Разработка технологического процесса упрочнения втулки переходной путем напыления

Для удаления с поверхности жиров и масел широко используют промывку растворителями, например бензолом, пиробензолом, трихлоропреном, перхлоропреном, парами трихлорэтилена и т. п.

Для снятия с поверхности изделия оксидной пленки изделия подвергают дробеструйной или пескоструйной обработке с использованием стальной дроби, кварцевого и глиноземного песка.

Для придания шероховатости поверхности основы используют следующие основные способы обработки:

1) дробеструйную или пескоструйную обработку;

2) механическую обработку поверхности;

3) нанесение на поверхность изделия подслоя материала, обладающего

    высокой адгезией к основному металлу

 

 

 

 

 

4.2 Подготовка напыляемого материала

Подготовка порошкового материала для покрытий заключается в его сушке (150 ^○С - 2 часа) и разделении по фракциям с помощью ситового рассева, воздушной классификации или седиментации - в зависимости от необходимой фракции частиц, состояния и состава порошка. Рассев порошков по фракциям производится на ситовом приборе типа 026.

Воздушная классификация производится с помощью набора цилиндрических последовательно включенных в пылегазовый поток труб различного диаметра при ламинарном течении потока. В зависимости от размера диаметра труб в них устанавливается различная скорость потока. Таким образом, подбирается различная скорость витания частиц в трубе, а значит, одного размера.

Также осуществляется отбор частиц при седиментации в жидкостной среде с помощью конической трубы.

Порошок характеризуется текучестью, которая определяется по ГОСТ 20899 - 75. Текучесть определяется числом секунд, за которые 50 гр порошка вытекает через калиброванное отверстие конусной воронки диаметром 2,5 мм.

Объемная характеристика порошка - насыпная плотность (y, г/см³) определяется по ГОСТ 19440 - 74. Насыпная плотность определяется с помощью воронки или волюмометра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Нанесение подслоя

Роль подслоя при нанесении покрытий очень велика. Подслой обеспечивает связь рабочего слоя покрытия с подложкой⁹. Для увеличения этой связи при традиционных методах напыления используют тугоплавкие материалы, подогрев подложки, термореагирующие порошки, припои, электроискровое легирование, градиентные и вакуумноплотные слои, двойной подслой, упругий подслой и другие.

При газопламенном напылении восстанавливаемую поверхность детали сначала подогревают до температуры 120-150°С, затем включают подачу порошка. Для нанесения подслоя применяют порошок ПТ-НА-01, который имеет по сравнению с другими марками порошков более высокую сцепляемость с подложкой. Затем, сменив на горелке бачок с порошком, наносят основной слой до требуемой толщины. При этом за один проход наносят слой толщиной не более 0,2 мм, делают небольшую выдержку, после чего снова включают подачу порошка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4 Технология напыления

Напыляемый материал в виде проволоки или прутка подается через центральное отверстие горелки и расплавляется в пламени. Струя сжатого воздуха распыляет расплавленный материал на мелкие частицы, которые осаждаются на обрабатываемой поверхности. Подача проволоки (прутка) производится с постоянной скоростью роликами, приводимыми в движение встроенной в горелку воздушной турбиной, работающей на сжатом воздухе, используемом для напыления, или электродвигателем через редукционный механизм. При этом необходима точная регулировка скорости вращения турбины или электродвигателя.

Рисунок1. Схема газопламенного напыления транспортирующим газом.

При использовании воздушной турбины трудно производить точную регулировку скорости подачи проволоки, однако в этом случае горелка более компактна и имеет меньшие габариты. Поэтому воздушные турбины используют в горелках, которые предназначены для ручного напыления. Горелки с электрическим двигателем позволяют более точно регулировать подачу проволоки и поддерживать ее постоянную скорость. Однако такие горелки имеют значительную массу, поэтому их в основном устанавливают в механизированных стационарных установках для напыления. Диаметр напыляемой проволоки обычно не превышает 3 мм. При напылении же металлов с низкими температурами плавления (алюминий, цинк, цинк-алюминий) горелками с повышенной производительностью диаметр проволоки может составлять 5 − 7 мм.

Оптимальные режимы восстановления деталей методом газопламенного напыления: давление кислорода 0,3-0,4 МПа; давление ацетилена 0,04-0,05 МПа; расход кислорода 800-1000 л/ч; расход ацетилена 500-600 л/ч; дистанция напыления 40- 100 мм; расход порошка 2-3 кг/ч. Но так же необходимо учитывать и другие параметры.

1. Состояние поверхности металла изделия. Если при визуальном осмотре на поверхности изделия обнаружены следы загрязнений (влага, оксиды, окалина и т. п.), то следует вновь осуществить соответствующую очистку поверхности. После пескоструйной обработки первый слой следует напылять не позднее чем через 4 ч, а общая продолжительность от окончания пескоструйной обработки до завершения процесса напыления покрытия не должна превышать 8 ч.

2. Дистанция напыления. Оптимальное расстояние от среза сопла горелки до поверхности напыления обычно не выходит за пределы 75 - 250 мм. При малой дистанции напыления создается опасность деформации основного металла под влиянием термических напряжений; когда же расстояние слишком большое, температура и скорость напыляемых частиц снижается, что приводит к образованию рыхлого покрытия и уменьшению прочности сцепления с основой. В конечном счете может произойти отслоение покрытия от основы.

3. Угол напыления. Наибольшая деформация напыляемых частиц при соударении с поверхностью основы происходит, если горелка установлена перпендикулярно к ее поверхности. В случаях, когда невозможно обеспечить этот угол, допускается отклонение от вертикали, но не более чем на 45°. При угле напыления менее 90° несколько снижается качество покрытия.

4. Температура поверхности основного металла в процессе напыления. Перегрев поверхности основного металла в процессе напыления вызывает снижение прочности сцепления покрытия или становится причиной деформации. Теоретическая температура поверхности основного металла не должна превышать 260°С. При более низкой температуре проводить напыление не рекомендуется, так как напыленное покрытие может отслоиться или растрескаться. В таких случаях рекомендуется предварительный подогрев основного металла до температуры 120 - 150°С.

5. Равномерность толщины покрытия. Для получения покрытия равномерной толщины желательно, чтобы толщина напыляемого за один проход слоя покрытия не превышала 0,25 мм. Покрытие требуемой толщины следует напылять за несколько проходов.

6. Толщина напыляемого покрытия. При нанесении покрытия необходимо учитывать, что на поверхности основы происходит усадка напыленного слоя. При большой толщине покрытия под действием остаточных напряжений, которые появляются в нем в результате усадки напыленного материала, происходит разрушение контактной зоны и в конечном счете отделение покрытия от основы. При напылении на внутреннюю поверхность труб материалов, имеющих большую усадку, происходит вспучивание покрытия. Поэтому в таких случаях напыляют покрытия минимально допустимой толщины.

Одним из путей предотвращения вспучивания покрытия является предварительный подогрев основы до соответствующей температуры (в диапазоне допустимых температур).

Минимальная толщина покрытия должна включать припуск на обработку после напыления и некоторый допуск на возможный износ. В частности, при восстановлении валов напылением и их диаметре 76 - 100 мм толщина покрытия должна составлять не менее 0,6 мм. На участках, где необходима запрессовка, независимо от диаметра вала следует напылять покрытия толщиной - 0,13 мм.

7. Скорость подачи напыляемого материала. Очень важно, чтобы напыление проходило на оптимально выбранной и поддерживаемой на заданном уровне скорости подачи напыляемого материала. Так, при газопламенном напылении проволокой снижение скорости ее подачи вызывает уменьшение размера частиц и их быстрое охлаждение во время движения от горелки до основного металла. Поэтому теплосодержание соударяющихся с поверхностью частиц меньше, и сцепление их с поверхностью будет плохое. При этом возрастет также интенсивность окисления частиц в период их движения в струе.

При слишком большой скорости подачи напыляемого материала увеличивается длина участка проволоки, на котором происходит расплавление, что может привести к значительному ее окислению в процессе распыления. Это усугубляется увеличением размера частиц до значений, ухудшающих качество напыляемого покрытия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5 Чистовая обработка покрытий

В состоянии после напыления размер изделий со слоем покрытия не имеет достаточной точности, а сама поверхность получается неровной и относительно шероховатой. Поэтому при напылении дают обычно припуск на последующую механическую обработку, которую осуществляют резанием или мокрым шлифованием.

При необходимости пропитки пор ее желательно проводить до чистовой механической обработки покрытия, чтобы исключить попадание в поры загрязнений: охлаждающей жидкости, мелкой стружки и т. п.

Покрытия из углеродистых и коррозионно-стойких сталей. Для обработки покрытий из углеродистых и коррозионно-стойких сталей можно использовать быстрорежущий и твердосплавный инструмент. В настоящее время нет точных или общепринятых данных по скорости резания, геометрии режущего инструмента и другим параметрам обработки покрытий резанием, которыми необходимо руководствоваться при обработке наименьших покрытий.

Задача получения хорошей отделки при шлифовании покрытий требует тщательного выбора абразивных инструментов и режима шлифования. Обычно для этой цели используют сравнительно крупнозернистые шлифовальные камни, с низким содержанием связующих. Окончательное шлифование осуществляют при особо малой глубине резания. Шлифование в жестком режиме может вызвать поверхностное растрескивание покрытия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.6 Термическая обработка после нанесения покрытий

В состоянии после напыления покрытие имеет высокий уровень остаточных напряжений. Кроме того, покрытие в этом состоянии характеризуется низкой прочностью сцепления с основным металлом, слабым сцеплением частиц внутри покрытия и неудовлетворительной пластичностью. Повышение свойств таких покрытий требует последующей термообработки.

Термообработка: отжиг покрытия проводится в вакууме при нагреве изделия с покрытием 300 - 450 ^○С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Выбор оборудования для напыления

Для восстановления деталей газопламенным напылением применяют горелки и аппараты с внешней и осевой подачей порошка в зону плавления. Принцип работы аппарата с внешней подачей порошка основан на использовании силы тяжести порошка и его сыпучести. Порошок из бункера по направляющей трубке подается в ацетилено-кислородное пламя. При напылении с осевой подачей порошок попадает в аппарат из бункера и, увлекаемый потоком транспортирующего газа, попадает в ацетилено-кислородное пламя.

Для осуществления процесса газопламенного напыления с внешней подачей порошка в зону пламени применяют аппараты ГОСНИТИ-ОКС-5531 или аппараты, разработанные ВНПО «Ремдеталь». При подаче порошка в зону пламени транспортирующим газом используют термораспылительную головку УПТР-1-78М.

При газопламенном напылении деталей класса валов распылительную горелку закрепляют на суппорте токарного станка. При нанесении покрытий на плоские поверхности небольших размеров горелку держат в руке.

На рис. 2 представлена схема универсальной установки для газопламенного напыления. Фирма Norton Packо Industrial Ceramics (США) с 50-х годов специализируется на выпуске стержневых материалов для напыления керамики. В настоящее время фирма выпускает стержни из оксидов диаметром до 8 мм. Достоинством подачи керамики в виде стержней является гарантия проплавления материала, недостатком - прерывистость процесса, влияющая на качество поверхности покрытия.

Рисунок 2                                                            Схема установки газопламенного напыления:  
1 - порошковый распылитель;  
2 - проволочный распылитель;  
3 - порошковый питатель;  
4 - бухта проволоки на вращающемся столе;  
5 - ротаметры газовые;  
6 - газовые баллоны;  
7 - фильтр;  
8 - ресивер; 9 - воздушный ротаметр;  
10 - компрессор.

 

Современный проволочный газопламенный распылитель типа MDP-115, Россия (рис. 3) с приводом от электродвигателя мощностью 150 Вт работает на проволоке диаметром 3:3,17 мм из различных материалов (коррозионно-стойкие и углеродистые стали, латуни, бронзы, баббиты, Al, Cu, Mo, Zn, Sn, Pb, сплавы на никелевой и кобальтовой основах). Производительность по цветным металлам - до 15 кг/ч, по стали и сплавам - до 9 кг/ч, расход кислорода - 50 л/мин, расход ацетилена или пропана - до 20 л/мин. Давление воздуха - 0,5 МПа. Масса распылителя - 4,1 кг. Он может комплектоваться автоматической установкой, оснащенной роботизированной системой, боксом и пультом дистанционного управления.

Рисунок 3. 
 
Схема порошкового распылителя:  
1 - газовое сопло;  
2 - кольцевое пламя;  
3 - покрытие;  
4 - подложка;  
5 - горючий газ;  
6 - кислород;  
7 - порошок.

 

 

Порошковый распылитель схематично представлен на рис. 3. Порошковая струя окружена кольцом пламени. При перемешивании струй пламени и газопорошковой взвеси происходит теплообмен. Частицы нагреваются до температуры плавления и переносятся на подложку. Порошковые установки предназначены для напыления легкоплавких материалов - цинка, термопластичных пластмасс (температура плавления до 800°С), и для напыления тугоплавких материалов, имеющих температуру плавления до 2050°С, но в основном - для нанесения самофлюсующихся материалов.