СПОСОБ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ ОТВЕРСТИЯ ИЗДЕЛИЯ
PROCEDURE FOR GAS-THERMAL APPLICATION OF COATING ON INTERNAL SURFACE OF ITEM APERTURE

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для упрочнения внутренних поверхностей в полостях, имеющих форму тел вращения, например, стенок цилиндров двигателей внутреннего сгорания.
Известен способ термического напыления покрытий на внутренние поверхности отверстий в деталях (патент США №5439714, от 13.07.1993 г., МКИ 6 B05D 1/08), который принят за прототип. По прототипу перед распыляющей пушкой вставляют элемент, отклоняющий распыляемый материал за счет наклонных плоскостей. Распыляющую пушку и упомянутый элемент размещают так, чтобы между ними постоянно сохранялось заданное расстояние и чтобы направление струи распыленного материала изменялось так, чтобы она попадала на внутреннюю поверхность отверстия. Способ по прототипу обеспечивает возможность нанесения покрытий на внутреннюю поверхность отверстия даже при относительно малом его диаметре. Однако при нанесении покрытий по прототипу частицы напыляемого материала, ударяясь о наклонную плоскость и отражаясь от нее, тормозятся, теряя часть своей кинетической энергии. Кроме того, при этом не обеспечивается сепарация энергетически слабых частиц напыляемого материала, которые, достигая обрабатываемой поверхности, слабо сцепляются с ней и могут образовывать рыхлоты в покрытии. В процессе нанесения покрытия частицы напыляемого материала на отдельных участках наклонной поверхности могут сцепляться с ней, что ухудшит ее отражательную способность и вызовет неравномерность покрытия на обрабатываемой поверхности. Все это ухудшает качество покрытия, понижая его прочность и износостойкость.
7
Известен также способ газотермического нанесения покрытий на внутренние поверхности отверстий, защищенный патентом РФ №2245938, от 20.10. 2003 г., МКИ С23С 4/12, B05D 1/08, 7/22, который принят за прототип. По прототипу внутри отверстия соосно с ним располагают конус с углом при вершине 60…70° из термостойкого материала. Устанавливают зазор между поверхностью отверстия и кромкой основания конуса. На поверхность конуса подают из горелки струю частиц напыляемого материала и концентрично ей подают под давлением дополнительную струю газа. В процессе нанесения покрытия конус вращают и вместе с горелкой перемещают вдоль обрабатываемой поверхности. Обрабатываемую деталь при этом могут вращать относительно конуса, который одновременно вращают в противоположную сторону. Для очистки поверхности перед началом процесса нанесения покрытия вместо горелки над конусом устанавливают сопло пескоструйного или дробеструйного аппарата. Конус вращают и совместно с соплом перемещают вдоль обрабатываемой поверхности. Энергетически слабые частицы наносимого покрытия выдувают через зазор между стенками отверстия и кромкой основания конуса струей газа. Применение способа по прототипу повышает качество наносимого покрытия. Однако способ по прототипу требует для подготовки поверхности замены горелки над вершиной конуса на пескоструйное или дробеструйное сопло и по окончании операции очистки обратной замены сопла на горелку. Это требует затрат времени, что снижает производительность обработки. Кроме того, способ по прототипу не обеспечивает возможности послойного уплотнения наносимого покрытия, что уменьшает прочность покрытия.
Технический результат предлагаемого способа - снижение трудоемкости процесса и повышение качества наносимого покрытия.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что внутри обрабатываемого отверстия размещают конус с зазором между внутренней поверхностью отверстия и основанием конуса. Горелку устанавливают эксцентрично относительно оси конуса со стороны его вершины. Параллельно оси горелки, по другую сторону от конуса со стороны его вершины, размещают сопло пневматического устройства. Производят абразивную обработку поверхности отверстия путем подачи абразивного порошка с помощью струи газа через пневматическое устройство. Затем наносят покрытие посредством горелки путем воздействия направленной на конус струи нагретых частиц напыляемого материала с концентрично расположенной к ней струей газа. Одновременно в сопло пневматического устройства подают металлическую дробь. В процессе абразивной обработки поверхности и нанесения покрытия конус перемещают вдоль обрабатываемой поверхности совместно с горелкой и соплом пневматического устройства. Обрабатывемое изделие и конус вращают в противоположные стороны.
Такая совокупность признаков предлагаемого способа обеспечивает уменьшение трудоемкости процесса нанесения покрытий, поскольку отпадает необходимость замены горелки над конусом на сопло и обратной замены. Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает в процессе нанесения покрытия возможность его непрерывной послойной дробеструйной обработки, что исключает образование рыхлот в покрытии и повышает как прочность самого покрытия, так и прочность его сцепления с обрабатываемой поверхностью.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показана схема процесса нанесения покрытия по предлагаемому способу.
Предлагаемый способ нанесения покрытия осуществляется следующим образом.
1
В обрабатываемое отверстие 1 изделия 2 вводят конус 3 с углом при вершине α и устанавливают его так, чтобы оси конуса 3 и отверстия 1 в изделии 2 совпадали, а между поверхностью отверстия 1 и кромкой основания конуса 3 имелся зазор S. Над конусом 3 со стороны его вершины эксцентрично относительно оси конуса 3 устанавливают горелку 5. По другую сторону конуса 3 параллельно оси горелки 5 и струи 8 частиц напыляемого материала располагают сопло 4 пневматического устройства для обработки поверхности. В начале процесса производят абразивную обработку поверхности отверстия 1. Для этого через сопло 4 с помощью струи газа подают абразивный порошок, образующий поток 6. В процессе обработки поверхности потоком 6 абразивного порошка конус 3 вращают со скоростью ω, а обрабатываемое изделие 2 вращают в противоположную сторону со скоростью ω. Конус 3 совместно с соплом 4 устройства для обработки поверхности и с горелкой 5 устройства для нанесения покрытий перемещают вдоль обрабатываемой поверхности отверстия 1 со скоростью V. Частицы абразивного порошка в потоке 6, ударяясь о поверхность конуса 3, отражаются от нее, создают поток 7 отраженных от конуса 3 частиц, которые, завихряясь и ударяясь о поверхность отверстия 1, очищают эту поверхность от оксидов, загрязнений и адсорбированных слоев жидкостей и газов. Не останавливая процесса, немедленно после окончания операции обработки поверхности вместо абразивного порошка в сопло 4 подают металлическую дробь и одновременно из горелки 5 подают на поверхность конуса 3 струю 8 частиц напыляемого материала. Концентрично струе 8 в то же время подают струю газа 11. Нагретые в горелке 5 частицы напыляемого материала, так же отражаясь от поверхности конуса 3, завихряясь и ударяясь в очищенную поверхность отверстия 1, создают на ней слои покрытия 10. В процессе образования слои покрытия 10 подвергаются воздействию струи 7 дроби, подаваемой из сопла 4 струей 6. В процессе нанесения покрытия 10, с одновременной дробеструйной обработкой его слоев, продолжают вращать конус 3 и перемещать его совместно с соплом 4 пневматического устройства для обработки поверхности и с горелкой 5 устройства для нанесения покрытий вдоль обрабатываемой поверхности отверстия 1.
-9
Такая совокупность признаков предлагаемого устройства обеспечивает достижение технического эффекта, заключающегося в снижении трудоемкости процесса нанесения покрытия и повышении его качества. Этот эффект достигается тем, что перед нанесением покрытия производится пескоструйная обработка поверхности, после которой без перерыва начинается процесс нанесения покрытия. Это снижает трудоемкость процесса, поскольку отпадает необходимость замены сопла 4 для пескоструйной обработки на горелку 5 для газотермического нанесения покрытий и улучшается сцепление наносимого покрытия с поверхностью отверстия 1, так как ликвидируется перерыв между процессами подготовки поверхности и нанесением на нее покрытия 10. Известно, что мономолекулярный слой газа, например, возникает на очищенной поверхности за 2,4·10 с (Сварка и резка материалов: учеб. пособие / [М.Д.Банов, Ю.В.Казаков, М.Г Козулин и др.]; под ред. Ю В.Казакова. - 7-е изд. - М.: ИЦ «Академия», 2008. С.5). Наличие адсорбированного слоя газа и жидкости существенно ухудшает сцепление частиц покрытия с поверхностью. Уменьшение времени пребывания очищенной поверхности в контакте с воздухом повысит качество наносимого покрытия 10. Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает возможность непрерывной дробеструйной обработки слоев покрытия 10 в процессе их образования. В результате наносимое покрытие 10 в процессе нанесения уплотняется, ликвидируются микрорыхлоты, плотность и прочность покрытия увеличивается, что также повышает качество покрытия.
Предлагаемый способ может быть осуществлен с помощью известных в технике средств и материалов.
1
Конус 3 может быть изготовлен, например, из стали и покрыт материалом, обладающим низкой адгезионной способностью, как это делают по прототипу, например тефлоном. Вращение конуса 3 со скоростью ω и изделия 2 со скоростью ω и перемещение конуса 3 совместно с соплом 4 и горелкой 5 со скоростью V может быть осуществлено с помощью известных электромеханических или пневматических приводов. Подача струи 6 песка или мелкой дроби через сопло 4 может быть осуществлена с помощью любой известной конструкции пескоструйного аппарата. Для создания струи 8 нагретых частиц напыляемого материала можно использовать, например, кислородно-ацетиленовую горелку любой известной установки для газопламенного нанесения покрытий. Струю 11 газа, например воздуха, можно создавать с помощью дополнительного сопла, установленного на горелку 5 и соединенного с газовой магистралью, либо с компрессором.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает достижение технического эффекта, заключающегося в снижении трудоемкости процесса и повышении качества наносимого покрытия. Способ может быть осуществлен с помощью известных в технике средств и материалов. Следовательно, предлагаемый способ обладает промышленной применимостью.