4. Оборудование для напыления
Манипулятор для напыления покрытий на плоские поверхности МП-012.
Манипулятор предназначен для напыления плоских поверхностей размером до 200*250 мм. Манипулятор обеспечивает перемещение рабочей каретки в двух направлениях по траектории типа “прямоугольная строчная развертка. В состав аппаратуры входят механизм перемещения каретки и блок управления. Кинематическая схема манипулятора позволяет реализовать перемещение каретки в горизонтальном направлении (наибольшее перемещение 250 мм) с плавной регулировкой скорости в диапазоне 50-200 мм/с. Дискретное вертикальное смещение каретки (наибольшее перемещение 200 мм) вниз после каждого ее рабочего прохода осуществляется со следующими параметрами:
шаг смещения, мм 2...10;
cкорость смещения, мм/с 10;
точность поддержания шага в процессе напыления не менее 10%.
Блок управления позволяет задавать 1-6 рабочих перемещений каретки. В зависимости от требований технологического процесса на каретке манипулятора может крепиться как обрабатываемая деталь, так и пистолет- напылитель.
Питание манипулятора обеспечивается однофазной сетью переменного тока 220 В, 50 Гц.
Масса манипулятора 7 кг.
Размеры манипулятора 650*800*150 мм.
Принцип
процесса дозвукового плазменного
напыления
Остановимся на некоторых характерных чертах плазменного напыления с использованием сверхзвуковых струй, поскольку этот метод является наиболее передовым и имеет ряд существенных преимуществ. Добавление метана или пропан-бутана в воздух, использование газовоздушной смеси в качестве плазмо образующего газа, делает высокотемпературный участок плазменной струи, в котором происходит нагрев и ускорение частиц порошка, более протяженным, а профиль температур и скоростей более заполненным. Это играет решающую роль в улучшении качества покрытий и повышения производительности процесса напыления. Характер траектории частиц порошка при боковом вдув в снося плазменную струю зависит от градиента скорости в ней. Высокая скоростная и температурная неравномерность по сечению порошкового потока в плазме струи при подаче под срез сопла плазмотрона обусловлено свойствами плазменной струи. Траектория полета частиц определяется множеством факторов. Профиль скоростей и температур для плазмы продуктов сгорания характеризуется меньшей неоднородностью, поэтому порошковый поток глубже проникает в струю, происходит более равномерный нагрев всех частиц, независимо от траектории их полета. В плазме продуктов сгорания (независимо от траектории полета, размеров и формы частиц) аэродинамический и тепловое воздействие на нее более равномерно. Высокая теплоотдача в частиц порошка и лучшие разгонные свойства плазмы продуктов сгорания по сравнению с воздушной или азотной требуют корректировки времени пребывания частиц порошка в высокотемпературной зоне, оптимальный нагрев обеспечивается при более высоких скоростях. Для этого необходимо увеличивать расход газа или уменьшать диаметр сопла. Повышенная скорость частиц и равномерное их прогрев по всему сечению обеспечивают повышение плотности и прочности сцепления покрытия с основанием. Профиль скоростей и температур частиц в поперечном сечении пятна напыления в момент контакта с основанием характеризуется меньшей неоднородностью по сравнению с напылением в инертных газах. Поэтому при относительном перемещении плазматрона и детали на поверхность последней всегда попадают частицы с высоким энергетическим уровнем.
Благодаря этому периферийные частицы, участвующие в формировании покрытия, не так ухудшают качество, что способствует более благоприятному распределению прочности сцепления и пористости покрытия по пятну напыления. В плазме продуктов сгорания периферийные частицы достигают основания с более высоким энергетическим уровнем. Это особенно важно при формировании первого осаждения моно слоя покрытия, ответственного за адгезионную прочность сцепления. Улучшаются также интегральные показатели качества покрытий. Изучено влияние различных факторов (расходов порошка условий напыления; износа электродов) при сверхзвуковом газовоздушной плазменном напылении порошков с существенно разными теплофизическими свойствами: алюминиевого сплава и оксида алюминия - на качество покрытий.
Преимущества технологии напыления: 1. Возможность нанесения покрытий на изделия, изготовленные практически из любого материала. 2. Возможность напыления различных материалов с помощью одного и того же оборудования. 3. Отсутствие ограничений по размеру обрабатываемых изделий. Покрытие можно напилить как на большую площадь, так и на ограниченные участки больших изделий. 4. Возможность применения для увеличения размеров детали (восстановление и ремонт изношенных деталей машин). 5.Видносна простота конструкции оборудования для напыления, его малая масса, несложность эксплуатации оборудования для напыления, возможность быстро и легко перемещаться. 6. Возможность широкого выбора материалов для напыления. 7. Небольшая деформация изделий под влиянием напыления. Многие способы поверхностной обработки изделия требуют нагрева до высокой температуры всего изделия или значительной его части, что часто становится причиной его деформации. 8. Возможность использования напыления для изготовления деталей машин различной формы. 9.Простота технологических операций напыления, относительно небольшая трудоемкость, высокая производительность нанесения покрытия. 10.Не требуется специальной дорогостоящей обработки (очистки) продуктов, загрязняющих окружающую среду, в отличие от средств очистки и нейтрализации при гальванических видах обработки изделий. Напыление имеет отличительные особенности, знание которых необходимо для правильного выбора технологии нанесения покрытий для каждого конкретного случая. Для выбора оптимального способа нанесения покрытия необходимо учитывать форму и размеры изделий, требования, предъявляемые к точности нанесения покрытия, его эксплуатационными свойствами, расходы на основное и вспомогательное оборудование, сварочные материалы и газы, на предыдущую окончательную обработку покрытий, условия труда и другие факторы производственного и социального характера.
Конструктивная схема установки для плазменного.
Она включает блок электропитания 1, пульт управления 2, модуль 3 подачи горючего газа, блок 4 подачи порошка, унифицированный плазмотрон 5, комплект 6 кабелей и шлангов, кабель 7 подключения к полуавтомату.
Установка оснащена плазмотроном для нанесения керамических и металлических порошков с частицами размером 40-120 мкм. Плазмообразующим газом служит смесь сжатого воздуха с пропаном или природным газом. Наибольшая производительность установки составляет 10 кг/ч керамического и 25 кг/ч. металлического порошков. Мощность плазмотрона не больше 60 кВт. Рабочее напряжение и ток соответственно 170-180 В и 100-300 А.
НПП «ТОПАС» предлагает гаму установок, построенных на блочно модульному принципе, которые используют доступную и дешевую смесь природного газа с воздухом в качестве рабочего газа. Установка плазменного напыления «ТОПАС-60» с плазмотроном мощностью 60 кВт, раздельной (или общей по желанию заказчика) подачей газа предназначенная для эксплуатации в составе автоматизированных и механизированных комплексов.
Техническая характеристика установки «ТОПАС-60»:
Плазмообразующий газ |
Воздух + метан (пропан-бутан) |
Напряжения питания, В |
3х380 (300) |
Рабочее напряжение, В |
170-180 |
Сила тока, А |
100-300 |
КПД плазмотрона, % |
70 |
Продуктивность напыления, кг/ч. |
|
Металлы |
25 |
Керамика |
10 |
В таком случае в плазмотроне достигается следующее: 1. Стабилизация длины дуги что на уровне выше самовстановлюемой. 2. Расширение диапазона регулирования среднемассовои энтальпии в плазменном струи. 3. Снижение пульсаций (регулярных и нерегулярных) параметров дуги и, соответственно, плазменной струи. 4. Уменьшение крупномасштабной турбулентности в плазменном струи, соответственно рассеяния напыляемых частиц. 5. Воспроизводимость всех параметров плазменной струи (скорость и энтальпия, их пульсационные и усредненные значения, профили поперек струи и распределения вдоль) в течение заданного гарантированного времени работы чистку плазмотрона. 6. Очень важное требование для всех промышленных плазмотронов - это простота, удобство обслуживания, надежность и ремонтопригодность. При оптимизации геометрии дуговой канала плазмотрона учтены новые физические эффекты, связанные с: перекачкой неравновесной избыточной колебательной энергии молекулярных газов плазмы продуктов сгорания в ультразвук и его интенсивным поглощением ниже по потоку. Это достигается за счет создания двух зон (прикатодном и прианодна) с сильной колебательной неравновесной в тепловом слое дуги. Благодаря такой трансформации энергии плазмы интенсифицируются дробления крупномасштабной турбулентности и переход к диффузной привязки дуги на аноде. В конечном счете это приводит к тому, что: - В плазмотроне с рекуперативным охлаждением МЭО имеет место жесткая пространственная стабилизация дуги и ее опорных пятен, к.п.д.пидвищуеться и достигает 80-90%; - Длина начального участка плазменной струи увеличивается на 2-3 калибра за счет снижения рассеиваемой мощности в погранслое при выделении в открытую атмосферу и неравновесных релаксационных процессов в скачках уплотнения; - Профили температур и скоростей в струе становятся более заполненными. Плазмотрон с рекуперативным охлаждением МЭО работает на до-и сверхзвуковом режимах выделения плазменной струи в диапазоне чисел Маха на срезе сопла 0,3-1,3 и среднемассовои температуре торможения (4-7) * 10 К. Установка может комплектоваться плазмотронами в различных исполнениях, ручной и машинной, напыления наружных и внутренних поверхностей.
Преимущества метода плазменного напыления:
• Высокая плотность покрытия с низкой пористостью (0,1%);
• Низкое содержание оксидов в напыленном слое;
• Высокие адгезионные свойства;
• Высокая температура плазмы позволяет напылять тугоплавкие материалы;
• Широкий диапазон напыляемых материалов;
• Твердость до 60 HRC;
Литература
Барвинок В. А. Математическое моделирование и физика процессов нанесения плазменных покрытий из композиционных плакированных порошков / В. А. Барвинок, В. И. Богданович, И. А. Докукина. М. : Междунар. центр НТИ, 1998. - 96 с.
Донской А. В. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении / А. В. Донской, В. С. Клубникин. Л. : Машиностроение, 1979. -221 с.
Ильющенко А. Ф. Разработка процесса плазменного напыления износостойких покрытий на основе порошков А1203 : автореф. дис. . канд. техн. наук / А. Ф. Ильющенко. Минск, 1985. - 22 с.