Устройство для газотермического детонационного напыления слоя покрытия с импульсным дозированием подачи порошка
DEVICE FOR GAS-THERMAL DETONATION SPRAYING OF COATING LAYER WITH PULSE DOSING OF POWDER FEED

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для импульсного дозирования подачи порошка при газотермическом детонационном напылении слоя покрытия на физический объект.
Известные технические решения:
Сэндерс Стюарт Э. (US), Хейнес Джеффри Д. (US). Устройство и сопло для холодного напыления порошкового материала. RU 2261763 С1 МПК В05В 7/14(2000.01). Патентообладатель(и): Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн (US). Заявка №2004104441/12, 17.02.2004. Опубликовано: 10.10.2005. Бюл. №28. С. 9:4 ил.
Устройство содержит катушечный дисковый шестеренчатый объемный дозатор непрерывного действия, выполненный с дозирующими угублениями на наружной цилиндрической поверхности диска. Порошок поступает в углубления цилиндрической поверхности диска, в процессе равномерного вращения диска с заданной скоростью перемещается в зону переноса. В зоне переноса порошок из углублений захватывается равномерным потоком воздуха и подается к исполнительному устройству.
Hans G. Platsch Patent US 8403188 В2. Dosing device for powder. Application number US 12/047,900. Publication date Mar 26, 2013. Original Assignee Platsch Gmbh & Co. Kg. Also published as DE 102007014917 A1, US 20080236702.
Устройство содержит горизонтальный дисковый с дозирующими полостями объемный дозатор непрерывного действия. Порошок в процессе равномерного вращения диска с заданной скоростью поступает сверху в сквозные дозирующие отверстия, выполненные в диске по окружности, и перемещается в процессе вращения диска в зону разгрузки. В зоне разгрузки доступ порошка в отверстие сверху исключен конструкцией. Одновременно конструкцией предусмотрен свободный сброс порошка из дозирующего отверстия в полость под диском, откуда порошок подается к исполнительному устройству.
Недостатки известных технических решений:
нет возможности применить импульсный режим дозирования подачи порошка, который необходим при газотермическом детонационном напылении слоя покрытия на обрабатываемую деталь;
непрерывность потока порошка, переносимого равномерным потоком воздуха, при газотермическом детонационном напылении слоя покрытия на обрабатываемую деталь обусловливает непроизводительный расход порошка, поскольку значительная часть равномерного потока порошка не попадает в передней зоне объемного газового детонирующего объекта при циклическом воспламенении горючей смеси и проходит сквозь ствол транзитом.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание условий, при которых обеспечивается выполнение импульсного режима подачи порошка для осуществления технологического процесса газотермического детонационного нанесения слоя вещества.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании изобретения, является создание возможности уменьшить расход порошка и воздуха на выполнение технологического процесса наращивания толщины слоя, наносимого на обрабатываемую деталь путем импульсного газотермического детонационного нанесения слоя вещества, повышение качества наносимого покрытия.
Для решения поставленной технической задачи предлагаемое устройство для газотермического детонационного напыления слоя покрытия с импульсным дозированием подачи порошка содержит корпус 1, в котором установлены емкость для порошка 2 с порошком 3. Распределительный диск 4 установлен в корпусе 1 на оси 7 и выполнен с расположенными по периферийной части диска 4 дозирующими подающими цилиндрическими полостями 5. В корпусе 1 установлены также клапан 10 со штоком 11, соединенным с запорным устройством 12, канал 13, ствол 14, блок управления 15. Диск 4 в зоне дозирующих подающих отверстий 5 с каждой стороны снабжен концентрическим выступом, причем края выступа расположены симметрично относительно полостей 5. Диск 4 снабжен перепускными отверстиями 6, расположенными по окружности внутри концентрического выступа диска 4, в корпусе 1 под диском 4 выполнен криволинейный канал 8, входное отверстие которого расположено напротив перепускных отверстий 6, а выходное отверстие расположено на одной оси с дозирующими подающими цилиндрическими полостями 5 и каналом 9, который соединен с каналом 13.
Изобретение поясняется прилагаемыми схемами, где на фиг. 1 показано предлагаемое устройство в исходном положении; на фиг. 2 предлагаемое устройство в положении начала импульса подающего воздуха; на фиг. 3 предлагаемое устройство в положении протекания импульса подающего порошок сжатого воздуха, на фиг. 4 представлен дозирующий диск, вид сверху. Устройство содержит корпус 1. В корпусе 1 установлены емкость для порошка 2 с порошком 3, распределительный диск 4 с расположенными по периферийной части диска 4 дозирующими подающими цилиндрическими полостями 5. В зоне полостей 5 диск 4 с каждой стороны выполнен с концентрическим выступом, края которого расположены симметрично относительно полостей 5 для обеспечения механического контакта между выходным отверстием емкости для порошка 2 и полостями 5, и между полостями 5 и корпусом 1. Диск 4 снабжен расположенными по окружности внутри концентрического выступа диска 4 перепускными отверстиями 6 (фиг. 1-4). Диск 4 выполнен на оси 7. В корпусе 1 выполнены каналы 8, 9. Клапан 10 снабжен исполнительным штоком 11, соединенным с запорным устройством 12. Запорное устройство 12 перекрывает канал 13, который соединяет устройство со стволом 14. Входное отверстие криволинейного канала 8 расположено напротив окружности на диске 4, по которой выполнены перепускные отверстия 6, а выходное отверстие расположено на одной оси с полостью 5 и каналом 9, который соединяет полость 5 и канал 13. Канал 13 выполнен в каморе ствола 14 со стороны дульной части относительно каналов для подачи газовой смеси. Управление устройством осуществляют через блок управления 15.
16 - просыпание порошка из 4 дозирующей подающей цилиндрической полости 5 в канал 8 перед началом импульса подающего воздуха.
17 - поток воздуха с порошком после срабатывания клапана 10 сквозь перепускное отверстие 6, канал 8, дозирующая подающая цилиндрическая полость 5, канал 9 в канал 13 и ствол 14 после перемещения исполнительного штока 11 с запорным устройством 12 влево по фиг. 1-3.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Кран подачи сжатого воздуха к устройству перекрыт (на фиг. 1-4 не показан), давление воздуха внутри устройства соответствует атмосферному давлению. В емкость для порошка 2 засыпают порошок 3, герметично закрывают крышку корпуса 1 и открывают кран подачи сжатого воздуха к устройству.
Все приведенные на фиг. 1-4 элементы устройства, за исключением канала 13 и ствола 14, расположены внутри герметичного корпуса 1, поэтому оказываются под равным давлением, нет градиента давления в аэродинамическом тракте «перепускное отверстие 6, пространство между диском 4 и корпусом 1, канал 8, правое по фиг. 1-3, полость 5 диска 4, канал 9, запорное устройство 12 в канале 13», соответственно, поток 17 отсутствует.
В исходном положении очередная расположенная слева по фиг. 1-3 полость 5 находится под выходным отверстием емкости для порошка 2, которое выполнено в виде дугообразной прорези, охватывающей несколько полостей 5. Порошок 3 под действием силы тяжести и вибрации в процессе работы устройства наполняет дозирующая подающая полость 5.
Одновременно очередная расположенная справа по фиг. 1-3 полость 5 находится над правым по фиг. 1-3 отверстием канала 8. Порошок из полости 5 просыпается вниз, и часть дозы порошка занимает в канале 8 позицию 16 по фиг. 2.
Из блока управления 15 поступает управляющий импульс открытия клапана 10, шток клапана 11 перемещается влево по фиг. 2, соединенное со штоком 11 запорное устройство 12 открывает отверстие в канал 13, из корпуса устройства 1 под давлением проходит в виде потока 17 по фиг. 3 сквозь перепускное отверстие 6, пространство между диском 4 и корпусом 1, канал 8, и захватывает дозу порошка. Воздух с дозой порошка поступает в правую по фиг. 1-3 полость 5 диска 4 снизу, затем в канал 9, откуда в канал 13. Из канала 13 доза порошка компактно распределяется воздухом в стволе 14. Одновременно с переключением очередного расположенного справа по фиг. 1-3 дозирующей подающей цилиндрической полости 5 в позицию над верхним отверстием канала 8, в ствол устройства газотермического детонационного напыления слоя покрытия подают газы для формирования горючей смеси. Момент завершения формирования горючей смеси задан совпадающим с моментом подачи в ствол 14 порошка 3, после чего из блока управления 15 поступает управляющий импульс закрытия клапана 10, и управляющий импульс воспламенения горючей смеси. Горючая смесь детонирует. Компактно распределенная в стволе 14 в передней зоне газового детонирующего объекта доза порошка 3 полностью воспринимает энергию детонации, разогревается, и на большой скорости вместе с продуктами сгорания компактно подается на обрабатываемую деталь, на которой формирует слой напыления.
-1
Описанный выше импульс газотермического детонационного напыления слоя покрытия периодически повторяется, частота выстрелов устройства газотермического детонационного напыления слоя покрытия составляет 8-15 сек.
После закрытия клапана 10 во время выстрела привод предлагаемого устройства по сигналу от блока управления 15 импульсом проворачивает диск 4 вокруг оси 7 так, что позицию по фиг. 1-3 занимает следующая пара полостей 5. Левая по фиг. 1-3 емкость 5 наполняется порошком под действием гравитации и вибрации постепенно, поскольку выходное отверстие емкости для порошка 2 выполнено в виде дугообразной прорези, охватывающей несколько полостей 5. Время выполнения операции наполнения каждой полости 5 составляет порядка 0,5-0,6 сек. Это время определяется частотой выстрелов и числом полостей 5, располагающихся в один момент под выходным отверстием емкости для порошка 2. Указанное время достаточно для надежного наполнения каждой отдельной полости 5 порошком 3.
Просыпание порошка 3 из правой по фиг. 2 полости 5 в канал 8 незначительное, поскольку порошок перемещается в течение короткого времени - от момента завершения очередного импульса вращения диска 4 вокруг оси 7 до момента открытия клапана 10. Это время составляет около 0,01-0,02 сек. Обеспечивается компактность дозы, качество и надежность подачи порошка 3 в ствол 14.
По исчерпании порошка 3 в емкости для порошка 2 перекрывают кран подачи сжатого воздуха, сбрасывают давление в устройстве с помощью соответствующего клапана в крышке устройства, загружают новую порцию порошка и продолжают выполнять технологический процесс, как описано выше.
Использование новых элементов: дозирующая подающая цилиндрическая полость 5, концентрический выступ с каждой стороны диска 4 в зоне дозирующих подающих цилиндрических полостей 5, перепускное отверстие 6, пространство между диском 4 и корпусом 1, каналы 8, 9, позволяет упростить дозирование за счет использования дозирующих подающих цилиндрических полостей 5 одновременно для дозирования и подачи порошка, повысить точность дозирования, повысить срок службы и надежность устройства за счет уменьшения количества деталей, применения концентрического выступа с каждой стороны диска 4 в зоне дозирующих подающих цилиндрических полостей 5, причем края выступа расположены симметрично относительно дозирующих подающих цилиндрических полостей 5, повысить качество наносимого покрытия за счет лучшего с точки зрения переноса материала к обрабатываемой детали, компактного распределения порошка в передней зоне газового детонирующего объекта. Последнее достигается ввиду меньшего объема воздуха для транспортирования дискретного объема порошка в ствол газотермического детонационного устройства на выполнение очередного выстрела и, соответственно, меньшей степени рассредоточения порошка по стволу и меньшего разбавления горючей смеси транспортирующим порошок воздухом.