УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ НА ВНУТРЕННИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1994 года по МПК B22F7/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к оборудованию, позволяющему получать покрытия на внутренних поверхностях изделий, имеющих форму тел вращения, и может быть использовано в процессах центробежного индукционного припекания и наплавки при изготовлении двухслойных (биметаллических) подшипников скольжения, при упрочнении деталей и их восстановлении.

Известно устройство для нанесения покрытий из металлических порошков, содержащее зажимное приспособление, соединенное с приводным валом посредством упругого элемента с регулируемой жесткостью, электропривод и источник нагрева.

Недостатком устройства является то, что оно не позволяет осуществить осевое перемещение детали относительно индуктора и производить последовательный нагрев толстостенных деталей от источника ТВЧ стандартной мощности.

Известно устройство для нанесения порошковых покрытий на внутреннюю поверхность деталей, содержащее станину с опорными стойками и направляющими, переднюю каретку с приводом вращения заготовки, заднюю каретку с механизмом упругого поджима, каждая из которых установлена с возможностью перемещения на направляющих, шпиндели с центрами, смонтированные в каретках на подшипниках качения, устройство для нагрева заготовок.

Недостатками устройства являются невысокая производительность и низкие физико-механические свойства получаемых покрытий. Это обусловлено низкой величиной активирующего центробежного давления в порошковом слое, что вызывает необходимость длительной изотермической выдержки при высоких температурах.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является установка для нанесения покрытий из металлических порошков на внутренние поверхности цилиндрических изделий, содержащая станину с направляющими, переднюю и заднюю каретки, подвижные в осевом направлении, привод вращения, источник нагрева, ведущий вал, соединенный с приводом вращения при помощи упругого элемента, возбудитель крутильных колебаний с тормозным роликом и тормозным диском, установленным на ведущем валу задней каретки. Данная установка обеспечивает наложение угловых колебаний на деталь с порошковой шихтой. Недостатком устройства является низкая надежность, что связано с износом и "старением" резинового обода тормозного диска, контактирующего с тормозным роликом в динамическом режиме.

Прерывистый характер контакта тормозного диска и тормозного ролика приводит к возникновению вибрации, представляющей собой сумму колебаний на собственных частотах и вынужденных колебаний. Наличие в спектре колебаний детали составляющих с собственными частотами приводит к искажению задаваемой (оптимальной) формы вибрационного воздействия в виде гармонических колебаний.

Кроме того, изменение физико-механических характеристик резинового обода тормозного диска в процессе эксплуатации установки приводит к изменению момента сопротивления, возникающего при взаимодействии с тормозным роликом, и, следовательно, к нарушению заданных параметров вибрационного воздействия.

Позиционирование изделия относительно индуктора, подвод и отвод изделия из зоны нагрева вызывает изменение относительного расположения кареток и станины, и, следовательно, изменение параметров динамической системы установки, что приводит к нарушению заданных параметров вибрационного воздействия на порошковый слой. При фиксации изделия вследствие наличия упругих отжатий в шпиндельных группах передней и задней кареток положение изделия относительно индуктора изменяется, что вызывает необходимость поднастройки. При этом вследствие неавтономности перемещений кареток поднастройка приводит к изменению величины хода кареток, что сказывается на величине хода осциллирующих движений изделия относительно индуктора.

Цель изобретения - повышение надежности установки и физико-механических свойств покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что в установке для нанесения покрытий из металлических порошков на внутренние поверхности цилиндрических изделий, содержащей станину с направляющими, подвижные в осевом направлении переднюю и заднюю каретки с валами и шпинделями, привод вращения, источник нагрева, ведущий вал, соединенный с приводом вращения при помощи упругого элемента, возбудитель крутильных колебаний с приводом вращения, с тормозным диском и по меньшей мере с одним тормозным роликом, установленными с возможностью вращения вокруг собственных осей, тормозной диск выполнен в виде жесткого эксцентрика, тормозной ролик закреплен на рычаге, установленном с помощью подшипника на оси, подпружинен к эксцентрику и соединен через рычаг со средством регулировки его поджатия, при этом ось рычага смонтирована с возможностью планетарного движения вокруг оси вращения эксцентрика, станина установлена с возможностью продольного перемещения, а передняя и задняя каретки - с возможностью продольного автономного перемещения, средство регулировки поджатия ролика выполнено в виде втулки, жестко закрепленной на шкиве привода возбудителя крутильных колебаний, и по меньшей мере одной крышки, установленной во втулке с возможностью поворота относительно оси вращения рычага ролика.

Такое выполнение устройства обеспечивает высокую надежность установки, так как конструкция возбудителя крутильных колебаний не содержит элементов, выполненных из быстроизнашивающегося материала. Вследствие этого износ элементов возбудителя колебаний не оказывает влияния на величину момента сопротивления, возникающего при взаимодействии тормозного диска с тормозным роликом, что обеспечивает стабильность параметров вибрационного воздействия, создаваемого возбудителем крутильных колебаний, в течение длительного периода эксплуатации установки. Вследствие обеспечения непрерывного контакта тормозного ролика и тормозного диска устраняются искажения формы вибрационного воздействия, связанные с наличием в спектре вибрации колебаний на собственных частотах. В связи с тем, что станина имеет возможность продольного перемещения при позиционировании изделия относительно индуктора, подводе и отводе изделия из зоны нагрева относительное расположение кареток и станины не изменяется, следовательно, не изменяются и параметры динамической системы установки, что обеспечивает сохранение заданных параметров вибрационного воздействия на порошковый слой при изменении положения изделия относительно индуктора. Применение автономного продольного перемещения кареток позволяет осуществить точную настройку положения изделия относительно индуктора с учетом упругих отжатий в шпиндельных группах в передней и задней кареток. В результате обеспечиваются точная настройка и сохранение величины хода осциллирующих движений изделия относительно индуктора при переналадке и изменении типоразмера изделий, что позволяет стабилизировать тепловой режим при нагреве деталей в условиях вибрационных воздействий. Таким образом, предлагаемая установка позволяет получать покрытия с высокими физико-механическими свойствами, так как обеспечивается соответствие параметров вибрации и формы вибрационного воздействия задаваемым, оптимальным параметрам гармонических колебаний на протяжении всего периода эксплуатации установки.

На фиг. 1 показана предлагаемая установка, общий вид; на фиг.2 - передняя каретка; на фиг.3 - задняя каретка и возбудитель крутильных колебаний; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3.

Установка для нанесения покрытий из металлических порошков на внутренние поверхности цилиндрических изделий содержит сварную станину 1, на направляющих 2 которой установлены передняя 3 и задняя 4 каретки. Каретки 3 и 4 имеют возможность автономного продольного перемещения относительно индуктора 5 при помощи передач винт-гайка 6 с приводом 7 от электродвигателя 8 и винт-гайка 9 с приводом 10 от электродвигателя 11. Станина, установленная на четырех симметрично расположенных колесах 12 и 13, имеет возможность продольного перемещения по направляющим 14 относительно индуктора 5 при помощи передачи 15, например винт-гайка, с приводом 16 от электродвигателя 17.

С помощью маховика 18 передней каретки 3 или маховика 19 задней каретки 4 деталь 20 с помещенной в ее внутренней полости объемной дозой металлического порошка 21 зажимается между вращающимися центрами-крышками 22 и 23 двух кареток. На кронштейне 24 передней каретки 3 смонтирован электродвигатель 25, снабженный приводом бесступенчатого регулирования скорости вращения, который через ременную передачу 26 приводит во вращение деталь 20.

Электродвигатель 27, установленный на кронштейне 28 задней каретки 4, и ременная передача 29 служат приводом вращения возбудителя крутильных колебаний, размещенного в задней каретке 4.

Шкив-маховик 30 передней каретки 3 (фиг.2) и приводной фланец 31 связаны между собой упругим элементом 32, например пружиной, которая одним концом крепится к приводному фланцу 31, а другим - в отверстии, выполненном в шкиве-маховике 30. Вращение шкиву-маховику 30, смонтированному на подшипниках 33 и 34, передается электродвигателем 25 через ременную передачу 26. Вращение ведущему валу 35, размещенному во втулке 36, установленной на подшипниках 37 и 38 в корпусе 39 передней каретки 3, передается через приводной фланец 31, установленный на шпонке 40.

Фиксация упругого элемента 32 осуществляется двумя парами симметричных выступов, выполненных на торце шкива-маховика 30 и боковой поверхности приводного фланца 31.

Возбудитель крутильных колебаний выполнен в виде двух рычагов 41 и 42, установленных на подшипниках 43 и 44, смонтированных на осях 45 и 46. Оси рычагов 41 и 42 расположены симметрично относительно оси вращения детали 20. На рычагах 41 и 42 установлены тормозные ролики 47 и 48.

Оси 45 и 46 одним концом установлены в отверстиях шкива 49, а другим - в отверстиях крышек 50 и 51, закрепленных на втулке 52, установленной на шкиве 49. Крышки 50 и 51 соединены попарно с рычагами 41 и 42 упругими элементами 53 и 54, например пружинами, которые одним концом крепятся к рычагу, а другим - в отверстиях, выполненных в крышках 50 и 51. Регулирование величины затяжки упругих элементов 53 и 54 осуществляется путем изменения углового положения крышек 50 и 51 относительно втулки 52 и фиксации этого положения винтами 55.

Вращение осей 45 и 46 относительно оси вала 56 задней каретки 4 (планетарное движение) осуществляется посредством ременной передачи 29 и электродвигателя 27 через шкив 49, установленный на подшипниках 57, 58. Вал 56 размещен во втулке 59, установленной на подшипниках 60, 61 в корпусе 62 задней каретки 4. Ролики 47 и 48 контактируют с поверхностью тормозного диска, выполненного в виде жесткого эксцентрика 63, установленного на шпонке 64 на валу 56.

Установка работает следующим образом.

Деталь 20 с размещенной в ее внутренней полости объемной дозой металлического порошка 21 закрепляется с помощью маховиков 18 и 19 в центрах 22 и 23 передней 3 и задней 4 кареток, расстояние между которыми регулируется в зависимости от длины изделия с помощью передач винт-гайка 6 и 9. Позиционирование детали 20 относительно индуктора 5, подвод и отвод детали к индуктору, осциллирующее движение детали относительно индуктора осуществляется перемещением станины 1 по направляющим 14 с помощью передачи 15 с приводом 16 от электродвигателя 17.

Электродвигатель 25, снабженный приводом бесступенчатого регулирования скорости вращения, через ременную передачу 26 передает вращение на шкив-маховик 30 и от него через упругий элемент 32 на приводной фланец 31, который, в свою очередь, передает вращение через шпонку 40 ведущему валу 35, центру-крышке 22 и детали 20.

Для периодического изменения скорости вращения детали с порошковым слоем дополнительно включается электродвигатель 27, который через ременную передачу 29 и шкив 49 передает вращение осям 45 и 46 и размещенным на них рычагам 41 и 42 относительно оси вращения детали 20. При этом подпружиненные ролики 47 и 48 обкатываются по рабочей поверхности эксцентрика 63. Вследствие наличия эксцентриситета при взаимодействии роликов 47 и 48 с поверхностью эксцентрика 63 возникает периодически изменяющийся момент сопротивления, величина которого определяется затяжкой упругих элементов 53 и 56. Переменный момент сопротивления вызывает изменение скорости вращения эксцентрика 63, жестко связанного с ним вала 56, центра-крышки 23 и детали 20.

В момент торможения угловая скорость ведущего вала 35 становится меньшей, чем угловая скорость шкива маховика 30, которая поддерживается его кинетической энергией, в результате чего упругий элемент 32, связывающий шкив-маховик 30 и приводной фланец 31, деформируется. При уменьшении момента сопротивления, обусловленного контактом роликов 47 и 48 с эксцентриком 63, деформированный упругий элемент воздействует на ведущий вал 35 и увеличивает его угловую скорость, а также скорость жестко связанной с ним детали 20 с порошком 21. Таким образом, деталь с размещенной в ее внутренней полости порошковой шихтой совершает, помимо вращательного движения вокруг своей оси, дополнительные угловые колебания.

Изменение амплитуды угловых колебаний ведущего вала 35 и жестко связанной с ним детали 20 достигается регулированием затяжки упругих элементов 53 и 54 путем изменения углового положения крышек 50 и 51 относительно втулки 52. Необходимое положение фиксируется винтами 55. Частота колебаний определяется направлением и частотой вращения осей 45 и 46 с рычагами 41 и 42 относительно оси вала 56, а также направлением и частотой вращения вала 56 с эксцентриком 63.

Предлагаемая установка позволяет повысить технологическую надежность процесса виброцентробежного нанесения порошковых покрытий за счет высокой стабильности параметров гармонического вибрационного воздействия, создаваемого возбудителем крутильных колебаний. Обеспечиваемое при этом соответствие параметров вибрации детали с порошковым слоем расчетным, "оптимальным" параметрам позволяет получать покрытия с высокими физико-механическими свойствами в течение длительного периода эксплуатации установки.

Описанная установка опробована при нанесении покрытий из порошков самофлюсующегося твердого сплава на основе никеля СНГН-60, износостойкого наплавочного сплава на основе железа ПГ-С1 и бронзы БрОФ10-1 на внутреннюю поверхность втулок диаметром 60 мм, толщиной стенки 6 мм и длиной 150 мм. Для этого в полость втулки засыпали дозу порошка, устанавливали втулку в центрах передней и задней кареток, вращали втулку вокруг собственной оси, одновременно задавали ей крутильные колебания с частотой 35 Гц и амплитудой 1,6 мм на диаметре 60 мм. При этом порошковый материал нагревали токами высокой частоты до температуры спекания. Результаты определения физико-механических свойств покрытий приведены в таблице.

Из приведенных результатов следует, что применение описанной установки обеспечивает повышение физико-механических свойств покрытий.

Сущность: установка содержит подвижную относительно источника нагрева станину, на направляющих которой установлены передняя и задняя каретки, имеющие возможность автономного продольного перемещения. Передняя каретка снабжена приводом вращения изделия. В задней каретке размещен возбудитель крутильных колебаний (ВКК), выполненный в виде жесткого эксцентрика (Э) и по меньшей мере одного подпружиненного к нему тормозного ролика (Р), размещенного на рычаге (РЧ). Ось РЧ смонтирована с возможностью планетарного движения вокруг оси вращения Э. Средство регулировки поджатия Р к Э выполнено в виде втулки, жестко закрепленной на шкиве привода ВКК и, по меньшей мере одной крышки, установленной во втулке с возможностью поворота относительно оси вращения РЧ. При взаимодействии Р с поверхностью Э возникает периодически изменяющийся момент сопротивления, вызывающий периодическое изменение скорости вращения детали, установленной в центрах передней и задней кареток. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. 1 табл.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ НА ВНУТРЕННИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, содержащая станину с направляющими, подвижные в осевом направлении переднюю и заднюю каретки с валами и шпинделями, привод вращения, источник нагрева, ведущий вал, соединенный с приводом вращения при помощи упругого элемента, возбудитель крутильных колебаний с приводом вращения, с тормозным диском и по меньшей мере с одним тормозным роликом, установленными с возможностью вращения вокруг собственных осей, отличающаяся тем, что тормозной диск выполнен в виде жесткого эксцентрика, тормозной ролик закреплен на рычаге, установленном с помощью подшипника на оси, подпружинен к эксцентрику и соединен через рычаг со средством регулировки его поджатия, при этом ось рычага смонтирована с возможностью планетарного движения вокруг оси вращения эксцентрика, а передняя и задняя каретки - с возможностью автономного продольного перемещения. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средство регулировки поджатия ролика выполнено в виде втулки, жестко закрепленной на шкиве привода возбудителя крутильных колебаний и по меньшей мере одной крышки, установленной во втулке с возможностью поворота относительно оси вращения рычага ролика.