Шору А. Для гуммирования валов работающих на абразивный износ применяем уникальные износостойкие резины. Хорошо зарекомендовала себя марка резины 1801, аналог резины Шведской компании Скега, но намного дешевле. Для валов работающих в химически агрессивных средах мы рекомендуем заказчикам резины на основе СКЭПТ или фторкаучука. Производим гуммирование маслобензостойким покрытием на основе бутадиен-нитрильного или силоксанового каучука специального назначения. Температурный предел работы гуммированного покрытия может быть от — 60 до + 350 градусов Цельсия.

Упаковка валов.

Упаковку валов производим в специальную деревянную тару. Либо если у заказчика нет особых требований к упаковке, в целях экономии, производим укладку валов в кузов автомашины на брусья с пропилами для цапф. В кузове производится крепление и фиксация упаковки от случайного сдвига или опрокидывания. Погрузку производим как верхнюю так боковую, и фронтальную.

источник

Оборудование для нанесения покрытий и упрочнения поверхностей

Упрочнение поверхностей — технологический процесс обработки поверхностей материалов с целью повышения прочности поверхностного слоя или нанесения на поверхность упрочняющего покрытия. Процесс упрочнения характеризуется степенью увеличения прочности, достигающей 300 % от исходного состояния, и глубиной упрочненного слоя (от долей до десятков миллиметров).

Насчитывается до двухсот способов упрочнения поверхностей. Существуют разные варианты классификации методов упрочнения материалов, одним из которых может быть следующий:

  • с образованием пленки на поверхности (осаждение химической реакцией, электролитическим методом, осаждение твердых осадков из паров, напыление износостойких соединений);
  • с изменением химического состава поверхностного слоя (диффузионное насыщение);
  • с изменением структуры поверхностного слоя (физико-термическая, электрофизическая и механическая обработка, наплавка легированным металлом);
  • с изменением энергетического запаса поверхностного слоя (обработка в магнитном поле);
  • с изменением шероховатости поверхностного слоя (электрохимическое полирование, обработка резанием, пластическое деформирование);
  • с изменением структуры по всему объему металла (термическая обработка при повышенных или пониженных температурах).

Эти методы могут реализовываться при наличии и сочетании разных внешних условий с помощью большого количества специфических технологических процессов. Возможность применения того или иного метода определяется, во-первых, технической возможностью его реализации, а во-вторых — экономической обоснованностью.

Далее будет рассмотрено технологическое оборудование для реализации лишь некоторых более широко распространенных способов упрочнения поверхностей. Часть способов (диффузионное насыщение, термическая обработка при повышенных и пониженных температурах, обработка резанием) рассматриваются в других курсах высшей школы.

1. Ультразвуковая обработка давлением и ультразвуковое упрочнение

Основными технологическими параметрами ультразвукового упрочнения (УЗУ) являются длительность воздействия (t), диаметр шарика (dш) или радиус скругления рабочей части инструмента (r), амплитуда колебаний (Ак), эффективная масса инструмента (Gин), продольная подача (s), число проходов (i), скорость движения упрочняемой детали (v), исходная шероховатость поверхности (Ra) и качество поверхностного слоя.

Для улучшения физико-механических свойств деталей применяют отделочно-упрочняющую обработку поверхностным пластическим деформированием (сферическим или цилиндрическим наконечником). При этом металл выступов неровностей перемещается в обоих направлениях от места контакта с деформирующим элементом. Высота неровностей уменьшается, образуя новый микрорельеф. Для получения требуемой шероховатости поверхности необходимо к деформирующему элементу приложить минимально необходимую силу, достаточную для протекания пластической деформации.

При обкатывании и раскатывании роликовыми и шариковыми головками, дорновании, протягивании выглаживающими протяжками возможно искажение формы нежестких деталей и деталей переменной жесткости. Сообщение деформирующему инструменту ультразвуковых колебаний (УЗК) снижает величину статической нагрузки при пластическом деформировании металлов.

Схема установки УЗУ (рис. 1) включает ультразвуковой генератор, магнитострикционный преобразователь 5, волновод 3 и деформирующий наконечник 2. Акустическая система укреплена в подвижном корпусе 4, который может перемещаться вдоль оси неподвижного корпуса. Установка и регулирование необходимой радиальной силы осуществляется при помощи тарированной пружины 7 и винта 8. Наконечник 2 совершает УЗК и с небольшой силой Р прижимается к обрабатываемой детали 1.

Рис. 1. Схема ультразвукового упрочнения подпружиненным шариком или алмазным наконечником

На практике в качестве инструмента могут применяться стальные или твердосплавные шарики, свободно или жестко связанные с волноводом преобразователя, а при алмазном выглаживании используются отполированные кристаллы алмаза, запаянные в стальные державки. Радиус закругления рабочей части алмазного наконечника 1. . . 4 мм и зависит от условий обработки, материала обрабатываемой поверхности и жесткости технологической системы. Установлено, что при воздействии УЗК с амплитудой Ак = 10 мкм скорость деформации поверхностных слоев возрастает в 100 раз и сопровождается упрочнением. В качестве оборудования для выполнения ультразвукового упрочнения используется серийное оборудование. Ультразвуковой излучатель закрепляется в резцедержателе (рис. 2) .

2. Обкатывание и раскатывание поверхностей

Аналогично ультразвуковой упрочняющей обработке, на том же оборудовании выполняется отделочная и упрочняющая обработка наружных поверхностей деталей обкатыванием, а внутренних — раскатыванием.

Рис. 2. Ультразвуковое упрочнение поверхности вала на токарно-винторезном станке 16К20

Давление на ролик в зависимости от материала детали принимают 5. . . 20 МН/м 2 при числе проходов до 4. Обкатывание обеспечивает шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,4. . . 0,05 мкм. Инструмент для обкатывания, представленный на рис. 3, устанавливают в резцедержатель хвостовиком 7.

Рис. 3. Упрочняющая обработка наружных поверхностей деталей обкатыванием

Обкатывание обрабатываемой поверхности производится шариком 2, который упирается в наружную обойму подшипника 10, насаженного на ось 9, и удерживается от выпадения колпачком 8. Под действием усилия обкатывания шарик 2 отжимается и перемещает пиноль 3 в расточке корпуса 4, которая сжимает пружину 5. С помощью винта 6 регулируется сила сжатия пружины. Для обработки обкатыванием резцедержатель токарного станка с обкатным инструментом подводят до соприкосновения шарика с поверхностью предварительно обработанной детали. Затем винтом поперечной подачи суппорта по лимбу создают натяг 0,5. . . 0,8 мм. Устанавливают частоту вращения шпинделя 1200…1500 мин -1 и продольную подачу 5 = 0,3. . .1,5 мм/об. , включают станок и делают 2-3 продольных прохода вправо и влев°. В качестве СОЖ используют веретенное масло.

Читайте также:  Установка бетонных лотков водостока

Шарики и ролики для обкатывания (раскатывания) изготовляют из закаленной стали или твердого сплава

3. Газопламенное напыление

Первый газопламенный проволочный распылитель разработал и запатентовал в 1913 г. швейцарский изобретатель Макс Ульрих Шооп (1870-1956). Скорость продуктов сгорания ацетилена в кислороде составляла 10. . .12 м/с, плотность напыленных покрытий — 85. . .90 % от плотности основного материала. В последнее время все шире стали применять заменители ацетилена: пропан, этилен, метан, водород.

Установка TC3n-MDP-115 (рис. 4) применяется для нанесения газопламенным методом металлических покрытий на поверхности шеек коленчатых валов, напыления молибденом колец синхронизаторов, поршневых колец, ремонта баббитовых подшипников скольжения, антикоррозионной защиты алюминизацией и цинкованием. Толщина получаемого покрытия 0,5. . .15 мм. При газопламенном наплавлении применяют проволоку диаметром около 3 мм из нержавеющей и углеродистой конструкционной стали, алюминия, латуни, бронзы, меди, баббита, молибдена, цинка, олова, свинца. В комплект оборудования для газопламенного напыления входит блок управления, пульт дистанционного управления, пистолет.

Рис. 4. Схема универсальной установки газопламенного напыления: 1 — устройство подготовки воздуха; 2 — ротаметры для рабочих газов; 3 — бухта проволоки для наплавки; 4 — порошковый питатель; 5 — пистолет распыления проволоки; 6 — пистолет распыления порошка; 7 — газоподводящие шланги; 8 — баллоны с рабочими газами; 9 — воздушный ресивер; 10 — воздушный ротаметр; 11 — компрессор TC3n-MDP-115

газопламенного напыления, блок подготовки газа. Блок управления обеспечивает регулирование скорости подачи проволоки, за которой можно следить на экране блока управления. С блока управления может также запускаться работа пистолета MDP-115.

Пистолетом подаваемая проволока или порошок распыляется за счет тепла ацетилена или пропана, сгорающего в кислороде. Основными элементами конструкции пистолета (рис. 5) являются электродвигатель привода подачи проволоки, редуктор, механизм прижима проволоки, узел подачи газа и воздуха, сопло. Производительность пистолета при напылении цветных металлов — до 15 кг/ч, стали и сплавов — до 9 кг/ч, расход кислорода 50 л/мин, расход ацетилена или пропана до 20 л/мин. Давление воздуха 0,5 МПа. Масса пистолета 4,1 кг. С его помощью можно непродолжительное время работать вручную, но правильнее задействовать манипулятор или ПР.

Рис. 5. Пистолет MDP-115 для распыления проволоки и схема проволочного распылителя: 1 — воздушное сопло; 2 — пруток; 3 — направляющая трубка; 4 — газовое сопло.

В блоке подготовки газа установлены сдвоенный ротаметр для регулирования расхода кислорода и ацетилена и система подготовки воздуха с масло- и влагоотделителями, манометром и регулирующими вентилями. Данное оборудование для газопламенного напыления можно использовать не только в цехе, но и в полевых условиях (рис 6 6)

4. Наплавка поверхностных слоев

Наплавка поверхностных слоев представляет собой процесс нанесения с помощью электросварки (в среде защитных газов, электрошлаковой, под слоем флюса) или плазмотрона покрытия на заготовку. С помощью наплавки можно восстановить размеры изношенной детали или нанести на заготовку упрочняющее покрытие. Для получения покрытия используются материалы разного физического состояния: металлический порошок, порошковая проволока, металлическая проволока, куски рубленой проволоки (крупка), гибкие шнуровые материалы.

Рис. 6. Металлизация стальных конструкций в полевых условиях

Установки для наплавки состоят из двух частей — электромеханической и энергетической. Электромеханическое оборудование обеспечивает нанесение нового упрочняющего слоя металла на нужную часть заготовки, а энергетическое — расплавление присадки и соединение ее с заготовкой. Исходя из этого определяется состав оборудования. Общая схема энергетической части оборудования для наплавки плазмотроном аналогична показанной на рис. 4. В качестве электромеханической части во многих случаях применяются металлорежущие станки. При наплавке на цилиндрические поверхности это может быть токарный станок, при упрочнении плоских поверхностей — фрезерный и т. п. При наплавке больших плоских поверхностей наиболее целесообразно использование многоэлектродных автоматов или ленточных электродов.

При наплавке на сложные поверхности манипуляции с пистолетом, горелкой и держателем осуществляют вручную, иногда в полуавтоматическом и реже автоматическом режиме при наличии дополнительных устройств или специальных манипуляторов Общий вид установки для механизированной плазменной наплавки порошком цилиндрических деталей показан на рис. 7, а, на рис. 7, б — ручная наплавка упрочняющего покрытия на пуансон.

Смесь горючего газа (пропана, пропан-бутана, пропилена, природного газа) сжигается в каталитической камере сгорания пистолета, генерируя высокоскоростную струю продуктов сгорания Сюда подается материал покрытия в форме сплава или композитного порошка Он нагревается в камере сгорания и ускоряется в струе, формируя покрытие при ударе частиц о подложку. Пистолет AC-HVAF, например, ускоряет частицы порошка до скоростей 700. . .800 м/с и формирует струю диаметром более 16 мм и длиной свыше 250 мм, что гораздо больше дистанции напыления, которая обычно составляет 125. . .180 мм. Диаметр потока напыляемых частиц в струе обычно составляет 3. . .5 мм. Толщина поверхностно- упрочненного слоя металла, образованного одним или несколькими слоями, может быть различной: чаще 0,5. . .10 мм, но можно нанести и более толстый слой, а масса наплавляемого металла — 3,5. . . 4,5 т, как при реставрации прокатных валков.

Рис. 7. Схема установки для наплавки металлическим порошком и выполнение наплавки в ручном режиме: 1 — коробка скоростей; 2 — зажимной патрон; 3 — порошковый питатель; 4 — заготовка; 5 — распылительная горелка (пистолет); 6 — поддерживающие ролики; 7 — устройство подготовки воздуха; 8 — воздушный ресивер; 9 — баллоны с рабочими газами; 10 — компрессор; 11 — трубопровод подвода порошка к горелке.

Для восстановления деталей с большим износом используется электродуговая наплавка плавящимся электродом под слоем флюса с применением дополнительного присадочного материала. Компоновка установки аналогична приведенной на рис 6 7, но энергетическая часть вместо газоподающего оборудования включает электросварочное

5. Лазерная поверхностная упрочняющая обработка

Около 80 % мощности машин расходуется на преодоление сил трения в сопряжениях, что вызывает износ трущихся поверхностей. На величину износа среди прочих факторов влияет и качество упрочнения поверхности. Для изделий, нуждающихся в повышенной износостойкости и сопротивляемости усталости, при сложной конфигурации закаливаемой поверхности можно применять лазерное воздействие со сверхкритической скоростью охлаждения. Такая обработка на 15. . . 20 %, а в некоторых случаях и больше, повышает твердость поверхностей по сравнению с традиционными методами термообработки. Возможно локальное (пятнистое) упрочнение поверхности даже в труднодоступных местах, куда луч лазера может быть направлен с помощью поворотных зеркал. При лазерном поверхностном упрочнении можно получить заданную микрошероховатость, а также специфические физико-механические, химические и другие свойства Технологические возможности лазерного упрочнения позволяют использовать данный процесс на заключительной стадии обработки и даже после сборки.

Рис. 8. Установка лазерного упрочнения и резки: 1 — вытяжной колпак; 2 — узел приводов по осям X и Y; 3 — объектив; 4 — маломощный лазер для нацеливания основного лазера на точку обработки; 5 — измеритель мощности лазерного луча; 6 — разрядная труба; 7 — теплообменник; 8 — анод; 9 — зеркало поворота луча; 10 — силовое электрооборудование; 11 — блок управления; 12 — блок наблюдения; 13 — вытяжка.

Лазерная обработка легко поддается автоматизации. Общий вид установки лазерного поверхностного упрочнения на базе углекислотного лазера «Комета 2» показан на рис. 8.

Лазерная установка «Комета 2» предназначена для термической обработки лучом СО2-лазера различных материалов, термоупрочнения инструмента, технологической оснастки и других изделий. Эти операции можно выполнять при совместной работе лазера и технологической установки, обеспечивающей воздействие луча в нужном месте детали. Лазер обеспечивает непрерывную генерацию луча диаметром не более 45 мм с длиной волны 9,2. . .10,8 мкм. Мощность излучения от 200 до 1000 Вт. Потребляемая мощность 25 кВА. Таким образом, КПД установки по мощности от 0,008 до 0,04.

Перед началом работы установки из разрядных труб откачивается воздух и они заполняются из баллонов смесью азота, углекислого газа и гелия в соотношении 10:1:6,5 под давлением 4,666 кПа.

Установка (рис. 9) состоит из лазерного модуля и двух шкафов, в которых размещаются четыре газовых баллона: три для питания излучателя азотом, гелием и углекислым газом и запасной с азотом или с газом для технологических целей. В одном из шкафов расположено устройство, которое называется натекателем Натекатель состоит из клапанов, манометров, редукторов и регуляторов давления и служит для регулирования состава рабочей газовой смеси. Лазерный модуль состоит из излучателя и источника питания. В корпусе источника питания расположены элементы газовакуумной системы, системы электропитания излучателя и его охлаждения, блок управления. Блок наблюдения показывает напряжение и силу тока, подаваемые на лазер. Излучатель работает с постоянной прокачкой газовой смеси по замкнутому контуру через разрядные трубы и теплообменники, охлаждаемые проточной водой.

Читайте также:  Установка дверных откосов из ламината

Если на схемах в книгах резонатор излучателя изображается как прямая трубка или кристалл, то в лазере «Комета-2» резонатор свернутого типа (рис. 10) . Он состоит из восьми разрядных труб 3, расположенных попарно в четыре ряда, шести охлаждаемых водой поворотных зеркал 8, торцового 1 и выходного 9 зеркал. Каждая разрядная труба 3 имеет шесть изолированных электродов 4 (анодов), к которым подводится постоянный ток высокого напряжения, и один общий катод — корпус излучателя 2, 5, 6.

Рис. 9. Схема лазерной установки: 1 — узел приводов по осям X и Y; 2 — датчик контроля работы электродвигателя; 3 — электродвигатель перемещения зеркала; 4 — маломощный лазер прицеливания; 5 — заслонка на пути лазерного луча; 6 — измеритель мощности лазерного луча; 7 — подвод воды для охлаждения излучателя; 8 — излучатель; 9 — зеркало поворота луча; 10 — газы для рабочей смеси; 11 — электрооборудование; 12 — блок управления и наблюдения; 13 — объектив; 14 — заготовка.

Перед началом работы воздух из труб 3 излучателя откачивают, затем подачей высокого напряжения на аноды 4 возбуждают разряд и включают компрессор, который в ускоренном режиме заполняет трубы рабочей смесью. В процессе работы лазера рабочая смесь, потерявшая ионы, в автоматическом режиме с помощью вакуумного насоса постоянно откачивается из разрядных труб 3 и обновляется до нужного состава, а потом опять поступает в излучатель.

Система водяного охлаждения состоит из водораспределительного и сливного коллекторов, соединенных с излучателем. По двум параллельным трубопроводам водой охлаждаются теплообменники 2, 5 и 6, компрессор и теплообменники 7 зеркал излучателя.

На современном этапе все шире применяют полупроводниковые лазеры.

Рис. 10. Элементы лазера «Комета-2»: а — разрядная туба; б — зеркало с прожженным медным покрытием; в — схема излучателя

6. Электронно-лучевая обработка

Сущность процесса электронно-лучевого воздействия состоит в том, что кинетическая энергия сформированного в вакууме электронного пучка в зоне обработки превращается в тепловую. Так как диапазоны мощности и концентрации энергии в луче велики, то на практике возможно получение всех видов термического воздействия на материалы: нагрев до заданных температур, плавление и испарение с очень высокими скоростями. Электронно-лучевая технология развивается в основном в трех направлениях: плавка, испарение в вакууме для нанесения пленок, сварка и прецизионная тепловая обработка.

Наиболее интенсивно развивается техника электронно-лучевой сварки металлов. Для этого создано оборудование трех классов: низко-, средне- и высоковольтное, охватывающее диапазон ускоряющих напряжений 20. . .150 кВ. Мощность установок чаще всего составляет 1. . .120 кВт при максимальной концентрации энергии 100. . .1000 кВт/см 2 .

Установка для электронно-лучевой сварки ФТИ9.145.00.000 (рис. 11) предназначена:

  • для электронно-лучевой сварки в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
  • модификации и поверхностного упрочнения и термообработки изделий;
  • пайки разнородных материалов и электронно-лучевого переплава.

Рис. 11. Установка для электронно-лучевой сварки модели ФТИ 9.145.00.000

Устройство установки и ее работа. Схема комплекса оборудования электронно-лучевой обработки представлен на рис. 12. Вакуумная камера 7 изготовлена из нержавеющей стали толщиной 15 мм, имеет внутренний диаметр 1350 мм и длину 2500 мм. В камере предусмотрены смотровые окна 10 для наблюдения за процессом. Окна защищены от загрязнения парами металлов с помощью сменных защитных стекол. Крышка вакуумной камеры 9 с продольной консолью 8 вручную перемещается по направляющим. Это обеспечивает доступ к механизмам и загрузку и выгрузку обрабатываемых изделий, которые с помощью специальных приспособлений, установленных на консоли, могут вращаться и перемещаться под электронным лучом, мощность которого достигает 15 кВт. Толщина свариваемых материалов при скорости в 12…24 м/ч достигает для стали 60 мм, титана и его сплавов — 90 мм, алюминия и сплавов — 120 мм. Размеры продольных сварочных швов на изделиях до 900 мм. Сверху на площадке на вакуумной камере смонтирована электронно-лучевая пушка 4.

Для защиты деталей от вредного воздействия газов при облучении обработка заготовок электронным лучом производится в вакууме Откачка воздуха в рабочей камере до степени разрежения 1 • 10 -2 Па проводится последовательно с помощью откачного стенда WU 1752 PP S30 564 (позиция 12) и диффузионного насоса АВП 400-1600 (позиция 16), соединенного с насосом вакуумным золотниковым насосом НВЗ-20 (позиция 14). На вакуумной камере установлены блок управления с пультом управления

Рис. 12. Схема комплекса оборудования электронно-лучевой обработки: 1 — холодильная машина; 2 — ротационный насос; 3 — турбомолекулярный насос; 4 — электронно-лучевая пушка; 5 — блок контроля вакуума; 6 — пульт и блок управления; 7 — вакуумная камера; 8 — консоль; 9 — крышка камеры; 10 — смотровое окно; 11 — пневмопитание; 12 – стенд откачки воздуха; 13 — система управления откачкой; 14 — вакуумный золотниковый насос; 15 — поршневой компрессор; 16 — высоковакуумный паромасляный агрегат; 17 — шкаф управления.

Управление вакуумным оборудованием и откачка осуществляются в ручном режиме. После включения форвакуумного агрегата 14 открывается клапан и воздух откачивается из диффузионного насоса 16. Для управления клапанами форвакуумной откачки диффузионного насоса 16 и вакуумной камеры, а также пневмоцилиндрами замка крышки камеры используется автономный пневматический привод 11. При достижении в диффузионном насосе 16 давления 10. . . 20 Па он включается (подается напряжение на нагреватель диффузионного насоса), и через 30 мин, когда давление в нем будет не более 1 • 10 -3 Па, можно начинать откачку воздуха из рабочей камеры. После окончания технологического процесса рабочая камера подвергается разгерметизации.

Откачка воздуха из камеры электронной пушки выполняется с помощью ротационного насоса DUO 5 PK D61 712 C (позиция 2) и турбомолекулярного насоса ТМН 261 Р/YP РМ P02 821 H (позиция 3) до степени разрежения 5 • 10 -3 . Уровень вакуума в камере измеряется с помощью блока контроля вакуума БК-6-420 (позиция 5) .

Рядом с вакуумной камерой установлены высоковольтный источник, блок регулирующей лампы, силовой шкаф, шкаф управления 17, откачной стенд 12, диффузионный насос 16, соединенный с механическим насосом 14, поршневой компрессор 15, холодильная машина с воздушным охлаждением EUWAB8KAZW (позиция 1), предназначенная для подачи холодной воды к вакуумным насосам.

Электронно-лучевая пушка ЭЛА-15 (рис. 13) представляет собой вакуумную камеру, в которой электроны, испускаемые катодом, ускоряются напряжением 60 кВ до больших скоростей, направляются на изделие и при ударе об него тормозятся. Кинетическая энергия электронов переходит в тепло и плавит металл. При этом «плюс» источника высокого напряжения подается на изделие, которое заземляется. Для обеспечения высокой удельной энергии луча электронный пучок дополнительно фокусируется при помощи электростатической и магнитной системы фокусирования. Пучок перемещается по изделию магнитной отклоняющей системой с частотой 600. . .1000 Гц.

Рис. 13. Электронно-лучевая пушка ЭЛА-15: 1 — источник электронов; 2 — преобразователь манометрический ионизирующий; 3 — корпус; 4, 5 — уплотнения; 6 — катушка фокусирующе-отклоняющей системы; 7 — корпус фокусирующе-отклоняющей системы; 8 — промежуточный корпус; 9 — кронштейн; 10 — ось.

Источник электронов 1 электронно-лучевой пушки ЭЛА-15 находится в верхней части корпуса 3. Ниже расположены промежуточный корпус 8 и фокусирующе-отклоняющая система Промежуточный корпус является связующим звеном между источником электронов и фокусирующе-отклоняющей системой. В нем находится механизм шлюзования, который герметически изолирует объем источника электронов от остального объема электронно-лучевой пушки и рабочей камеры. Открывается и закрывается механизм шлюзования с помощью электродвигателя. Герметичность соединений обеспечивается уплотнениями 4 и 5.

Откачка воздуха из пушки осуществляется через патрубок промежуточного корпуса 8. Преобразователь манометрический ионизирующий 2 позволяет контролировать величину разрежения.

Для смены катода и других профилактических работ источник электронов откидывается на оси 10 и удерживается на кронштейне 9. При этом микровыключатель разрывает цепь включения ускоряющего напряжения.

В ходе работы электронно-лучевой пушки генерируется рентгеновское излучение, поэтому в конструкции установки предусмотрены свинцовая защита, блокировки в цепи высокого напряжения и сигнализация.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector