Таблииа 8.5. Основные технические данные ламповых высокочастотных установок

Чтобы увеличить электрический к. п. д., а также cosφ, зазор между индуктирующим приводом и нагре­ваемой поверхностью должен быть минимальным. Однако чем меньше этот зазор, тем с большей точностью необходимо изготавливать детали ин­дуктора.

Уменьшая зазор, мы всегда повы­шаем к. п. д., но возможно значитель­ное удорожание изготовления и экс­плуатации устройства. При малых зазорах, повышается процент брака из-за случайных прикосновений дета­ли к индуктору и возникающего при этом пробоя между индуктором и де­талью. Зазор, который можно допу­стить без существенного уменьшения к. п. д., пропорционален ширине ин­дуктирующего провода. Практиче­ски для деталей среднего машино­строения (автомобили, тракторы и пр.) зазоры менее 2 — З мм следует выбирать только в отдельных обосно­ванных случаях. При этом следует учитывать точность изготовления на­плавляемой поверхности и поверхно­стей, на которые базируются заготов­ки, а также допуски на их взаимное расположение. Обычно зазор должен быть в 4 — 5 раз больше суммарной ошибки, которая может появиться из-за случайного совпадения отклоне­ний размеров и расположения нагре­ваемой и базовых поверхностей.

В последние годы разработаны ин­дукторы с электроизоляционным по­крытием рабочих поверхностей окисью алюминия. Благодаря этому устраняются случайные замыкания детали и индуктора, уменьшается за­зор между ними и повышается к. п. д. и, как следствие, сокращается время наплавки на 10 — 12 %.

Все токоведущие элементы долж­ны изготавливаться из меди М1 — материала очень хорошей электро­проводности.

Известно, что ток в индукторе про­текает только в поверхностном слое токоведущих частей, толщина которого равна глубине проникновения тока данной частоты в медь. Поэтому с точки зрения экономии цветных ме­таллов только эти элементы можно изготавливать из чистой электроли­тической меди. Остальные элементы могут быть изготовлены из любого не­магнитного материала. Однако пока не разработаны дешевые способы

прочного и плотного соединения меди с алюминием или текстолитом. Поэ­тому конструкции индукторов, изго­товленных из различных материалов, используются еще редко.

Расчет параметров индуктора для наплавки представляет значитель­ные трудности. Большинство наплавочных индукторов, особенно работа­ющих на радиочастотах, изготовляют на основании опыта с последующей их доводкой после эксперименталь­ной проверки. Разнообразие геомет­рических форм наплавляемых повер­хностей деталей требует соответству­ющего числа различных по конфигу­рации индукторов.

По форме индукторы разделяются на кольцевые и петлевые. По конст­рукции — на разъемные и неразъемные. По числу витков — на одновитковые и многовитковые. По направ­ленности нагрева — для нагрева наружных (цилиндрических, плоских и пр.) (рис. 8.7) и внутренних (рис. 8.8) поверхностей.

Нашли распространение и индук­торы с магнитопроводом, которые применяются для вытеснения тока в сторону открытого паза. Такие конст­рукции используют главным образом при закалке внутренних (рис. 8.8, а) или плоских поверхностей, а также в случаях, где требуется неодинаковая степень нагрева. Без магнитопровода ток в силу кольцевого эффекта кон­центрируется на внутренней, удален­ной от нагреваемой детали, поверхно­сти индуктирующего провода, напря­женность поля на поверхности дета­ли падает и к. п. д. индуктора резко уменьшается.

Магнитопровод изготавливают из пластин трансформаторной стали марки Э42 или Э44 толщиной 0, 2 — 0, 35 мм. На радиочастотах и в неко­торых случаях при частоте 8000 Гц для концентрации нагрева используют для магнитопровода ферриты. Феррит — это полупроводниковый магнитный материал, получаемый спеканием спрессованной тонкой смеси окислов некоторых металлов. Для использования в индукторах можно применять, например, ферри­ты, изготовленные из смеси состава: NiO - 12%, Zn — 18%, Fе₂О₃ — 66% и CuО — 4% (по массе). Темпе­ратура спекания таких ферритов — 1300— 1400°С.

Использование ферритов при изго­товлении индукторов для наплавки дает заметный эффект. Например, при индукционной наплавке очень часто возникает необходимость скон­центрировать магнитное поле на том или ином участке детали, где из-за особенности ее конструкции ил и иных причин выделяется меньше тепла. Такая неравномерность нагрева от­ражается на качестве наплавки и вы­нуждает идти на перегрев отдельных участков детали, а иногда и вообще отказаться от упрочнения таких по­верхностей. В этом случае целесооб­разно использовать ферриты, кото­рые дают дополнительные возможно­сти по управлению магнитным полем высокой частоты. Ферриты особенно необходимы для индукторов для на­грева деталей сложной конфигура­ции, а также индукторов для нагрева внутренних поверхностей. Коэффи­циент полезного действия индукто­ров с магнитопроводом достаточно велик и достигает в среднем 80 %.

Индуктирующий провод и другие токонесущие элементы индуктора нагреваются при прохождении по

ним тока высокой частоты. Кроме то­го, наплавляемая деталь излучает тепло, которое частично поглощается индуктирующим проводом. Только в отдельных случаях выделяющееся тепло может быть рассеяно в окружающую атмосферу. В большинстве случаев для предохранения индукто­ров от разрушения (расплавление участков) их элементы необходимо принудительно охлаждать.

Способы индукционной наплавки. Существующие варианты наплавки с использованием индукционного на­грева токами высокой частоты можно классифицировать по состоянию основного металла и виду присадочного (наплавляемого) материала. Разли­чают следующие способы наплавки: порошкообразной шихтой, монолит­ным или брикетированным присадоч­ным материалом, в огнеупорной сре­де, центробежную и жидким сплавом.

Наплавки порошкообразной ших­той. При наплавке порошкообразной шихтой в качестве присадочного материала используют порошкообраз­ную шихту, которая состоит из грану­лированного сплава и флюсов на основе буры. Приготовленную шихту наносят равномерным слоем на по­верхность наплавляемого изделия. Затем изделие с нанесенным слоем шихты вводят в индуктор ТВЧ, форма и размеры которого определяются конфигурацией упрочняемой поверх­ности. Питание индуктора осуществ­ляют от ламповых высокочастотных установок с частотой 70 или 440 кГц.

После включения питания внутри индуктора возникает переменное электромагнитное поле. В электро­проводящих телах, находящихся в электромагнитном поле, индуктиру­ются токи. Происходит нагрев элементарных объемов материала и из­делия в целом. Однако в данном слу­чае наплавки шихта, расположенная между индуктором и нагреваемой (наплавляющей) поверхностью, в связи с большим сопротивлением ме­таллического порошка незначитель­но реагирует на воздействие пере­менного электромагнитного поля. Наплавочная шихта является как бы " электропрозрачной" для возникаю­щего в индукторе ноля. Поэтому основное количество тепла будет выде­ляться в тонких поверхностных слоях основного металла, а присадочный материал (шихта) будет нагреваться главным образом в результате тепло­передачи от наплавляемой поверхно­сти. В этой связи температура плав­ления порошкообразного сплава* входящего в состав шихты, должна быть ниже температуры плавления основного (наплавляемого) металла. При этом скорость нагрева упрочня­емой поверхности должна значительно превышать скорость отвода тепла в тело детали и потерь на излучение,

В процессе нагрева шихты до тем­пературы 600—.750°С происходит расплавление флюса и образование жидкой фазы, которая смачивает по­верхность детали и частички твердого сплава. Улучшается теплопередача от основного металла в присадочный, а температурный градиент резко уменьшается. При дальнейшем на­греве увеличивается химическая ак­тивность флюса и он вступает во вза­имодействие с окислами, переводя их в жидкий шлак. Одновременно про­исходит процесс плавления гранул присадочного материала, которые хорошо смачивают раскисленную поверхность основного металла. В ре­зультате на наплавляемой поверхно­сти детали образуется слой жидкого присадочного сплава, наружная по­верхность которого защищена от взаимодействия с кислородом воздуха слоем жидкого шлака (рис. 8.9). Учи­тывая скоротечность процесса наплавки, выбирают такой флюс, чтобы раскисление наплавляемого металла продолжалось в течение нескольких секунд.

После отключения питания индук­тора ТВЧ происходит процесс кри­сталлизации наплавленного слоя сплава. Дальнейшая обработка за­ключается в удалении шлака и придании режущему (упрочненному) лезвию или всей детали окончатель­ной формы известными методами—-гибкой, заточкой и пр.

Рассмотренный вариант индукци­онной наплавки выгодно отличается от других известных тем, что возмож­на качественная наплавка не только механически обработанных поверх­ностей, но и покрытых слоем ржавчи­ны или окалины. При наличии ука­занных видов загрязнений необходи­мо только незначительное увеличе­ние количества флюсов в шихте,

При наплавке порошкообразной шихтой используют флюсы, состоя­щие в основном из трех компонентов: буры, борного ангидрида и силикокальция. Третий компонент вводят для повышения активности раскисления, так как в состав силикокальция входит силицид кальция (СаS1₂) и примеси алюминия, магния, железа и пр. Как известно, силицид кальция широко используется в металлурги­ческой промышленности как высоко­активный восстановитель окислов металлов. Добавка силикокальция в флюс позволяет резко уменьшить вязкость шлака в интервале темпера­тур, начиная от момента завершении процесса наплавки до полной кри­сталлизации жидкого сплава. Кроме того, силикокальций способствует хо­рошей дегазации расплава, предотв­ращает появление на поверхности металла окислов типа вьестита и обеспечивает рафинирование жидко­го присадочного сплава в результате удаления неметаллических включе­ний, содержащих по 30 % кальция.

В практике индукционной наплав­ки используют флюсы двух типов: плавленые и в виде механической смеси различных компонентов. Плав­леные флюсы получают в результате совместного предварительного плав­ления при температуре около 850 °С кристаллической буры, борной кис­лоты и силикокальция. Такие флюсы обозначают индексом П (плавленые) и цифрой, которая показывает массо­вое отношение количества борного ангидрида к буре. Например, у флю­са марки П-1, 5 отношение содержа­ния борного ангидрида к буре равно 1, 5. Флюсы, представляющие собой ме­ханическую смесь буры, борного ан­гидрида и силикокальция, вводятся непосредственно в наплавочную ших­ту в виде исходных компонентов (табл. 8.6).

Однако та кие флюсы имеют ряд су­щественных недостатков:

компоненты флюса не подлежат длительному хранению;

происходит значительное газовыделение в процессе наплавки;

имеется токсичность борного ан­гидрида;

имеется гигроскопичность отдель­ных компонентов.

В отличие от механических смесей плавленые флюсы практически не растворимы в воде. Это позволяет ис­пользовать наплавочные пасты с пластификаторами, содержащими воду. Токсичные в отдельности компонен­ты после сплавления образуют инер­тное при комнатной температуре сое­динение. При использовании флюсов группы П заметно улучшается формирование Поверхности наплавлен­ного сплава.

Для сокращения расхода дорого­стоящих борсодержащих компонен­тов некоторая часть их может быть заменена определенным более дешевым наполнителем, например, грану­лами стекла, роль которого сводится только к механической защите повер­хности от окисления. Установлено, что без ущерба для качества наплав­ки во флюсе можно заменить до 30 % борсодержащих компонентов. В ка­честве инертных добавок в состав флюса вводят дробленое стекло или сварочный флюс АН-348А, который усиливает различия в коэффициен­тах линейного расширения шлака и сплава. Это способствует более пол­ному отдалению шлаковой корки с наплавляемой поверхности. Введе­ние добавок-заменителей в состав флюса снижает его стоимость.

В качестве наплавочного материа­ла используют металлический поро­шок. Известно, что металлические порошки практически не реагируют на действие переменного электро­магнитного поля индуктора ТВЧ, а их нагрев осуществляется главным об­разом в результате теплопередачи от основного (наплавляемого) металла. В этой связи сплавы, которые исполь­зуются для индукционной наплавки, должны отвечать некоторым допол­нительным требованиям:

температура плавления сплава должна быть ниже температуры плавления основного металла не ме­нее чем на 100— 150 " С;

наплавочный материал должен быть в виде порошка определенного гранулометрического состава;

сплав должен иметь минимальную магнитную проницаемость.

Износостойкость наплавленного сплава зависит от числа твердых со­ставляющих в структуре сплава. В об­ласти/восстановления и упрочнения деталей применяют два различных способа управления содержанием твердых составляющих в наплавке:

изменением химического состава сплава;

введением в шихту труднораство­римых примесей, образующих в ре­зультате взаимодействия с легко­плавкой связкой специфические ком­позитные материалы — псевдосплавы.

В настоящее время наиболее широ­ко распространен первый способ ре­гулирования содержания твердых со­ставляющих в сплаве. К преимущест­вам псевдосплавов (композитных ма­териалов) следует отнести возмож­ность в очень широких пределах управлять свойствами наплавляемого материала, а результате выбора соот­ветствующих компонентов.

Композиции псевдосплавов, ис­пользуемые для индукционной на­плавки, имеют такие общепринятые условные обозначения:

Сормайт + релит....................... ПС-3

Сормайт + феррохром  .............. ПС-4

Белый чугун + феррохром............... ПС-6

Наплавка псевдосплавами с каж­дым годом распространяется как у нас в стране, так и за рубежом. Со­став наиболее распространенных по­рошкообразных наплавочных мате­риалов приведен в табл. 8.7.

Наплавка порошкообразной ших­той используется для ограниченной номенклатуры автомобильных дета­лей.

Таблица 8.7. Износостойкие материалы для индукционной наплавки

Например, разработана техно­логия и автоматическая установка модели 01-03-172 " Ремдеталь" для индукционной наплавки фасок кла­панов. Предназначена она для вос­становления (упрочнения) фасок клапанов всех типоразмеров авто­тракторных двигателей порошковы­ми самофлюсующимися материала­ми типа П Г-12Н-01 (ИКС 35 — 40) на основе никеля. Нагрев осуществляет­ся токами высокой частоты (70 кГц). Удержание расплавленного приса­дочного сплава массой до 30 г на фа­ске клапана осуществляется в ре­зультате электромагнитного поля, создаваемого специальным индукто­ром.

По конструкции автомат состоит из загрузочного устройства, дозатора шихты, нагревательного индуктора и кристаллизатора. Данную установку наиболее целесообразно использо­вать в цехах централизованного восстановления изношенных деталей (ЦВИД). Установка позволяет вос­станавливать тарелки клапанов диаметром до 70 мм при толщине наплав­ляемого слон до 3 мм. Производи­тельность автомата при 2сменной работе 100 тыс. штук клапанов в год.

Наплавка монолитным ила брике­тированным материалом. При на­плавке монолитными или брикетиро­ванным присадочным материалом на упрочняемую поверхность наносят монолитный или брикетированный присадочный материал, форма и раз­меры которого приблизительно соот­ветствуют необходимому наплавлен­ному слою. Затем осуществляется расплавление ТВЧ присадочного ма­териала на основном металле.

Данный способ впервые был ис­пользован западными автомобиль­ными фирмами. Например, англий­ская фирма " Austi  motor Co. Ltd" разработала технологию и оборудо­вание для восстановления и упрочне­ния наплавкой автомобильных кла­панов. В качестве присадочного ма­териала применяют литые кольца из стеллита.

Шесть технологических позиций, приведенных на рис. 8, 10, поясняют сущность принципиальной схемы способа. В тарелке клапана предварительно протачивают канавку, в ко­торую укладывают кольцо стеллита. Затем заготовку клапана закрепля­ют за стержень в вертикальном поло­жении при помощи механизма фиксации установки (позиция /).

В позициях // — /// осуществляет­ся нанесение флюса на наплавляе­мую поверхность (канавку под коль­цо стеллита). Для этого при помощи защелок присадочное кольцо стелли­та приподнимается на определенную высоту над тарелкой клапана и удер­живается в этом положении. Далее сопряженные поверхности кольца и канавки опрыскиваются из сопла струей очищенного от серы масла. В позиции /// на промасленные участ­ки из другого сопла наносится флюс. Пылеобразные частички флюса хоро­шо прилипают к поверхностям, по­крытым маслом. После этого защел­ки занимают крайнее нижнее поло­жение, и присадочное кольцо возвра­щается в исходное положение.

В позициях IV — V осуществляет­ся двухступенчатый и а грев основного и присадочного материалов. Сначала изделие нагревается предварительно при помощи неподвижного индуктора, питаемого от установки ТВЧ мощ­ностью 2, 5 кВт и частотой 450 кГц. Затем (позиция V ) заготовки клапа­на нагреваются окончательно по­движным индуктором, который запитан от более мощного (10 кВт) высоко­частотного генератора. Р результате нагрева происходит расплавление флюса и присадочного материала (кольца). Жидкий флюс очищает на­плавляемую поверхность от окислов, а поступающий сюда затем расплав стеллита сваривается с основным ме­таллом заготовки клапана.

В позиции VI при помощи специ­альной камеры и вращающегося кри­сталлизатора осуществляется на­правленная кристаллизация наплав­ленного слоя стеллита и охлаждение биметаллической заготовки до ком­натной температуры. Далее заготовки направляют на последующую ме­ханическую обработку.

Описанный технологический про­цесс наплавки рабочих поверхностей клапанов монолитным материалом реализован в автоматических стан­ках производительностью до 85 заго­товок/ч.

Рис. 8, 10. Схема наплавки клапанов монолитным присадочным материалом:

1-деталь; 2 — кольцо присадочного справа; 3 — защелки; 4 — сопло для подачи масла; 5 — сопли для подачи флюса; 6 — камера охлаждения; 7 — вращающийся кристаллизатор; 8 — индуктор для предварительною нагрева; 9 — основной подвижной индуктор

Аналогичное оборудование разработано в институте электро­сварки им. Е. О. Патона АН Украины и внедрено на автомобильных и ре­монтных заводах.

Наплавка в огнеупорной среде. Наплавка позволяет восстанавли­вать не только плоские, но и цилинд­рические, конические и прочие рабо­чие поверхности деталей. Это обеспе­чивается в результате принудитель­ного формирования расплава на уп­рочняемой (восстанавливаемой) по­верхности специальной огнеупорной оболочкой.

Рассмотрим сущность да иного спо­соба на примере наплавки цилиндри­ческой поверхности цапфы вала (рис. 8.11). На наплавляемую поверхность детали наносят слой присадочного металла требуемой формы и разме­ров. Присадочный металл наносят любыми известными методами — ус­тановкой монолитных или брикетиро­ванных втулок, заливкой жидкого ме­талла, расплавлением мерных заго­товок и пр. Для каждого конкретного случая в зависимости от особенно­стей наплавляемой поверхности вы­бирают свою технологическую схему подачи присадочного сплава. Огне­упорную оболочку наносят на наруж­ную поверхность присадочного ме­талла и частично на наплавляемую деталь. В качестве материала для огнеупорной оболочки используют смесь, состоящую из мелкозернисто­го (размер зерен обычно менее 0, 2 мм) наполнителя (кварцевый песок, маг­незит и др.) и связующего компонен­та — термореактивной смолы. Песчано-смоляные смеси быстро тверде­ют при тепловой обработке, после кото­рой оболочка приобретает прочность и хорошую газопроницаемость. Наибо­лее часто в качестве связующего ма­териала используют порошкообраз­ную смесь фенолоформальдегидной смолы с уротропином, который вво­дится для ускорения процессов затвердения.

Подготовленную таким образом деталь помещают в индуктор токов высокой частоты. Для индуктируемо­го электромагнитного поля огнеупор­ная оболочка является " электропрозрачной". Благодаря этому про­исходит нагрев и плавание присадоч­ного и частично или полностью основ­ного металла в объеме, замкнутом оболочкой. Варьируя временем нахождения наплавляемой детали во включенном индукторе, можно уп­равлять глубиной проплавления ос­новного металла. В результате нали­чия эффекта электромагнитного пе­ремешивания металла происходит интенсивное усреднение состава при­садочного и основного материалов внутри огнеупорной оболочки. При частичном расплавлении основного металла граница сплавления образуется в месте контакта жидкой и твер­дой фаз. При полном переводе основ­ного металла в жидкую фазу граница сплавления отсутствует. Благодаря тому, что нагрев, плавление и кри­сталлизация металла происходят внутри огнеупорной оболочки (без до­ступа атмосферного кислорода), ка­чество наплавленных деталей высо­кое. После остывания с наплавлен­ной детали легко удаляется огне­упорная оболочка. Изделие направ­ляют на последующую механическую обработку.

'Данный способ может быть ис­пользован для восстановления зубча­тых венцов и валов коробок передач, ведущих шестерен, главной передачи автомобиля и других деталей.

Центробежная индукционная на­плавка. Наплавка используется для восстановления и упрочнения внут­ренних цилиндрических поверхно­стей. К особенностям данного способа следует отнести принудительное формирование расплава присадочного металла центробежными силами.

В зависимости от агрегатного со­стояния присадочного материала различают две разновидности центробежной наплавки. В одном случае присадочный металл подается на на­плавляемую поверхность в твердом со­стоянии в виде кусочков, стружки, по­рошка и пр. В другом — подается на предварительно на гретую поверхность в виде расплава. Принципиальные тех­нологические схемы обоих вариантов представлены на рис. 8.12, а и б.

В первом случае стальную заготов­ку втулки закрепляют в патроне шпинделя центробежной установки с горизонтальной осью вращения. Пор­ция присадочного металла опреде­ленной массы (определяется разме­рами наплавляемого слоя) вместе с флюсом подаются во внутреннюю по­лость втулки, размещенной в цилиндрическом индукторе ТВЧ. Для нагре­ва втулок используют одно- и много-витковые индукторы. При использо­вании одновиткового индуктора цен­тробежные установки должны помимо вращательного обеспечивать и возвратно-поступательное движение шпинделя. В этом случае вся поверх­ность заготовки будет равномерно нагреваться до заданной температу­ры. Заготовки втулок перед наплав­кой закрывают с обоих торцов специ­альными крышками (заглушками). По конструкции они бывают глухие или с отверстием, служащим для вы­хода газов и визуального наблюдения за процессом. Во избежание выпле­ска жидкого металла в процессе на­плавки крышки во время сборки уплотняют асбестовыми прокладками.

Частоту вращения заготовки выби­рают в зависимости от степени склон­ности присадочного сплава к ликва­ции. При использовании сильно ликвирующих сплавов необходимо ис­пользовать минимальные скорости вращения. Кроме того, для таких сплавов необходимо регламентировать количество заливаемого метал­ла, температуру, продолжительность нагрева и скорость охлаждения. Для нагрева используют, как правило, от­носительно низкие частоты 2500 Гц или 8000 Гц. Это связано с большей глубиной проникновения тока в мате­риал заготовки в электромагнитном поле.

Поэтому в качестве источников пи­тания индукторов ТВЧ используют машинные генераторы.

В качестве примера рассмотрим процесс наплавки свинцовистой бронзы-БрС-30 на втулки и вкладыши подшипников скольжения, который используется на ряде предприятий. Присадочный металл в виде стружки бронзы смешивают с флюсом (бурой) в соотношении 100: 1 и подают внутрь втулки. Центробежная установка приводится во вращение со скоро­стью заготовки 3, 33 — 4, 16 м/с. В ка­честве источника питания индуктора используют машинный генератор с частотой тока 8000 Гц. Температура нагрева 1120— 1150°С, продолжи­тельность наплавки — 28 — 30 с при толщине слоя бронзы 3, 5 — 4, 0 мм. После кристаллизации расплава осуществляют принудительное охлаждение при помощи спрейера со скоростью 150 °С/с.

Нашел применение и второй вари­ант центробежной наплавки с ис­пользованием предварительно расплавленного присадочного металла. Способ используется при наплавке гильз автомобильных двигателей, восстановлении рабочей поверхности тормозных барабанов.

Наплавка заливкой жидкого при­садочного сплава на предварительно нагретую поверхность. Наплавка заключается в том, что восстанавлива­емую (упрочняемую) поверхность де­тали очищают от окислов и покрыва­ют флюсом. Затем деталь нагревают до температуры 1050— 1200 " С, по­сле чего на восстанавливаемую по­верхность подают жидкий присадоч­ный сплав. В результате контакта жидкого присадочного сплава с пред­варительно нагретой и очищенной от окислов поверхностью детали проис­ходит надежное сплавление.

Рассмотрим данный способ на­плавки на примере упрочнения (аналогично осуществляется и восстановление)толкателей клапанов авто­мобильных двигателей (рис. 8.13). В тарелке толкателя перед наплавкой протачивают углубление, которое по форме и размерам соответствует на­носимому упрочняемому слою. Первоначально при помощи дозатора в выточку тарелки толкателя подается порция (0, 2 — 0, 3 г) флюса, затем за­готовка перемещается в зону дейст­вия щелевого индуктора ТВЧ предварительного нагрева, где нагревается до температуры 1150—1200 °С. Присадочный материал, в качестве которого используется низколегиро­ванный износостойкий чугун, в виде мерных заготовок (палочек) через за­грузочную воронку подается в кера­мический тигель, который располо­жен в многовитковом цилиндриче­ском индукторе ТВЧ с переменным шагом витков. Большое число витков к нижней части тигля обеспечивает более высокую температуру распла­ву в области выпускного отверстия. После расплавления порция присадочного сплава вытекает через выпу­скное отверстие в дне тигля и попада­ет в выточку поверхности толкателя. Нижний виток цилиндрического ин­дуктора обеспечивает необходимый дополнительный нагрев заготовке и залитому жидкому присадочному сплаву.

Индуктор для предварительного нагрева заготовок толкателей пита­ется от машинного генератора с час­тотой тока 2500 Гц, плавящий же ин­дуктор зенитам от лампового генера­тора с рабочей частотой тока 66 — 70 кГц. Часовой расход мощности па по­догрев заготовок толкателей состав­ляет 45 — 50 кВт и около 32 — 35 кВт идет на расплавление мерных пало­чек присадочного сплава. Заключи­тельной операцией является прину­дительное охлаждение стержня тол­кателя, которое осуществляется из спрейера водой.

Рис. 8.14. Схема установки для наплавки толкателей кла­панов.

Это обеспечивает на­правленную кристаллизацию и отбел наплавленного слоя чугуна.

На автозаводе в Нижнем Новгоро­де разработана и внедрена автомати­ческая установка для наплавки толкателей клапанов карбюраторных двигателей (рис. 8.14). Установка со­стоит из поворотного стола 1, на кото­ром размещены 24 вращающихся шпинделя 2 с узлом фиксации толка­телей. На губках нагрузочного конту­ра установки токов высокой частоты жестко закреплен индуктор для предварительного подогрева 10, та­релки толкателя и плавящий индук­тор ТВЧ 9 с керамическим тиглем 8. В верхней части установки расположен бункер 6 для мерных палочек с направляющей трубкой 7. Привод вращения поворотного стола и шпин­делей показан в позиции 12, Вороши­тель 5 и механизм 3 обеспечивают штучную подачу мерных палочек 4 присадочного материала в керамиче­ский тигель. В качестве присадочного материала используют износостой­кий легированный чугун в виде ци­линдрических заготовок.

Наплавляемые толкатели 11, уста­новленные в зажимные стаканы шпинделей установки, вращаясь вок­руг вертикальной оси, с периодично­стью 8 с перемещаются на шаг между шпинделями. В процессе пульсирую­щего движения стола толкатели по­ступают на позицию флюсования, где в выточку толкателя засыпается пор­ция флюса. При дальнейшем движе­нии стола толкатели поступают в зо­ну действия индуктора для предвари­тельного нагрева. После нагрева до температуры 1150—1200°С толка­тели передаются на позицию плавя­щего индуктора.

Чугунные палочки присадочного металла при помощи ворошителя на­капливаются в направляющей труб­ке и при помощи механизма штучной подачи поступают в керамический плавильный тигель. Попав в тигель, мерная палочка присадочного металла нагревается до плавления, и через 1 — 2 с расплав вытекает через выпу­скное отверстие в дне и попадает на разогретую тарелку толкателя. При следующем повороте стола толкате­ли поступают на позицию принуди­тельного охлаждения водой, где они охлаждаются до температуры 700 — 750 °С и затем выгружаются из уста­новки в контейнеры.

Наплавка заливкой расплава предварительно нагретой основы благодаря высокой производитель­ности (установка для наплавки тол­кателей клапанов позволяет упроч­нять до 400 — 450 штук деталей в час), качеству, малой энергоемкости, использованию недефицитного жид­кою присадочного материала относится к весьма перспективным мето­дам упрочнения и восстановления де­талей широкой номенклатуры.

ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА И НАПЛАВКА

Лазерная сварка и наплавка осно­ваны на использовании энергии све­тового потока высокой степени направленности. Это вид сварки плав­лением, при котором нагрев материа­ла осуществляется когерентным све­товым лучом, создаваемым оптиче­ским квантовым генератором — ла­зером. Основной частью такой уста­новки является генератор, преобра­зующий энергию, запасенную в блоке конденсаторов, в энергию когерент­ного светового луча. Лазер позволяет сконцентрировать на поверхности де­тали энергию при плотности мощно­сти от предельно малых величин до 10¹⁷ Вт/см²-. Энергия может переда­ваться материалу бесконтактно, на значительные расстояния от генера­тора и строго дозировано.

При восстановлении деталей ла­зерный луч используют для приварки дополнительной ремонтной детали или для наплавки поверхностей в ре­зультате расплавления основного и присадочного материала. Присадоч­ный материал может использоваться в виде порошка, проволоки или фоль­ги. Наиболее часто для наплавки используют порошкообразный сплав, который предварительно наносят на восстанавливаемую поверхность в виде обмазки на основе клеевых со­ставов.

Это позволяет обеспечить равно­мерность прогрева по наплавляемой поверхности с минимальными поте­рями порошка и, кроме того, повыша­ет до 60 — 70 % степень поглощения лазерного излучения.

Для восстановления и упрочнения деталей можно использовать серийно выпускаемые промышленностью лазеры (табл. 8.8). ВНПО " Ремдеталь" разработало комплект оборудования для восстановления гидро- и топлив­ной аппаратуры, включающий в себя газовый лазер ЛГЛ-702 с номиналь­ной мощностью 800 Вт, установку для наплавки СКС-011-1-02 с оснасткой для лазерной обработки, приспособ­ление для управления лучом, систему газообеспечения. Наплавка осущест­вляется самофлюсующимися порош­ками типа СНГН и ПГ-СР цилиндри­ческих и плоских поверхностей, изно­шенных на глубину до 1 мм, с припу­ском на дальнейшую обработку шли­фованием. Установка обеспечива­ет производительность наплавки до 10 см²/мин при толщине слоя за один проход 0, 5 мм. Потери наплавляемо­го материала не превышают I %, площадь, занимаемая лазерной на­плавочной установкой и вспомога­тельным оборудованием, — около 50 м².

Установка 01.03-165 " Ремдеталь" разработана для использования с ла­зерами мощностью 0, 7 — 2, 5 кВт. Благодари изменениям в конструк­ции оптической системы формирова­ния л уча, приходящего от лазер а, воз­можна обработка(наплавка)по тра­ектории различных форм, в том числе и по винтовой линии, зигзагом и т. п. Кроме того, для снижения излучения в нерабочей части цикла между лазе­ром и установкой располагается заслонка-отсекатель излучения, управ­ляемая с пульта установки или в ав­томатическом режиме.

На ремонтных предприятиях ла­зерной наплавкой восстанавливают впускные и выпускные клапаны, распределительные валы, золотники гидрораспределителей, роторы тур­бокомпрессоров и другие детали. К основным достоинствам восстанов­ления лазерной наплавкой следует отнести малое тепловложение в де­таль и как следствие отсутствие де­формаций и зоны термического влия­ния. Лазерная наплавка еще не на­шла широкого применения, однако является весьма перспективной для авторемонтного производства.

⇐ Предыдущая21222324252627282930Следующая ⇒

Поделиться: