Разработка технологии восстановления готовый (Разработка технологии восстановления гильзы цилиндра дизеля плазменным напылением), страница 6

2.3.4 Преимущества восстановления гильзы методом плазменного напы- ления

Отличительные особенности плазменного напыления по сравнению с аналогами - газопламенным, электродуговым и детонационным напылением, процессами наплавки и осаждения, данный процесс имеет преимущества:

- эффективное управление энергетическими характеристиками напыляемых частиц и условиями формирования покрытия за счет гибкости регулирования параметров и режимов работы плазмотрона;

- высокие коэффициент использования порошка (до 85%), прочность сцепления покрытия с основой (до 60 МПа), низкая пористость;

- высокая производительность процесса;

- универсальность за счет получения покрытий из большинства материалов без ограничения их температур плавления;

- нанесение покрытия на изделия, изготовленные практически из любого материала;

- отсутствие ограничений по размерам напыляемых изделий;

- низкое термическое воздействие на напыляемую основу, что позволяет избежать деформаций, изменений размеров изделий, а также исключить нежелательные структурные превращения основного металла;

- нанесение покрытия на локальные поверхности;

- получение регламентированной однородной пористости покрытия для использования в условиях работы со смазкой поверхностей скольжения;

- положительное влияние на усталостную прочность основы, за счет получения при плазменном напылении слоистой структуры покрытия, в отличие от столбчатой, образующейся при осаждении из газовой или паровой фазы, диффузионном насыщении;

- нанесение покрытия с минимальными припусками для последующей механической обработки;

- возможность использования для формообразования деталей (плазменное напыление производят на поверхность формы- оправки, которая после окончания процесса удаляется, остается оболочка из напыленного материала);

- уменьшенный уровень шума и излучения;

- надежность и стабильность оборудования, высокий ресурс элементов плазмотрона, за счет оптимизации условий охлаждения и обеспечения плавного нарастания и падения тока;

- маневренность и возможность автоматизации процесса [17].

3 РАЗРАБОТКА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО УЧАСТКА ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

Для получения гарантированного высококачественного плазменного покрытия гильзы важно, чтобы производственный участок был соответствующим образом оснащен и оборудован. На участке размещен комплекс технологического оборудования в соответствии с монтажной схемой энерго-, водо- и газокоммуникаций, в том числе плазменная установка, камера плазменного напыления, автономная система водоохлаждения, система газообеспечения с баллонами газа, камера обезжиривания деталей с локальной вытяжной вентиляцией вредных испарений, система сжатого воздуха и др. Участок расположен на первом этаже вблизи наружных стен производственного здания с обязательным размещением в отдельном помещении или на изолированной площади цеха, при этом свободная площадь, не занятая оборудованием, должна составлять на одного работающего не менее 10 м². Полы участка должны быть несгораемыми, изготовлены из электроизоляционного материала и обладать малой теплопроводностью, наличие механической приточно-вытяжной общеобменной вентиляции, монтаж которой выполнен в соответствии с требованиями действующих "Санитарных норм", при этом приточные установки должны быть совмещены с воздушным отоплением при подаче воздуха компaктными струями в верхнюю часть помещения или рассеянными cтруями в рабочую зону оператора, а удаление загрязненного воздуха производится из верхней зоны с обязательным очищением. На рисунке 3.1приведен участок напыления гильзы цилиндра [18].

Размещение оборудования сосредоточено на площади 40 м², не считая различные механические участки стандартного типа по предварительной подготовке деталей.

1– шкаф с газовым баллоном-пропан ;2 – шкаф воздухоподготовки с фильтрами масло-влагоочистки сжатого воздуха ;3 – резервуар оборотного водяного охлаждения плазматрона ;4 – камера плазменного напыления; 5 – стеллаж деталей подлежащих напылению с пультом управления 6; 7 – камера подготовки поверхности деталей под напыление; 8 – аппараты смешения и подачи газов; 9 – верстак слесарный; 10 – стеллаж приспособлений напыляемых деталей; 11– силовой энергетический агрегат 80кВт; 12 – щит электрический

Рисунок 3.1 ­– Участок плазменного напыления

3.1 Комплекс установки плазменного напыления

Для реализации техпроцесса создан комплекс плазменного напыления (рисунок 3.2). Он выполнен на базе отечественной установки плазменного напыления типа УПУ- 3Д и поставляется заказчику на единой переносной платформе. Включает в себя все необходимое оборудование для нанесения любых покрытий. Вес комплекса не более 1200 кг, потребляемая мощность до 30 кВт. Имеет автономную систему по газо- и водоснабжения, что позволяет, при восстановлении уникальных крупногабаритных деталей, перенести его к месту работы или механической обработки этих деталей.

Установка для плазменного напыления включает: распылитель (плазмотрон), источник питания, газораспределительную систему, механизм подачи материала, система охлаждения, пульт управления и различные элементы оснастки.

Плазмотрон — газоразрядное устройство, служащее для нанесения плазменных покрытий. Наиболее важным элементом плазмотрона является сопло, от конструкции которого зависит длина дуги, стабильность ее горения, а также скорость и характер истечения струи. Сопловой (анодный) узел через электроизоляционный блок стыкуется с катодным узлом, представляющим собой стержневой электрод, изготовленный из вольфрама с добавкой тория, иттрия или лантана. Отрицательный вывод источника постоянного тока присоединяется к вольфрамовому стержню-катоду, а положительный к соплу-аноду. Плазмообразующий газ подается во внутреннюю межэлектродную камеру, образованную медным соплом-анодом и вольфрамовым электродом.

Для возбуждения дуговой плазмы напряжения, прикладываемого к электродам, недостаточно. Поэтому для возбуждения дуги прибегают к дополнительным мероприятиям, обеспечивающим возникновение ионизированных частиц в межэлектродном пространстве. Для возбуждения плазменной струи обычно используют высокочастотную искру, которую получают от осциллятора, встроенного в источник питания. Генератор высокой частоты дает первоначальный импульс, от которого газ возбуждается. Между полюсами загорается дуга, поддерживающая уровень ионизации.

Конструкция плазмотрона разработана с учетом ее соответствия несколькими требованиями такими как:

- стабилизация параметров плазменной струи;

- обеспечение минимальных потерь теплоотдачи струи частицам;

- возможность использования любых плазмообразующих газов;

- создание протяженной зоны теплоотдачи плазменной струи напыляемым частицам.

Модульная система с пультом управлением позволяет использовать огромный спектр дополнительных коммуникационных и функциональных модулей, которые расширяют возможности ЦПУ. Установка управляется с панели оператора. На ней отображаются параметры протекающих процессов, и осуществляется их контроль. Машинные данные преобразуются в кривые, гистограммы и графические объекты, которые меняют свой вид в зависимости от выбранной программы и от состояния процесса. Кроме того, выводимые на панель сообщения о неисправностях, обеспечивают оператора важной информацией о состоянии управляемой установки. С нее могут контролироваться все технологические параметры процесса, и в памяти могут оставаться до ста технологических программ.

Порошковый дозатор состоит из двух миксеров, двух бункеров, двух дисковых приводов регулирования подачи порошка. Газовая система питателя составлена из предохранительных клапанов, двух ротаметров, электромагнитных вентилей, шлангов и дросселей.

Управление работой осуществляется на базе контроллера Simatic S7-300.

Питатель порошка может работать в автономном режиме или управляться с центральной панели оператора. Емкость бункеров (колб) может быть 1,5 или 5 литров — их количество и объем оговаривается при подписании договора.

Источник постоянного тока PPC 2002 выполнен по принципу высококачественного инвертирования постоянного тока, что обеспечивает плавное нарастание тока дуги.

Блок газоподготовки. Все данные с блока газоподготовки выводятся на панель оператора. Плазмообразующие газы: аргон, водород, азот, гелий. Система позволяет работать с одним или двумя плазмообразующими газами.

Блок коммутации. В блоке коммутации установлены датчики температуры воды, протока воды и осциллятор. Крепится вертикально на стену.

Система охлаждения. Система охлаждения представляет замкнутый цикл, в котором вода циркулирует под давлением насоса. Охлаждение воды происходит с помощью специального теплообменника.

Компрессор. В качестве плазмообразующего газа используется воздух, который подается в плазматрон от компрессора. Так же предусмотрена работа на других газах, это аргон,азот,водород,пропан.

Вода. Для охлаждения электродов плазматрона используется дистиллированная вода [12].

Рисунок 3.1 – Комплекс плазменного напыления

4.МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ТРЕНИЕ «ИИ 5108»

Универсальная машина ИИ 5018 (рисунок 4.1 и рисунок 4.2) предназначена для испытания на трение и износ металлов и сплавов, жестких конструкционных пластмасс и композитов.

Привод машины - электромеханический с плавным регулированием скорости. Измеритель момента трения на вращающемся валу нижнего образца - электромеханический, с бесконтактным токосъемом. Прижим образцов - пружинный с электрическим измерением силы. Охлаждение - водяное (от водопровода).

Машина оснащена ПТК (программно-технический комплекс) в составе: компьютер, принтер, программное обеспечение. Назначением ПТК является прием и обработка информации, поступающей от испытательной машины в режиме позиционирования, подготовки к испытанию. Основные характеристики представлены в таблице 4.1.1.

Обеспечиваются испытания по схемам:

Диск – диск. При различных коэффициентах проскальзывания, в том числе при 0 % (технически чистое качение) и 100 % (верхний диск неподвижен);

Диск – колодка. Моделирование тормозов;

Вал – втулка.

Машина оснащена ПТК (программно-технический комплекс) в составе: компьютер, принтер, программное обеспечение. Назначением ПТК является прием и обработка информации, поступающей от испытательной машины в режиме позиционирования, подготовки к испытанию.

Рисунок 4.1 – Машина трения ИИ 5018

Испытания со смазкой проводятся в специальной камере.

В процессе испытаний измеряется момент трения, сила прижима, температура, частота вращения, путь трения. Машина устанавливается на виброопорах, специальный фундамент не требуется [21].

Таблица 4.1.1 – Характеристика установки

Рисунок 4.2 – Машина трения ИИ5018

В процессе испытания были исследованы два образца на трение. Масса первого слоя подложки составляет до испытания 10540 мг, после трения 10460 мг. Масса второго со слоем после напыления до 9290мг, после 9290 мг.

Таблица 4.1.3 – Рабочие характеристики испытания

Испытание на трение экземпляров проводилось при одинаковых моментах, усилиях, оборотах (рисунок 4.3 и рисунок 4.4)

Рисунок 4.3 –Зависимость усилия от времени