СПОСОБ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B22F7/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при восстановлении деталей электроконтактным напеканием или при нанесении покрытий на новые детали.

Известны способы электроконтактного нанесения покрытий из ферромагнитных порошковых материалов и устройства для их реализации, основанные на принудительном перемещении порошковых материалов в зону спекания по порошкопроводу за счет установки в нем шнека-дозатора, приводимого во вращение дополнительным электродвигателем, и последующего спекания с поверхностью детали под воздействием электрического тока и давления со стороны ролика-электрода.

Подобные способы не обеспечивают равномерной подачи порошковых материалов в зону спекания из-за тормозящего действия магнитного поля на ферромагнитный порошок и не обеспечивают автоматического изменения количества подаваемого порошка в зону спекания при изменении величины тока спекания.

Устройства для реализации этих способов усложняют конструкцию установки, так как требуется установка дополнительного электродвигателя и механизма управления.

Наиболее близок к изобретению по своей технической сущности находится способ электроконтактного нанесения покрытий из ферромагнитных порошковых материалов, включающий дозировку порошкового материала, транспортировку его в зону спекания, образованную деталью и роликом-электродом, путем свободной засыпки по порошкопроводу и последующее спекание.

Устройство для реализации указанного способа включает бункер-дозатор и порошкопровод с размещенными на нем электромагнитами и ролик-электрод.

Недостатком указанного способа и устройства для его реализации является то, что при перемещении ферромагнитных порошков по порошкопроводу с постоянным сечением, равным ширине ролика-электрода, наблюдается полное или частичное запирание порошкопровода из-за тормозящего действия магнитного поля тока спекания на порошок. Это в свою очередь ведет к нарушению равномерности подачи порошка в зону спекания. При использовании же порошкопровода с большей площадью сечения тормозящее действие магнитного поля может и не привести к запиранию порошкопровода, но в этом случае часть порошка не попадает в зону спекания и теряется.

Целью изобретения является исключение потерь порошкового материала при наращивании и обеспечение равномерности его подачи в зону спекания.

Это может быть достигнуто, если засыпка порошка осуществляется на нисходящий участок ролика-электрода, расположенный перед зоной спекания, с последующей транспортировкой порошка в зону спекания по ролику-электроду.

Для реализации предлагаемого способа требуется устройство, в котором бункер-дозатор устанавливается на расстоянии от ролика-электрода, определяемом из соотношения:
H (2,85-3,6) D_э, (1) где Н расстояние бункера-дозатора от ролика-электрода, мм;
D_э диаметр ролика-электрода, мм.

Порошкопровод выполнен расширяющимся в направлении подачи порошка в виде усеченной пирамиды с размерами сечений у выходного отверстия бункера-дозатора:
S₁ (1,5-2) S_бд (2) где S₁ площадь сечения порошкопровода, мм²;
S_бд площадь сечения выходного отверстия бункера-дозатора, мм². У ролика-электрода:
S₂ (0,7-2) R_э (В + 0,05), (3) где R_э радиус ролика-электрода, мм;
В ширина ролика-электрода, мм.

Причем порошкопровод выполнен с возможностью регулирования выходного сечения.

После выхода из дозирующего отверстия бункера-дозатора порошковый материал попадает в порошкопровод, чтобы не происходило запирания порошкопровода, он должен иметь величину сечения, большую площади сечения дозирующего отверстия, так как в этом случае на поток порошка будут действовать сила тяжести и сила магнитного поля (направленная в противоположную сторону), а действие силы трения порошка о стенки порошкопровода не будет или будет незначительное, потому что порошок почти не соприкасается со стенками.

По мере приближения к проводнику с током, в данном случае к ролику-электроду, будет расти величина магнитного поля, поток порошка будет тормозиться, увеличиваться в размерах, отклоняться и вновь соприкоснется со стенками порошкопровода. В этом случае действие силы магнитного поля и силы трения суммируется, порошкопровод запирается. Чтобы этого не наблюдалось сечение порошкопровода должно равномерно увеличиваться по мере приближения к ролику-электроду. Попадая на ролик-электрод, порошковый материал будет удерживаться на нем за счет действия магнитного поля тока спекания, а за счет вращения ролика-электрода перемещаться в зону спекания. Причем при изменении величины тока спекания будет изменяться и количество порошка на ролике-электроде. Таким образом за счет вращения ролика-электрода, изменения количества порошка, удерживаемого на нем магнитным полем, будет обеспечиваться равномерность подачи порошка в зону спекания при изменении величины тока спекания. Излишки порошка будут скапливаться в порошкопроводе и не теряться.

Чтобы не было запирания порошка в бункере-дозаторе, он должен находиться на таком расстоянии от проводника с током (ролика-электрода), на котором тормозящее действие магнитного поля незначительно. Это расстояние было определено экспериментально и выразилось эмпирической зависимостью (1).

Эксперименты также показали, что при величине сечения порошкопровода у бункера-дозатора в 1,5-1,8 раза больше максимальной величины выходного отверстия бункера-дозатора запирание порошкопровода в этом месте не наблюдалось. Это выражалось эмпирической зависимостью (2).

Потерь порошка не будет наблюдаться, если весь порошковый материал попадает на ролик-электрод. Это возможно если форма и размеры порошкопровода соответствуют форме и размерам ролика-электрода. Поэтому один из размеров порошкопровода, в сечении у ролика-электрода, должен быть больше ширины ролика-электрода не более чем на 0,05 мм. В противном случае часть порошка будет проскальзывать между стенками порошкопровода и роликом-электродом, т.е. один из размеров сечения должен быть В + 0,05. Второй размер этого сечения не должен превышать диаметра ролика-электрода, т.е. 2R_э, но как показали эксперименты, если он меньше 0,7R_э величины радиуса ролика-электрода, наблюдается запирание порошкопровода. С учетом этого размеры сечения порошкопровода у ролика-электрода определяются выражением (3).

Порошкопровод устанавливается таким образом, что верхняя часть ролика-электрода находится внутри порошкопровода, поэтому необходимо со стороны зоны спекания иметь в порошкопроводе сечение для выхода порошка. Размеры сечения должны обеспечивать беспрепятственный выход порошка. Размеры сечения могут регулироваться путем перемещения пластины по пазам в корпусе порошкопровода. Эта регулировка является дополнительной и необходима в том случае, если в порошкопроводе скопились излишки порошка, либо требуется уменьшить количество порошка, поступающего в зону спекания. При нормальной работе устройства пластина должна находиться в верхнем положении.

П р и м е р 1. Диаметр ролика-электрода 100 мм, ширина рабочей поверхности 5 мм, максимальные размеры выходного отверстия бункера-дозатора 12 мм.

Высоту установки бункера-дозатора определяют из выражения:
Н (2,85 4,0) D_э
Н 2,85 ˙ 100 285 мм
При меньшем значении Н наблюдается частичное или полное запирание порошка в выходном отверстии бункера-дозатора.

Размер верхнего отверстия сечения порошкопровода определяют из соотношения:
S₁ (1,5 2) S_бд
S₁ 1,5 ˙ 12 18 мм²
При меньшем значении величины сечения происходит запирание порошкопровода.

Размер сечения порошкопровода у ролика-электрода определяют из соотношения:
S₂ (0,7 2) R_э (В + 0,05)
S₂ 0,7 ˙ 50 (5 + 0,05) 35 ˙ 5,05 При меньшем размере сечения наблюдается зависание порошка у ролика-электрода.

П р и м е р 2. Ток напекания D_э 100 мм, В 5 мм. Максимальные выходные размеры отверстия бункера-дозатора 12 мм. Высоту установки бункера-дозатора определяют из выражения:
H (2,85 4,0) D_э
Н 4,0 ˙ 100 400 мм
При большей высоте установки бункера-дозатора не наблюдается запирание порошкового материала в выходном отверстии бункера-дозатора, но исходя из конструктивных соображений высоту Н не устанавливают более 400 мм. Размер сечения порошкопровода у бункера-дозатора определяют из соотношения:
S₁ (1,5 2) S_бд
S₁ 2 ˙ 12 24 мм²
При большей величине сечения наблюдается значительное рассеивание порошка в порошкопроводе, неравномерное его оседание на ролик-электрод, ухудшается качество напекаемого слоя. Размер сечения порошкопровода у ролика-электрода определяют из соотношения:
S₂ (0,7 2) R_э (B + 0,05)
S₂ 2 ˙ 60 (5 + 0,05) 100 ˙ 5,05 При увеличении размеров сечения более указанной величины наблюдаются потери порошкового материала.

П р и м е р 3. D_э 100 мм, В 5 мм. Максимальные размеры выходного отверстия бункера-дозатора 12 мм. Определяют высоту установки бункера-дозатора:
Н (2,85 4,0) D_э
Н 3,42 ˙ 100 342 мм Принимают Н 342 мм.

При такой высоте установки бункера-дозатора не наблюдается запирание порошка в его выходном отверстии.

Размер сечения порошкопровода у бункера-дозатора определяют из соотношения:
S₁ (1,5 2) S_бд
S₁ 1,75 ˙ 12 21 мм²
При таком размере сечения не наблюдается запирание порошка в бункере-дозаторе. Рассеивание порошков в порошкопроводе обеспечивает равномерное его попадание на поверхность ролика-электрода, что способствует качественному формированию покрытия. Размер сечения у ролика-электрода определяют из соотношения:
S₂ (0,7 2) R_э (В + 0,05)
S₂ 1,35 ˙ 50 ˙ (5 + 0,05) 67,5 ˙ 5,05 мм
При таких размерах сечения не происходит запирание порошка в порошкопроводе и не наблюдается его потерь при транспортировке в зону спекания.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяют получать качественные покрытия за счет равномерной подачи порошка в зону спекания и обеспечивают экономию порошкового материала за счет снижения его потерь.

Сущность изобретения: засыпку порошка осуществляют на нисходящий участок ролика-электрода, расположенный перед зоной спекания, с последующей транспортировкой порошка в зону спекания по ролику-электроду. Для реализации предлагаемого способа требуется устройство, содержащее бункер-дозатор, порошкопровод, выполненный из диэлектрического материала, ролик-электрод; бункер-дозатор устанавливается на определенном расстоянии от ролика-электрода. Порошкопровод выполнен расширяющимся в направлении подачи порошка в виде усеченной пирамиды. Причем порошкопровод выполнен с возможностью регулирования выходного сечения. 2 с.п. ф-лы.

1. Способ электроконтактного нанесения покрытий из ферромагнитных порошковых материалов, включающий дозировку порошка, транспортировку его в зону спекания, образованную деталью и роликом-электродом, путем свободной засыпки по порошкопроводу и спекание, отличающийся тем, что засыпку порошка осуществляют на нисходящий участок ролика-электрода, расположенный перед зоной спекания, с последующей транспортировкой порошка в зону спекания по ролику-электроду. 2. Устройство для электроконтактного нанесения покрытий из ферромагнитных порошковых материалов, содержащее бункер-дозатор, порошкопровод, выполненный из диэлектрического материала, ролик-электрод, отличающееся тем, что бункер-дозатор установлен от ролика-электрода на расстоянии, определяемом из соотношения
H (2,85 4,0) D_э,
где D_э диаметр ролика-электрода,
порошкопровод выполнен расширяющимся в направлении подачи порошка в виде усеченной пирамиды с размером сечения у выходного отверстия бункера-дозатора
S₁= (1,5-2)ρ_б.д,
где ρ_б.д площадь сечения выходного отверстия бункера-дозатора у ролика-электрода:
ρ₂= (0,7-2)·R_э·(B+0,05),
где R_э радиус ролика-электрода;
B ширина ролика-электрода,
причем порошкопровод выполнен с возможностью регулирования выходного сечения.