Введение 4
Глава 1. Аналитический обзор по теме выпускной работы 6
1.1. Современные технологические линии и комплексы оборудования в производстве плазменного напыления с использованием порошков сложного состава 6
1.2 Обзор литературных источников 12
Глава 2. Технологический раздел 38
2.1 Описание технологической схемы плазменного напыления с
использованием порошков сложного состава 38
2.2 Описание устройства и работы установки плазменного напыления
использованием порошков сложного состава 41
Глава 3. Конструкторская разработка плазматрона для установки плазменного напыления 47
3.1 Выбор плазмообразующего газа 47
3.2 Расчет рабочих параметров и геометрческих размеров плазмотрона.... 51
3.3 Расчет системы охлаждения 54
3.3.1. Расчёт охлаждения катода 54
3.3.2 Расчёт охлаждения анода 60
3.4 Выбор источника питания 67
Глава 4. Монтаж, эксплуатация, ремонт установки плазменного напыления 70
Заключение 74
Список литературы 75
Плазменное напыление все чаще внедряется в производство, что связано с расширяющимся объёмом использования в современном машиностроительном производстве за счет универсальности. Применение плазменных процессов позволяет существенно увеличить скорость производства продукции за счет широкого спектра возможностей автоматизации процесса. Среди прогрессивных технологий, эффективность которых основана на многократном повышении надежности и долговечности деталей машин, механизмов и оборудования с покрытиями, одно из главных мест занимает плазменное напыление. Сущность процесса плазменного напыления состоит в нанесении покрытия из расплавленного присадочного порошкового или проволочного материала на металлическую поверхность с использованием в качестве источника нагрева сжатой дуги, горящей между электродом плазмотрона и изделием. Основной целью плазменного напыления является изготовление новых деталей и изделий со специальными износо- и коррозионностойкими свойствами поверхности, а также восстановление размеров изношенных и бракованных деталей за счет нанесения покрытий, обладающих высокой плотностью и прочностью сцепления с изделием, работающих в условиях высоких динамических, знакопеременных нагрузок, подверженных абразивному, коррозионному, высокотемпературному или иному воздействию. Присадочный материал выбирается, прежде всего, с учетом условий эксплуатации рабочих поверхностей напыляемых деталей. От свойств основного и напыляемого материала, сечения, габаритов и конфигурации обрабатываемых изделий и ряда других факторов зависит выбор оптимального технологического процесса и режима напыления.
Как в отечественных, так и в зарубежных установках плазменного напыления широко используются электродуговые плазмотроны постоянного тока. Именно этот тип плазмотронов реализует высокую концентрацию тепловой энергии в объёме напылительной струи, обеспечивает стабильность
параметров плазменной струи, а также обладает простой и удобной в эксплуатации схемой электропитания. Способ и место ввода напыляемого порошка в струю является одной из наиболее важных конструктивных особенностей плазмотронов. Теоретические расчёты показали, что кольцевой ввод порошка в струю плазмы позволяет в несколько раз увеличить эффективность нагрева и ускорения частиц [ 1, 2].
На сегодняшний день почти вся трудоемкая работа выполняется механизмами, которые при длительной эксплуатации подвергаются изнашиванию, износ поверхностей часто требует полной замены детали, что приводит к удорожанию производства. Также с помощью напыления мы можем получить особые свойства поверхностей, например, теплоустойчивую или же высокотвердую поверхность.
Существующее плазменное оборудование (например, установка УПН- 303), как правило, ориентировано на наплавку материалов с нестрого нормируемыми свойствами, слоями большой толщины. Использование такого оборудования для изготовления изделий ответственного назначения, имеющих относительно небольшие габариты (клапана, валы, изделия автомобильной промышленности и др.), наплавляемых дорогими сплавами, как правило - на ограниченные поверхности, невозможно. При этом обычно среди требований к аппаратуре превалирует не высокая производител ьность процесса, а необходимость получения стабильной высококачественного напыления за один проход даже в тонких слоях.
Целью работы является разработка устройства для расширения технологических возможностей производства и повышение качества поверхностей металлических деталей в производстве плазменного напыления с использованием порошков сложного состава.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы был изучен процесс плазменного напыления, проведен патентный поиск и анализ современных установок плазменного напыления.
Во второй части работы приведена обобщенная схема процесса плазменного напыления покрытий. Разработано устройство установки плазменного напыления с использованием порошков сложной структуры и описана его работа.
Сделан выбор плазмообразующего газа. Сделать предположение о целесообразности использования аргона в качестве рабочего газа на первоначальном этапе внедрения плазменного напыления. Стоит отметить, что в целях экономии можно будет применить систему регулирования состава рабочего газа, в результате которой плазмотрон может работать не только на аргоне, но и на азоте и их смеси, что уменьшит эксплуатационные расходы. Проведен расчет рабочих параметров и геометрических размеров плазмотрона. Получены следующие характеристики: напряжение дуги - 173 В, сила тока - 124 А, тепловой КПД - 55,2%. Мощность рассчитанного плазмотрона составляет 21,45 кВт. Так же рассчитана система охлаждения катода и анода.
На основе полученных характеристик выбран источника питания серии «Плазма-3» для питания плазменной дуги, выпускаемый Запорожским заводом. Они являются регулируемыми стабилизированными нереверсивными специализированными источниками выпрямленного тока для питания плазмотронов.
В заключение представлены монтаж, эксплуатация, ремонт технологического оборудования, разрабатываемого в выпускной работе.
