УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
Полезная модель относится к области промышленного производства, технологии обработки поверхности материалов, в частности для нанесения покрытий, например, мелкодисперсных частиц на твердые, эластичные и пр. изделия. Данное предложение предназначено для нанесения разнородных покрытий механическим путем без применения жидких составляющих, лодогрева, газообразных дополнений и пр.
Простейшими устройствами этого вида являются краскопульты, пескоструйные аппараты и т.п. Такие средства не обладают большими скоростями струи, и поэтому с их помощью невозможно производить покрытия таких пар материалов, как металл-металл, металл-керамика.
Известно устройство для очистки и лофытия полимерным материалом трубчатых изделий 1. Для этого изделие включено в тракт газа, которым продвигают абразив или налыляемый материал вдоль внутренней полости обрабатываемого изделия. Для ловышения качества покрытия внутри трубы размещен перекатываемый эластичный роланд.
Аналогичное устройство 2 лозволяет проводить покрытие полимерными частицами с помощью инертного газа в изделиях трубчатой конфигурации. Труба заключена в электромагнитный вибратор для создания ударного пульсирующего потока частиц.
В05Д 7/22
качественно формировать покрытие, например, металл на металле, тугоплавкие полимеры на металле или металлы на керамике и т.п. Исходным условием для этого является получение устойчивых высокоскоростных частиц со скоростью до нескольких сотен м/сек.
В настоящее время проводятся научные и конструкторские работы 3, направленные на создание газодетонационного напыления, основной проблемной функцией которого является получение высокоскоростных потоков. Газовая детонация среды с горючим газом и возможно с окислителем позволяет получить в широких пределах различные вьюокоскоростные потоки и просто изменять параметрические харакгеристики в заданном диапазоне (температура, плотность, крутизна фронта, динамическая нафузка). Такие возможности обеспечивают создание различных технологий и позволяют производить напыление пластмасс, металлов, окислов, нитридов, карбидов с повышенной плотностью и надежностью покрытий.
Устройства такого типа имеют разгонный канал для подрываемой смеси, выходное сопло которого пропущено через дозатор с напыляемым материалом. Вблизи  установлено изделие для напыления. Изделие соединено с манипулятором перемещения этого изделия при многократных циклах изготовления. Устройство имеет узел газообеспечения, баллоны с кислородом, азотом и горючим, а также узел инициирования поджига горючей смеси. Узлы и элементы связаны с пультом управления и возможно с ЭВМ.
Данное устройство представляет сложную систему с дорогостоящими средствами безопасности. Для проведения технологических операций необходимы взрывоопасные газы, активные окислители и пр.. В связи с тем, что конструкция подвергается воздействию критических температур и ударных нагрузок, для исполнения такой машины необходимы высококачественные металлы и металлокерамические сплавы. Высокие температуры продуктов детонации накпадывают ограничения на минимальный размер ускоряемых частиц, сужая тем самым диапазон возможных технологий. Для эксплуатации необходимы специалисты высокой квалификации.
требуется частый ремонт, постоянная профилактика и настройка. Нормальная эксплуатация сопровождается образованием больших объемов газовых и пылевых отходов и, соответственно, нарушает экологическую обстановку.
Известно устройство, в котором используется принцип холодной технологии 4. Для этого применяют инертную газовую среду, не смешиваемую с напыляемым материалом. Ускорение последнего осуществляется струей сжатого газа.
Устройство 4 имеет дозатор-смеситель с выходом на сопло. Перед соплом установлено изделие для напыления. Последнее размещено в пылеизолирующей камере. Дозатор-смеситель соединен с коллектором высокого давления, с которым связано также сопло инжектора. Коллектор высокого давления подключен к баллону с гелием или другим газом.
Данное устройство имеет также сложную структуру механических узлов, кинематику функционирования и общую схему управления. Требуется высокая квалификация обслуживания.
В течение нескольких лет такие устройства используются в промы1Ш1енном производстве, но из-за большой дороговизны применяются для упрочнения покрытий некоторых деталей авиационной техники и изделий специального назначения.
В последнее время экспериментальными исследованиями показана высокая эффективность напыления различного вида частиц в различных комбинациях пар материалов за счет центробежного ускорения частиц. Технология, основанная на этом принципе, обладает всеми нужными качествами, как по эксплуатационным данным, так и изготавливаемым изделиям.
Принципиальной основой технических средств для такой  технологии является конструкция разгонного канала, вид энергии для разгона частиц и характер введения энергии в контакт с напыляемыми частицами.
Для упрощения устройства, исключения газов из процесса, получения непрерывного цикла напыления на металлы, сплавы и полимеры создано следующее устройство 5.
Предложен разгонный канал с открытым концом-соплом в виде вставного элемента из высокопрочного материала. Разгонный канал перпендикулярно и жестко установлен на оси привода. В средней части разгонного канала выполнено отверстие для подачи частиц наносимого материала. С отверстием последовательно совмещены бункер и дозатор. Вдоль периметра вращения сопел установлены изделия, детали и пр., на которые наносят слой или слои упрочняющего, абразивного, антикоррозийного и т.п. материала. В устройстве может быть один, два или больше разгонных канала (расположение типа турбинного).
Универсальность такого устройства олределяется достигаемой максимальной скоростью частиц на выходе сопла. Предельная скорость частиц на выходе зависит от числа оборотов привода, массы турбины и массы частиц, находящихся в технологическом обороте. Скорость частиц в зоне напыляемой площадки сравнима со скоростью частиц в устройствах с газодетонационным или газодинамическим принципом.
Дальнейшее повышение скорости разгоняемых частиц достигается за счет, например, вращения карусели навстречу вращению разгонных каналов. Карусель охватывает периметр офужности, описываемой соплами разгонных каналов. За счет этого повышается технологическая эффективность ударного сцепления частиц, снижается технологическое операционное время, увеличивается количество материальных пар, сопрягаемых между собой.
Для этого предложено следующее техническое средство с использованием механического формирования высокоскоростного потока материальных частиц для нанесения их на некоторое изделие. Устройство, имеющее один или несколько разгонных каналов с соплами, размещено в некотором корпусе, на внутренней стороне которого размещают обрабатываемые изделия. Разгонные каналы прикреплены к оси привода и по своему центру имеют отверстие для подачи частиц.
Над отверстием расположен бункер с дозатором. Корпус для крепления изделий выполнен в виде карусели, вращающейся преимущественно в направлении, противоположном вращению разгонных каналов, и для этого соединен с общим или отдельным приводом.
Кроме того, основание карусели может быть выполнено неподвижным с расположенными на основании вращающимися барабанами, предназначенными для крепления обрабатываемых изделий.
Барабаны выполнены вращающимися, каждый на своем месте, в направлении преимущественно противоположном направлению вращения разгонных каналов.
Имеется возможность выполнения основания карусели и располагаемых на последней конструктивных втулок для крепления изделий или в виде втулок самих изделий. При этом имеется три вида движений: вращение разгонного канала с соплом, вращение основания карусели и вращение втулок. Таким образом, по отношению к напыляемому слою имеется три вида вращения.
Новыми предложенными признаками устройства являются введение в конструкции вращающихся барабанов с изделиями, что повышает эффективную скорость частиц и, соответственно, качество их сцепления с поверхностью обрабатываемых изделий. Таким образом, противоположно направленные вектора скорости и, соответственно, увеличенная энергия соударения частиц создают более оптимальные условия проведения технологического процесса.
По сравнению с известным близким решением универсальность предложенного устройства определяется возможностью получения максимальной скорости встречи наносимых частиц с поверхностью изделия. Такое повышение эффективной скорости частиц и энергии их соударения приводит к расширению номенклатуры пар взаимодействующих материалов и повышению производительности.
Предложенное техническое решение иллюстрируется графическими материалами:
Фиг.1 - общая структурная схема устройства для нанесения покрытия.
Фиг.2 - схема устройства с неподвижной каруселью и. вращающимися барабанами для фепления изделий.
Фиг.З - схема устройства, в котором основание карусели с цилиндрическими втулками (или цилиндрическими изделиями), выполненными вращающимися.
Главным функциональным элементом устройства является разгонный канал 1 с соплами 2 на своих открытых концах. Разгонный канал  1 в своей средней части имеет отверстие 3, в которое свободно вставлен патрубок 4, в верхней части соединенный с дозатором 5 и бункером 6 с запасом напыляемых частиц. Разгонный канал 1 в своей средней нижней части жестко скреплен с валом 8 привода 9.
Вокруг периметра вращения концов сопла 2 расположена карусель 10, выполненная в виде вращающегося барабана в направлении преимущественно навстречу направлению вращения разгонных каналов 1. На внутренней поверхности карусели 10 располагают изделия 11, сопряженные с концами сопел 2, образующие зоны напыления. На фиг.1 показан простейщий случай изделий 11 в виде пластинок, закрепляемых болтовыми соединениями. Возможно производить напыление на поверхности сложных изделий. Из-за этого возникает потребность в специальных узлах крепления.
Барабан карусели 10 через фонияейны 12 опирается через крышку 13 редую-ора 14 со своим приводом 15. Редуктор 14 имеет выходной пустотелый вал 16, через который пропущен вал 8 привода 9 к разгонным каналам.
Для защиты от мелкодисперсных частиц напыляемого материала 7 и его утилизации предусмотрен общий защитный кожух (пунктир) с эжекторным отверстием 17 с эжекторным соплом 18. Последнее через трубчатый канал 19 соединено с вентилятором 20. Кроме того, защитный кожух (пунктир) соединен со сборником 21 неотработанных частиц.
Возможен вариант (фиг.2), когда карусель имеет неподвижную платформу 22, например, в виде плоского кольца, расположенного
вокруг вала 8. Вдоль некоторой окружности на ллатформе 22 установлены барабаны 23, вращающиеся вокруг собственной оси в направлении, противоположном вращению разгонного канала 1 или совпадающем с последним. Все барабаны 23 могут иметь вращение от одного привода, например, через цепную передачу.
Для нанесения частиц на изделия 11, имеющие форму штырей, осей и т.п., на мелкие объемные изделия, необходимо использовать устройство (фиг.З), в котором выполняются три независимых вращения. Такое устройство имеет вращающееся основание 24 и по окружности
сопряжено с выходами разгонных каналов 1. На основании 24 установлены цилиндрики 25, также вращающиеся вокруг своей оси. Для этого в основании каждый цилиндрик 25 имеет свою щестеренку 26, которая обкатывается по зубьям основной шестеренки 27, получая за счет этого вращательное движение. Над каждой шестеренкой 26 с помощью фепежного элемента 28, например, в виде резьбовой шпильки закрепляют рабочие цилиндрики 25 или обрабатываемые изделия вида осей, гильз, тюбиков и пр.
Принцип работы данного устройства состоит в следующем. Вблизи периметра движения сопла 2 на некоторой конструктивной стенке размещают путем жесткого закрепления напыляемые изделия (детали) 11. Питатель 6 наполняется частицами 7. Запускается высокооборотный привод 9. Через дозатор частицы 7 попадают в разгонный канал 1, где ускоряются центробежными силами.
Данная технология производится с большим избытком частиц в каждый момент времени. Одновременно на площадку в несколько см попадают тысячи частиц, которые действуют аналогично механической фрезе. Вначале начинают счищать верхний слой зафязнений и окислов. Далее разофевают микроскопический слой и разрыхляют его. В  результате происходит замешивание падающих частиц с материалом изделия, сплав и, возможно, элементы химических превращений.
Основой качественного нанесения частиц является скорость их разгона на выходе разгонного канала 1 и номенклатура пар сопрягаемых материалов. Центробежный принцип разгона частиц по величинам
скоростей аналогичен устройствам газодетонационного нанесения покрытий и газодинамического напыления. При этом частицы в несколько мифон могут быть ускорены до 1000 м/сек и более. Для практических целей достаточны скорости до 600 м/сек.
Изделия 11с напыляемыми поверхностями могут быть прифеплены к внутренней стенке основания 10 болтами или специальными захватами. При этом основание выполнено в виде круговой плоскости или в виде цилиндрической решетки.
По другому предложенному варианту такая стенка вращается
преимущественно навстречу потоку из разгонных каналов 1. При этом эффективная скорость возрастает, повышается качество напыления и расширяется номенклатура используемых пар материалов.
По второму варианту (фиг.2) выполнения карусели по периметру напыления вращение барабанов 23 возможно выполнить от одного привода путем перемещения цепной передачи вдоль аа осей барабанов 23. Для этого оси имеют шестеренки или звездочки и зафеплены в подшипниках. Изделия 11 для напыления закреплены на всех поверхностях барабана 23. Данная конструкция позволяет обрабатывать изделия типа отрезка трубы, криволинейных сегментов и других тел вращения.
Принцип работы на установке с каруселью (фиг.З) отличается тем, что дисковое основание 24 имеет самостоятельный привод на весь диск, тогда как отдельные цилиндры 25 имеют свой привод за счет шестеренок 26 и 27, их перекатывания между собой. Взамен цилиндриков 25 могут быть закреплены непосредственно напыляемые оси, тюбики, мелкие втулки и т.п. Сочетание таких подвижных элементов создает одновременно три вида движения, возможно в разных сочетаниях по направлениям. Это способствует более качественному напылению на мелкие изделия сложной формы.
1.Способ нанесения покрытий на внутреннюю поверхность трубы и устройство для его нанесения. А.С. N 1824772, В05Д 7/22.
2.Способ получения антикоррозионного покрытия. А.С. N 1040681, В05Д 7/22.
3.Теория и прагсгика упрочнения материалов в экстремальных условиях. Наука, Новосибирск, 1992, стр. 131.
4.Теория и практика упрочнения материалов в экстремальных условиях. Нйука, Новосибирск, 1992, стр. 146.
5.Заявка на изобретение Зубкова П.И., Зубкова В.П. Устройство для нанесения локрытий N 96112442/25(018330).
ЛИТЕРАТУРА