3.2 Струйно-абразивная обработка

Операция плазменного напыления (операция 025) состоит из подготовки детали к напылению (струйно-абразивная обработка) и непосредственно напыления поверхностей на специальной установке.

Перед напылением покрытий поверхность детали необходимо подвергнуть струйно-абразивной обработке. Струйно-абразивная обработка служит для активации обрабатываемой поверхности, очистки ее от загрязнений и окалины, придания необходимой шероховатости. Степень очистки от окислов должна соответствовать второй по ГОСТ 9.402-2004. Участки поверхности детали, неподлежащие напылению, должны быть защищены от воздействия абразива экран-масками или другими приспособлениями.

В качестве абразивного материала можно использовать электрокорунд, карбид кремния, колотую стальную или чугунную дробь и т.д. Для струйно-абразивной обработки вала предлагается применять электрокорунд с зернистостью 50-300 мкм по ГОСТ 3647-80. Электрокорунд хранится в закрытой заво­дской таре при влажности не более 80%.

Струйно-абразивную обработку проводят в специальной камере (рисунок 3.1), выполненной в виде бокса с системой подвода сжатого воздуха (0,8 МПа) и вытяжной вентиляцией. Сжатый воздух обязательно должен быть сухим и очищенным от примесей. Камера оборудована устройством для установки и вращения деталей, бун­кером для крошки и струйным пистолетом. Технические характеристики струйно-абразивной камеры представлены в таблице 3.2 [8].

Таблица 3.2 – Технические характеристики струйно-абразивной камеры

Характеристика	Значение
Производительность	0,4 м^2/ч
Частота вращения шпинделя	2-100 мин^-1
Потребляемая мощность	2 кВт
Максимальное рабочее давление воздуха	0,8 МПа
Расход воздуха	не более 45 м^3/ч
Размер гранул корунда	0,5-3,0 мм
Габариты	1600×900×2500 мм
Размеры обрабатываемой детали:
длина	200-1500 мм
диаметр	20-250 мм

Расстояние от вала до кромки струйно-абразивного пистолета при обработке должно составлять 70…100 мм, угол наклона сопла к поверхности вала – 60…90°.

Рисунок 3.1 – Струйно-абразивная камера

Обработанная поверхность должна быть матовой. После струйно-абразивной обработки вал обдувают сухим воздухом для удаления с поверхности частиц абразива. Во время струйно-абразивной обработки и до напыления детали следует поддерживать температуру воздуха в помещении не ниже 180°С и относительную влажность не выше 75%. При этом не допускается в окружающей среде веществ, способствующих коррозии поверхно­сти детали. Попадание воды на обработанную поверхность также не допускается [8, 11].

3.3 Разработка операции – плазменное напыление

1) Выбор материала для напыления

Для восстановления изношенных поверхностей вала предлагается применять порошковую композицию ПРХ18Н9 с размером частиц 60-80 мкм. Порошки на хромо-никелевой основе (Ni, Сr) применяют для восстановления деталей из углеродистых, коррозионно-стойких сталей и чугуна. Напыленный слой имеет высокую износостойкость, высокое сопротивление ударным нагрузкам, низкий коэффициент трения, высокую допустимую ра­бочую температуру (до 800°С).

Порошковая композиция должна пройти входной контроль на соответствие паспортным данным по гранулометрическому составу и типу порошка. При необходимости порошок подвергается сушке при температуре 120-150 °С в сушильном шкафу. Порошки сушат в течение трех часов на противнях из нержавеющих сталей, периодически перемешивая. Порошок рекомендуется использовать в течении восьми часов после сушки, не позднее. Попадание влаги в просушенный порошок недопустимо. Порошки хранятся в закрытой заводской таре при влажности не более 80%.

Большое значение на качество покрытия, его свойства, прочность сцепления с основой оказывает количество подаваемого порошка. Большая

подача порошка приводит к отслоению покрытия, малая – к перегреву основы. Количество подаваемого порошка зависит от скорости вращения рабочего диска питателя. Оптимальная скорость вращения диска 12…15 мин^-1, угол напыления - 90°.

Повышению прочности сцепления способствует также предварительное напыление подслоя толщиной не более 0,1 мм из сплавов на никелевой основе (никель - алюминий), образующих прочные химические связи в результате их взаимодействия с подложкой. Каждая частица композиционного порошка состоит из алю­миния, окруженного никелевой оболочкой. При напылении образуется покрытие — алюминид никеля (NiА1), отличающееся высокой стойкостью к окислению и более высокой температурой плавления (1640°С), чем составляющие его металлы [8].

2) Оборудование

Для плазменного напыления коренных и шатунных шеек коленчатого вала в данном дипломном проекте предлагается использовать установку УПН-201. Она предназначена для нанесения функциональных покрытий в ручном и автоматическом режиме. С помощью данной установки можно напылять покрытия, как из порошковых материалов, так и из проволоки.

3) Режимы напыления

Формирование плазменного покрытия на поверхностях деталей обусловлено влиянием многих параметров процесса напыления, к которым относятся: дистанция напыления, ток, напряжение дуги, расход порошкового материала, плазмообразующего и транспортирующего газов, скорость перемещения пятна напыления по поверхности детали и др. Параметры режима напыления регулируются оператором (таблица 3.3 [11]).

Таблица 3.3 – Режимы напыления

Частота вращения шпинделя	20-40 мин^-1
Скорость перемещения каретки (подача)	40 мм/мин
Плазмообразующий газ:
аргон	75-80 %
азот	15-20 %
Расход плазмообразующего газа	40-45 л/мин
Расход транспортирующего газа	6-9 л/мин
Сила тока	340-370 А
Напряжение дуги	45 В
Дистанция напыления	90-120 мм

Для увеличения адгезии покрытия к основному металлу деталь перед напылением нагревают. Напыляемый слой наносят два раза, что увеличивает прочность сцепления покрытия с основой.

Напыленные плазменные покрытия обладают повышенной твердостью, хрупкостью и пониженной теплопроводностью из-за оксидных включений и пор в слое покрытия. Оказывает влияние и разница в коэффициентах термического расширения деталей и покрытий, а также остаточные термические напряжения, возникающие в процессе напыления. Это определяет ряд особенностей последующей обработки покрытий. Применение обычных режимов в процессе механической обработки приводит к возникновению трещин, сколов и дополнительных термических напряжений [11].