УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для нанесения защитных покрытий на детали авиационных двигателей.
Известно установка для нанесения защитных покрытий, включающее устройство для крепления деталей (патент РФ №2161075, В05С 13/00, С23С 14/56, 1997).
Недостатком известной установки является низкое качество нанесения покрытия (разная толщина наносимого покрытия).
Известна установка для нанесения защитных покрытий, содержащая корпус, механизм вертикального перемещения плазмотрона и устройство для закрепления лопатки (Братухин А.Г. и др.. Основы технологии создания газотурбинных двигателей для магистральных самолетов, М., Авиатехинформ, 1999, с 497).
Недостатком известной установки является низкое качество нанесения покрытия (разная толщина наносимого покрытия).
Наиболее близкой по технической сущности является установка для нанесения защитных покрытий, содержащая корпус, механизм вертикального перемещения плазмотрона, устройство для закрепления лопатки, устройство продольного перемещения лопатки и устройство для поворота лопатки (патент РФ на полезную модель №46265, В05С 13/00, С23С 14/56, 2004).
Недостатком известной установки является низкое качество нанесения покрытия (разная толщина наносимого покрытия).
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение качества нанесения покрытия.
Поставленная цель достигается тем, что установка для нанесения защитных покрытий, содержащая корпус, механизм вертикального перемещения плазмотрона, устройство для закрепления лопатки, устройство продольного перемещения лопатки и устройство для поворота лопатки, снабжена механизмом горизонтального перемещения плазмотрона и устройством поворота лопатки по радиусу сопряжения пера и полки лопатки, причем на оси устройства установлена каретка с направляющими для второй каретки, а на второй каретке установлены устройство продольного перемещения лопатки и устройство для закрепления лопатки.
На фиг.1 приведена структурно-кинематическая схема установки; на фиг.2 - схема перемещений плазмотрона по строчкам; на фиг.3 - схема поворота лопаток и плазмотрона в вертикальной плоскости; на фиг.4 - схема перемещений в горизонтальной плоскости в пределах одной строки.
Установка содержит корпус 1, кронштейн 2, механизм 3 вертикального перемещения плазмотрона 4, механизм 5 горизонтального перемещения плазмотрона, устройство 6 ?для закрепления лопатки, устройство 7 продольного перемещения лопатки, устройство 8 для поворота лопатки, устройство 9 поворота лопатки по радиусу сопряжения пера и полки лопатки. На оси 10 устройства 9 установлена каретка 11 с направляющими 12 для второй каретки 13. На второй каретке 13 установлены устройство 7 продольного перемещения лопатки и устройство 6 для закрепления лопатки 14.
Повороты и подъемы плазмотрона 4 осуществляются от шаговых электрических двигателей 15, 16 оснащенных датчиками обратной связи, через редуктора с передаточным отношением i=54, что соответствует повороту плазмотрона 4 на 0°2' на один импульс электрических двигателей.
Устройство 9 обеспечивает поворот лопатки 14 для напыления радиусов сопряжении пера и полки лопатки. Поворот осуществляется шаговым двигателям 17. В двигатель 17 встроен редуктор, с передаточным отношением 1:4.
По двум направляющими 12 перемещается вторая каретка 13 от шариковинтовой передачи, приводимой во вращение шаговым двигателем 23 с датчиком обратной связи (на фиг.1 не показано). Это перемещение обеспечивает отвод-подвод лопатки 14 к плазмотрону 4 для сохранения дистанции напыления.
Вторая каретка 13 имеет две направляющие 18, 19 по которым перемещается устройство 7 от шариковинтовой передачи 20, приводимой во вращение шаговым двигателем 21 с датчиком обратной связи. Это перемещение обеспечивает напыление прямого участка пера лопатки от одного центра радиуса сопряжения до другого.
3
4
Лопатка 14 поворачивается вокруг своей входной кромки для нанесения покрытия на спинку и корыто лопатки 14 и поддержания перпендикулярности струи плазмы к напыляемой поверхности. Поворот осуществляется шаговым двигателем 22 с датчиком обратной связи через цепочку шестерен с передаточным отношением / на центр поворота лопатки 14. Цепочка шестерен предназначена для вывода шагового двигателя 22 из зоны температурного воздействия плазмы.
Установка работает следующим образом. Процесс нанесения защитного покрытия состоит из двух операций:
- нанесение подложки (слоя металла) с предварительным прогревом лопатки струей плазмы.
- нанесение керамики с одновременным подводом внутрь лопатки воздуха для ее охлаждения.
Лопатка 14 устанавливается в центрах манипулятора так, что ось манипулятора проходят через центры радиуса ее входной кромки. Покрытие производится по « строчкам » - вдоль оси лопатки 14, параллельно ее входной кромки, в последовательности:
- 1-я полка-1-е сопряжение-перо (прямой участок)-2-е сопряжение- 2-я полка.
- переход на новую строчку.
- 2-я полка-2-е сопряжение -перо- 1-е сопряжение - 1-я полка.
- переход на новую строчку и так далее.
Переходы осуществляются по программе следующими движениями лопатки и плазмотрона:
- полки - поворотом плазмотрона 4 в горизонтальной плоскости
- радиуса сопряжений - разворотом лопатки 14 вокруг центра радиуса сопряжения
- перо лопатки 14 - перемещением ее в горизонтальной плоскости
- переход по строчкам (по ширине лопатки 14) - подъемом и опусканием плазмотрона 4 в вертикальной плоскости
- для поддержания перпендикулярности струи плазмотрона 4 к напыляемой поверхности и обеспечения равномерного покрытия спинки и корыта лопатки 14, поворачивается в центрах манипулятора вокруг своей входной кромки
- для поддержания расчетной дистанции напыления (от оси поворота плазмотрона 4 до напыляемой поверхности) - лопатка 14 имеет движение корректировки расчетной дистанции относительно плазмотрона 4
На фиг.1 показаны движения лопатки 14 и плазмотрона 4 в вертикальной и горизонтальной плоскостях:
- «ВИ» и «ГИ» - вертикальное и горизонтальное исходное положение плазмотрона 4 и лопатки 14. «ВИ» - лопатка 14 повернута к плазмотрону 4, «ГИ» -лопатка 14 развернута к плазмотрону 4 на 50°, а плазмотрон 4 выведен из зоны напыления лопатки 14.
- «В1» - плазмотрон 4 поднят на уровень напыления 1-й строки (работает двигатель 16).
- «Г1» - плазмотрон 4 поворачивается, напыляя 1-ю полку (работает двигатель 15).
- «Г2» - плазмотрон 4 неподвижен, происходит поворот лопатки 14 вокруг ее центра радиуса сопряжения - напыляется сопряжение - работает двигатель 17.
- «Г3» - поворот закончен, лопатка 14 прямолинейно перемещается до центра 2-го радиуса сопряжения - напыляется прямой участок лопатки 14 (перо) - работает двигатель 21.
- «Г4» - прямой участок закончен, лопатка 14 стоит в центре 2-го радиуса сопряжения.
- «Г5» - начинается поворот лопатки 14 на 50° к плазмотрону 4 - напыляется 2-е сопряжение (переход от прямого участка ко 2-ой полке) - работает двигатель 17.
- «Г6» - поворот лопатки 14 закончен, начинается поворот плазмотрона 4 - напыляется 2-я полка.
- «Г7» - напыление 2-й полки закончено, плазмотрон 4 выходит из зоны напыления, подъем плазмотрона 4 на 2-ю строчку.
- «В2» - плазмотрон 4 поднялся на 2-ю строчку, происходит поворот лопатки 14 вокруг центра ее входной кромки (для поддержания необходимой перпендикулярности струи плазмы к напыляемой поверхности) и корректировка расчетной дистанции напыления - работают двигатели 22 и 23. После этих корректировок, плазмотрон 4 и лопатка 14 осуществляют (по программе для 2-й строки) все движения в горизонтальной плоскости, но в обратной последовательности «Г7» - «Г6» - «Г5» - «Г4» - «ГЗ» - «Г2» - «Г1» - «ГИ». В переходе «ГИ» плазмотрон 4 вновь поднимается до следующей строки и вновь идут перемещения лопатки 14 в горизонтальной плоскости. После прохождения последней строчки (положение «ВП») плазмотрон 4 и лопатка 14 возвращаются в исходное положение «ВИ» и «ГИ».
Эти переходы движений используются при прогреве, нанесении металла и керамики на лопатку 14 по программам для соответствующей операции. В случае необходимости нанесения нескольких слоев - циклы переходов повторяются.
Пример конкретного выполнения. Установка предназначена для лопаток максимальные
размеры которых составляют:
длина, мм
150
ширина, мм
70
максимальная длина напыления прямого участка пера, мм
80
максимальная длина напыления полки, мм
50
Все рабочие перемещения рассчитаны из условия линейной скорости 40 мм/сек.
Напыление прямого участка пера:
ход, макс. мм
80
скорость, макс. мм. в сек
40
цена импульса, мм
0,025
частота импульсов, сек
1600
Напыление радиуса сопряжения:
расчетный радиус поворота, мм
10
угол поворота, град.
±50°
скорость поворота, мм. в сек
40
цена одного импульса, град.
0°27'
частота импульсов, сек
508
Поворот лопатки вокруг входной кромки:
угол поворота, град.
360°
скорость поворота, град в сек
270°
цена одного импульса, град.
1°21′
частота импульсов, сек
200
Корректировка расстояния (расчетной дистанции) между плазмотроном и напыляемой поверхностью:
ход, макс., мм
+60-10
скорость, мм в сек
40
цена импульса, мм
0,025
частота импульсов, сек
1600
Привода к каждой координате - шаговые двигатели типа MTR-STM
Перемещения плазмотрона при расчетной дистанции напыления равной 450 мм. (расстояние от оси поворота плазмотрона до центра поворота радиуса сопряжения 440 мм. плюс радиус поворота 10 мм).
В горизонтальной плоскости - напыление полок лопаток:
максимальный угол поворота, град.
±7°
скорость поворота, град. в сек
5°6'
скорость поворота, мм. в сек
40
цена одного импульса, град. в сек
0°2'
частота импульсов, сек
153
В вертикальной плоскости - переход на следующую «строчу:
максимальный угол поворота, град.
±15°
скорость поворота, град. в сек
11,1°
скорость поворота, мм. в сек
87
цена одного импульса, град.
0°2'
частота импульсов, сек
333
Привода к каждой координате шаговые двигатели типа MTR-ST с ценой деления 1,8° и датчиком обратной связи ЛИР-120А-3-Н-2000-0,5-ПИ-8-1,0
Повышение качества наносимого защитного покрытия достигается за счет поддержания постоянного расстояния от плазмотрона до напыляемой поверхности, постоянного угла атаки плазмотрона (оптимальный угол атаки) при напылении всех конструктивных элементов лопатки.