Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для газодинамического нанесения покрытий на внутренние поверхности цилиндрических деталей

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к оборудованию для нанесения покрытий методом холодного газодинамического напыления и может использоваться для напыления внутренних поверхностей цилиндрических деталей и их восстановления.

Известна установка для нанесения покрытий внутри трубы (патент РФ №2075535, МПК C23C 4/16, 1997 г.), в которой узел напыления, состоящий из сверхзвукового сопла, форкамеры и подогревателя газа, смонтирован в подвижной полой штанге, связан пневмопроводом с питателем порошка и пультом управления, установленным на каретке устройства перемещения. Захватно-поворотный механизм, соединяющий напыляемую трубу с изолирующей камерой и системой отсоса, образует пылеизолирующий канал, позволяющий собрать и повторно использовать избыток порошка.

Недостатком известного устройства является невозможность нанесения покрытия на цилиндрические детали небольших диаметров.

Известно устройство для нанесения покрытий из порошковых материалов, содержащее питатель-дозатор, систему подачи газа и частиц, сверхзвуковое сопло и промежуточное сопло. Оно снабжено профилированным центральным телом, расположенным на выходе сверхзвуковой части сопл по их оси, а промежуточное сопло размещено по оси сверхзвукового сопла в области критического сечения последнего (патент РФ № 2087207, МПК B05B 7/14, 1997 г.).

Известно устройство для нанесения на внутренние поверхности изделий (патент РФ № 2222639, МПК B05B 7/14, 1999 г.). Устройство содержит бункер для порошковой смеси с питателем-дозатором, камерой смешения, системы подачи рабочего газа в камеру смешения и питатель-дозатор, сообщенные с источником рабочего газа, а также распыливающую головку с кольцевым коллектором, кольцевым сверхзвуковым соплом, поворотным устройством, которое выполнено кольцевым, осесимметричным относительно центральной оси распыливающей головки, при этом оно расположено в корпусе распыливающей головки, сопряжено и сообщено с кольцевым сверхзвуковым соплом, а ось кольцевого поворотного устройства, являясь продолжением оси кольцевого сверхзвукового сопла, расположена по отношению к ней под углом 90±5°, а выходное сечение кольцевого поворотного устройства обращено в сторону, противоположную центральной оси распыливающей головки.

Недостатками известных устройств является то, что напыляемые частицы необходимо развернуть на 90±5°. Разворот происходит в сверхзвуковой части сопла, где частицы уже приобрели высокую скорость. Поэтому частицы неизбежно сталкиваются с поверхностью центрального тела, что приводит к потере их скорости. Кроме того, поверхность центрального тела в области столкновения с частицами будет эрозионно изнашиваться и, соответственно, изменится форма сверхзвуковой части сопла, что приведет и изменению параметров истечения и, как следствие, условий напыления. К этим же последствиям может приводить и обратный эрозионному процесс - осаждение напыляемых частиц на поверхности центрального тела. Кроме того, известные устройства не унифицированы, т. е. напылительная головка предназначена для нанесения покрытия только на узкий диапазон внутреннего диаметра трубы. При его значительном изменении необходима другая напылительная головка.

За прототип выбрано устройство газодинамического нанесения покрытий на внутренние цилиндрические поверхности изделий (патент РФ № 2503745,C23C24/04, B05B7/14, опубл.10.01.2014, авт.: Косарев В. Ф., Клинков С. В., Зайковский В. Н.), содержащее питатель – дозатор, сверхзвуковое сопло, систему подачи рабочего газа. Имеется форкамера для приема рабочего газа и порошка, средство перемещения устройства внутри изделия, а также изолирующая камера с системой отсоса.

Недостатком известного устройства является необходимость смены сопла в зависимости от изменения внутреннего диаметра обрабатываемого изделия.

Технической задачей изобретения является унификация процесса восстановления внутренних поверхностей цилиндрических деталей диаметром свыше 80 мм и равномерность нанесения покрытия на поверхность обрабатываемого изделия.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для газодинамического нанесения покрытий на внутренние поверхности цилиндрических деталей, включающем питатель-дозатор, сверхзвуковое сопло, систему подачи рабочего газа, согласно изобретению, сверхзвуковое сопло выполнено в виде латунной трубки, к которой присоединена угловая насадка угловая насадка с дополнительным соплом Лаваля на конце и трубкой для ввода частиц порошка.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен узел напыления устройства.

Технология нанесения покрытий методом холодного газодинамического напыления включает нагрев сжатого газа (воздуха), подачу его в сверхзвуковое сопло и формирование в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, ввод в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого изделия под углом 90⁰.

В качестве порошковых материалов используются порошки металлов, сплавов или\и их механические смеси с керамическими порошками. При этом путем изменения режимов работы оборудования можно либо проводить эрозионную (струйно-абразивную) обработку поверхности изделия, либо наносить металлические покрытия требуемых составов.

Гетерофазный поток, который будет проходить через угловую насадку и поворачивать свою траекторию движения, по известным физическим причинам потеряет скорость. Потерю в скорости потока решили компенсировать дополнительным соплом Лаваля, которое выполнили из стандартного наконечника для полуавтоматической сварки.

Устройство для газодинамического нанесения покрытий на внутренние поверхности цилиндрических деталей включает узел напыления, состоящий из сверхзвукового сопла, выполненного в виде латунной трубки 1, угловой насадки 2, трубки 3 для ввода частиц порошка и дополнительного сопла 4 Лаваля.

Устройство работает следующим образом.

Сжатый газ нагревается до необходимой температуры, обеспечивающей отсутствие налипания частиц на стенки изделия. Далее нагретый сжатый газ подается в латунную трубку 1, ускоряется до сверхзвуковой скорости и попадает в угловую насадку 2, в которой поворачивается на 90°. В этот сверхзвуковой поток газа из питателя-дозатора по трубке 3 поступают порошки напыляемого материала. Частицы порошков ускоряются высокоскоростным потоком газа и по дополнительному соплу 4 Лаваля, которое компенсирует потерю в скорости, обусловленную его поворотом, направляются на поверхность обрабатываемого изделия.

Лабораторные испытания показали, что устройство является универсальным, обеспечивает равномерное нанесение покрытия на поверхность обрабатываемого изделия и может быть использовано для восстановления внутренних поверхностей цилиндрических деталей диаметром свыше 80 мм.