УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к области вакуумно-дуговой обработки (В ДО) длинномерных изделий: проволоки, труб, прутков, ленты, - и может быть применено для очистки, нанесения покрытий, калибровки и волочения; очистки, термообработки, нанесения покрытий, калибровки и волочения; очистки, легирования поверхности, калибровки и волочения и для других технологических операций.
Вакуумно-дуговая обработка является эффективной технологией для повышения качества изделий, для нанесения на очищенную поверхность покрытий (Терехов В.П., Борзенков М.И. Эффективность применения вакуумно-дуговой очистки поверхности проволоки/ Технология металлов, №12, 2003. с.5-6).
В качестве уплотнений шлюзовых узлов вакуумных электродуговых камер могут быть использованы волоки из твердых сплавов, алмазов и других материалов. При отсутствии промежуточной откачки из шлюзов (см., например, а.с. №15708636 В 23 Н 7/36, БИ №22, 1990, с.48) одним из существенных условий герметичности ввода и вывода изделия из вакуумной камеры является необходимость пластического обжатия изделия в волоках со степенью, гарантирующей герметичность уплотнения. Возможность подачи смазки в очаг деформации в установках ВДО отражена, например, в а.с. №1055009, БИ №39, 1988, с.303.
В качестве прототипа может быть использовано устройство по а.с. 1055010, В 23 К 9/08, БИ №42, 1983). Устройство содержит вакуумную электродуговую камеру с электродным узлом. На выходе (справа) вакуумной камеры установлена волока. На входе вакуумной камеры уплотнительный узел подробно не показан.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности нанесения покрытий в вакуумной камере после дуговой очистки изделия.
Целью полезной модели является возможность нанесения на изделия покрытий и/или легирование их поверхностей в вакуумной камере с одновременным обжатием (пластической деформацией) изделия на выходе камеры.
Цель достигается за счет того, что в устройстве для вакуумно-дуговой обработки изделий, преимущественно длинномерных, содержащем вакуумную камеру с электродным узлом для очистки изделия, узел для перемещения изделия и расположенную на выходе вакуумной камеры по меньшей мере одну волоку для обжатия изделия, между выходной волокой и электродным узлом для очистки изделия расположен по меньшей мере один узел для нанесения покрытия на изделие и/или его легирования. Перед выходной волокой после узла нанесения покрытий может быть расположен узел смазки. Узел для нанесения покрытий может быть выполнен в виде установленного с возможностью перемещения по меньшей мере одного расходуемого электрода, при этом между обрабатываемым изделием и расходуемым электродом происходит возбуждение дугового разряда, который расплавляет и испаряет расходуемый электрод. По меньшей мере хотя бы часть паров, капель и других частиц должна осесть на изделии. Расходуемый электрод соединен с отрицательным полюсом источника питания. Положительный полюс источника питания при этом соединен с изделием. Вся масса расходуемого электрода, например, кассета, может быть расположена внутри вакуумного объема. Кассета с расходуемым электродом может быть также расположена в атмосфере.
В предлагаемом устройстве расходуемые электроды могут быть расположены горизонтально, вертикально и под любым углом к горизонту. Токоподвод от источника питания к расходуемому электроду может быть расположен в вакуумной камере, например, по типу мундштука сварочного аппарата.
В вакуумной камере может быть один, два, три и более расходуемых электродов. При наличии трех электродов угол между каждыми соседними электродами может быть равен 100-140 градусов в плоскости, перпендикулярной продольной оси изделия (при сумме всех трех углов 360 градусов). При симметричном расположении трех электродов угол между каждыми двумя равен 120 градусов в
плоскости, перпендикулярной продольной оси изделия. Между расходуемыми электродами и выходным узлом вакуумной камеры может быть расположен узел охлаждения изделия, выполненный, например, в виде охлаждаемых роликов.
На фиг.1 показана общая схема устройства; на фиг.2 - схема устройства для варианта нанесения покрытия на изделие и/или его легирования путем расплавления электрической дугой расходуемого электрода, выполненного в виде проволоки, ленты, трубки или иного профиля; на фиг.3 показаны ролики, которые могут быть использованы для охлаждения изделия перед выходом из камеры и расположены после расходуемых электродов по ходу движения изделия; на фиг.4 показана возможная схема расположения трех расходуемых электродов.
Устройство (см. фиг.1) состоит из вакуумной камеры 1, в которой расположены электроды 2 (для очистки изделия), соединенные с положительными полюсами источников 3 питания. Отрицательные полюса источников 3 питания соединены с изделием 4 посредством токоподводов 5. Ввод изделия 4 в вакуумную камеру 1 может осуществляться через входной шлюзовой узел, выполненный например в виде волоки 6, в которой возможно обжатие (пластическая деформация) изделия 4. Перед волокой 6 возможно расположение смазочного узла 7. Данная полезная модель не исключает и размещения размоточного узла и внутри вакуумной камеры перед электродами 2. Узел 8 для нанесения покрытия на изделие 4 показан схематически. Для нанесения покрытий могут быть использованы различные устройства и методы, например, путем конденсации испаряющегося вещества, нанесение покрытий магнетронным методом, плазменным напылением из струйного плазмотрона с истечением струи распыленного вещества на изделие в вакууме и другие. Вакуумная камера может быть разделена на отсеки, например, с помощью экранов 9. Изделие 4 с нанесенным покрытием подвергается обжатию в выходной волоке 10, перед которой возможно наличие смазочного узла 11. Намотка изделия 4 осуществляется на катушку 12. Между катушкой 12 и волокой 10 могут быть расположены дополнительные волочильные или калибровочные узлы, в зависимости от конкретной задачи.
На фиг.2 показана схема для нанесения покрытия путем расплавления электрическими дугами расходуемого электрода (проволоки, ленты, трубки, прутков и других профилей). Изделие 4 размещено в области воздействия электрических дуг 13. Расходуемый электрод 14 может быть размещен на кассетах 15 или, например, в бункерах. Источники 16 питания соединены отрицательными полюсами с расходуемым электродом 14 посредством токоподводов 17, а положительными полюсами - с изделием 4 через токоподводы 5. По меньшей мере часть расплавляемого и испаряющегося электрода в виде паров, капель, ионизированных и других частиц должна оседать на изделии 4. Токи электрических дуг 13 возможны от десятых долей ампера до сотен и тысяч ампер в зависимости от производительности, сортамента изделий и видов покрытий. Следует подчеркнуть, что речь идет о дуговом разряде 13, а не тлеющем. Для движения электродов 14 можно использовать серийные сварочные аппараты.
В отличие от других типов известных дуговых испарителей в данном случае дуга горит между самим изделием 4 и расходуемым электродом 14. Важно подобрать параметры дуги, скорость движения изделия, диаметры и скорость движения электродов 14, чтобы осуществлять процесс нанесения покрытий и, возможно, легирования поверхностей изделия 4. Кассеты 15 могут располагаться как в вакууме, так и в атмосфере.
Расходуемые электроды 14 могут располагаться вертикально как на фиг.2, горизонтально перпендикулярно плоскости чертежа, а также под любым углом к горизонтальной плоскости. В качестве расходуемых электродов могут быть также применены не только электроды однородного сечения, но и электроды с наполнителем, например, из легирующих, ионизирующих и других добавок типа порошковой сварочной проволоки. Кроме того, расходуемые электроды 14 могут быть многослойные, например, типа биметаллической проволоки. Минимально в устройстве может быть один расходуемый электрод 14, максимально их число неограничено.
Например, при трех электродах 14 они могут быть расположены симметрично под углом 120 градусов друг к другу в плоскости, перпендикулярной продольной оси изделия 4, или же угол между соседними электродами может быть, например, в пределах 100-140 градусов при суммарном угле для трех электродов 360 градусов. Вдоль продольной оси изделия 4 с каждой стороны может быть расположен один, два и более электродов.
Расходуемые электроды 14 могут быть расположены в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси изделия, или же смещены вдоль оси изделия как показано на фиг.2.
Конструкции камеры 1 и электродов 2 для очистки изделия перед нанесением покрытия могут иметь различное исполнение. Электроды 2 могут быть кольцевые, стержневые и другие.
Между электродами 2 и 14, а также между электродами 14 и выходной частью камеры (узлы 10 и 11) возможно наличие узла охлаждения изделия 4 (см. фиг.3). Этот узел, например, может быть выполнен в виде пары охлаждаемых роликов 18 и 19. На ролике 18 имеются канавки 20 и 21. Поверхность ролика 19 гладкая без канавок. При движении изделие 4 проходит вначале по канавке 20, затем огибает ролик 19 и поступает на канавку 21 ролика 18. Тем самым не происходит нахлестывание входной и выходной частей проволоки на ролике 18. Ролики могут охлаждаться изнутри через полые валы, на которых они установлены. Изделие 4 перед нанесением на него покрытия может иметь как очищенную неоксидированную поверхность, так и очищенную, и оксидированную поверхность. Оксидирование может быть как сплошным, так и в виде участков (продольных, поперечных и иной формы).