СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК B22F7/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к индукционно-металлургическим способам восстановления и упрочнения внутренних поверхностей цилиндрических деталей и узлов.

Известен способ центробежной отливки гильз (см. книгу "Промышленное применение токов высокой частоты", труды ВНИИ ТВЧ, выпуск 9, 1968 г. стр. 49/, заключающийся в том, что гильзу в зависимости от размеров вращают со скоростью 900 1000 об/мин, подвергают нагреву в высокочастотном индукторе до температуры 800 1000^oC. Предварительно в проточку гильзы автоматически вводится флюс, и одновременно с нагревом гильзы в индукционной печи расплавляется мерная заготовка пирезиста. Как только гильза нагревается до 900 1000^oC, а пирезист до 1400 1450^oC, производится заливка проточки гильзы. Под воздействием центробежных сил расплав пирезиста тонким равномерным слоем распределяется по кольцевой проточке и сваривается с металлом гильзы.

Недостатком известного способа является сложность процесса, т.к. для наплавки металл должен быть в жидком состоянии, что требует непростой системы его подвода и дополнительных источников нагрева.

Кроме того, ввиду того, что невозможно осуществлять контроль за регулированием температуры, сложно добиться хорошего сплавления металла и заданных параметров, что приводит к низкому качеству наплавляемого слоя.

Известно устройство для автоматической электродуговой центробежной наплавки внутренней поверхности цилиндрических изделий /см. а.с. N 625861, кл. B 23 K 9/04, Б. 36, 1978 г./, содержащее механизмы вращения заготовки, перемещения дуги и дозатор флюса или шихты.

Однако, недостатком электродуговой центробежной наплавки является проплавление основного металла при ИМС 10% а при электродуговой может быть не менее 20%
При этом технологические свойства электродуговой наплавки более жесткие по температурным режимам и зоне термического влияния, что способствует выгоранию легкоплавких составляющих шихты (Ni, Cr, B, C, Ca, Na).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ заливки биметаллических втулок с использованием индукционного нагрева токами высокой частоты /см. книгу "Промышленное применение токов высокой частоты", ЛОНИТОМАШ, книга 30, МАШГ0иЗ 1952 г. стр. 409/.

Процесс заливки сводится к следующим операциям:
подготовка стального стакана: протравление, промывка в воде, обезжиривание, при заливке бронзой вводят дополнительные операции: покрытие насыщенным раствором буры и просушка при температуре 105 110^oC,
установка втулки на одну из торцевых стенок и заглушка металла в виде стружки 10 15 мм, предварительно отмагниченной;
собранная в шайбах или грибках стволка укрепляется на установке в индукторе;
пуск мотора, приводящего во вращение втулку, производится или одновременно с включением установки ТВЧ (параллельный/ режим или после установки ТВЧ /последовательный/ режим.

охлаждение втулок после заливки производится до 500^o во время вращения на центробежной машине, а затем после разборки на воздухе.

Недостатком способа является то, что, помещая втулку во внутрь индуктора /кольцевого цилиндрического/, производят сквозной нагрев детали, от которой плавится шихта. В результате происходит перегрев металла, большой расход электроэнергии, но наплавлять на внутреннюю поверхность втулки из легкоплавкого материала, более тугоплавкие для нанесения защитных покрытий невозможно, это значительно сужает технологические возможности индукционной наплавки.

Кроме того, длительность протекания процесса влияет на его производительность.

Цель изобретения заключается в расширении технологических возможностей индукционной наплавки за счет нанесения на легкоплавкий основной материал тугоплавких покрытий.

Согласно изобретению в способе индукционной наплавки внутренних поверхностей цилиндрических изделий, включающем дозированную подачу шихты внутрь изделия, его вращение и индукционный нагрев до расплавления шихты, индуктор вводят во внутрь изделия, нагрев осуществляют путем продвижения индуктора внутрь цилиндрической заготовки вдоль ее образующей, при этом проводят предварительный нагрев, расплавление и зонную очистку шихты за счет регламентированной величины зазора между основным металлом и шихтой, создавая посредством электромагнитного поля тока высокой частоты условия диффузии и вымешивания тугоплавкой шихты, имеющей более высокие теплофизические свойства относительно основного металла.

В установке для осуществления способа, содержащей центробежную машину, дозатор подачи порошковой смеси и индуктор одностороннего действия, согласно изобретению индуктор выполнен конусообразным в виде шести последовательно соединенных полувитков, каждая пара которых имеет одинаковый радиус при условии, что
R₁ < R₂ < R₃,
где R₁ радиус полувитков на конце индуктора;
R₂ радиус полувитков в средней части индуктора;
R₃ радиус полувитков у основания индуктора;
а расстояние между полувитками каждой пары индуктора выполнено одинаковым.

Кроме того, в установке для индукционной наплавки, осуществляющей этот способ, индуктор выполнен конусообразным, радиусы полувитков которого определены из условия R₁ < R₂ < R₃, а расстояние между витками находится в прямой зависимости от плотности тока в зоне наплавочной ванны.

На фиг. 1 изображена установка для осуществления способа индукционной наплавки внутренних поверхностей цилиндрических изделий; на фиг. 2 выноска I фиг. 1; на фиг. 3 схема способа наплавки в соответствии с разными радиусами витков индуктора; на фиг. 4 индуктор для осуществления способа наплавки.

Установка для реализации способа индукционной наплавки внутренних поверхностей цилиндрических изделий, типа втулок 1 (см. фиг. 1) состоит из патрона 2 центробежной машины /на чертеже не показано/ и индуктора 3 одностороннего действия.

Индуктор выполнен конусообразным в виде 6 последовательно соединенных полувитков, причем каждый из двух парных полувитков имеют один радиус, но выполняются условия, что R₁ < R₂ < R₃ /см. фиг. 3, 4/. Расстояние между витками H определяется за счет реализации наплавочной ванны заданной плотностью тока.

Способ осуществляется по следующей технологии.

Предварительно готовят шихтовой материал и наплавочную шихту 4. Затем берут заготовку втулку 1, центрируют и крепят в патроне 2 центробежной машины /см. фиг. 1/. Заполняют дозатор шихтой, включают привод вращения втулки 1 и вводят дозатор с шихтой внутрь заготовки. Наносят шихту на последнюю, поворачивая дозатор на 180^o в сторону вращения заготовки. За счет центробежных сил дозирования наплавочная шихта 4 удерживается около стенок втулки. Далее вводят дозатор. Включают индуктор 3 одностороннего действия при следующих режимах, приведенных в табл. 1.

Индуктор 3, имеющий диаметры полувитков разного диаметра, вводят во внутрь втулки 1. Благодаря разным радиусам полувитков, первая пара просушивает шихту на толщину насыпки h₁ и производит предварительный подогрев. Вторая пара полувитков расплавляет шихту с учетом 1/3 ее усадки h₂ и нагревает основной металл втулки /гильзы до оплавления/. Третья пара полувитков за счет уменьшенного зазора между индуктором и основным металлом h₃ с учетом 2/3 усадки шихты, производит окончательную очистку наплавляемого металла и, разбивая окисную пленку, сплавляет с основным металлом изнутри. /см. фиг. 2/. Это осуществляется благодаря диффузии и вымешиванию порошкового материала электромагнитным полем.

Таким образом, перемещая индуктор вдоль образующей цилиндрической заготовки, поэтапно осуществляют электромагнитным полем просушивание - подогрев детали, нагрев до плавления порошковой смеси.

Использование предложенного способа и установки индукционной наплавки цилиндрических изделий, позволяет осуществлять наплавку на легоплавкие материалы тугоплавкие, повышая тем самым технологические возможности индукционной сварки за счет оплавления основного материала изнутри, разбивая окисную пленку и создавая условия диффузии и вымешивания ЭМП порошкового материала с основным, что позволяет получать защитную поверхность деталей с заданными служебными характеристиками.

Предложенный способ может быть применен для упрочнения втулок шарнирных узлов цилиндрического типа, гильз двигателей внутреннего сгорания, тормозных барабанов цилиндрического порядка, сальниковых уплотнений насосов и защитных служебных покрытий.

Способ и установка для индукционной наплавки внутренних поверхностей цилиндрических изделий заключается в том, что специальным индуктором, выполненным конусообразным, создаются условия нагрева, оплавления и зоной очистки наплавляемого материала за счет реализации наплавочной ванны с заданной плотностью тока I = 2 - 3 а/мм², устанавливаемой в зависимости от H-расстояния между витками индуктора одностороннего действия. Благодаря способу и конструкции установки возможно осуществлять индукционную наплавку путем нанесения на легкоплавкие основные материалы тугоплавких покрытий. 2 с.п. ф-лы, 1 табл. 4 ил.

1. Способ индукционной наплавки внутренних поверхностей цилиндрических изделий, включающий дозированную подачу шихты внутрь изделия, его вращение и индукционный нагрев до расплавления шихты, отличающийся тем, что индуктор вводят во внутрь изделия, а нагрев осуществляют путем продвижения индуктора внутрь цилиндрической заготовки вдоль ее образующей, при этом проводят предварительный нагрев, расплавление и зонную очистку шихты за счет регламентированной величины зазора между основным металлом и шихтой, создавая посредством электромагнитного поля тока высокой частоты условия диффузии и вымешивания тугоплавкой шихты, имеющей более высокие теплофизические свойства относительно основного металла. 2. Установка для индукционной наплавки внутренних поверхностей цилиндрических изделий, содержащее центробежную машину, дозатор подачи порошковой смеси и индуктор одностороннего действия, отличающаяся тем, что индуктор выполнен конусообразным в виде шести последовательно соединенных полувитков, каждая пара которых имеет одинаковый радиус при условии, что
R₁ < R₂ < R₃,
где R₁ радиус полувитков на конце индуктора;
R₂ радиус полувитков в средней части индуктора;
R₃ радиус полувитков у основания индуктора,
а расстояние между полувитками каждой пары индуктора выполнено одинаковым.