СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК C23C4/16 C23C4/18 F16J10/04 

Изобретение касается способа термического напыления для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность цилиндра двигателя внутреннего сгорания или поршневой машины.

Форсунки для термического напыления известны из уровня техники и применяются для нанесения покрытия на поверхности. Например, известен способ PTWA- (Plasma Transferred Wire Arc Spraying (англ. напыление плазмой, передающейся проводной дугой)) или RSW- (Rotating Single Wire (англ. вращающимся электродом)), с помощью которого в автомобильной промышленности наносится покрытие на рабочие поверхности отверстий цилиндров в двигателях внутреннего сгорания. Для этого к распылительной форсунке посредством устройства подачи подводится проволока, частицы которой в потоке газа напыляются на внутреннюю поверхность цилиндров.

Для достижения неизменного качества процесса нанесения покрытия необходимо контролировать его результаты. Это важно, в частности, так как последующий процесс хонингования очень чувствительно реагирует на неравномерности, которые могут возникать вследствие процесса термического нанесения покрытия на цилиндр двигателя внутреннего сгорания или поршневой машины. Таким образом, важно распознавать дефектную деталь и в необходимом случае подвергать дополнительной обработке.

До сих пор качество процесса термического напыления контролировался работником путем визуального осмотра снабженной покрытием рабочей поверхности цилиндра.

Задачей изобретения является предоставить способ термического напыления для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность цилиндра двигателя внутреннего сгорания или поршневой машины, который позволит упростить контроль результата процесса нанесения покрытия.

Решение этой задачи осуществляется в соответствии с изобретением с помощью признаков п.1 формулы изобретения.

Способ термического напыления покрытия на внутреннюю поверхность цилиндра двигателя внутреннего сгорания или поршневой машины включает в себя следующие шаги.

На внутреннюю поверхность цилиндра наносится термически напыляемый слой. Это может осуществляться, например, с применением известного из уровня техники способа PTWA/RSW.

В соответствии с изобретением регистрируют частицы распыляемого материала в контролируемой области за пределами распыляемой среды оптическим сенсорным устройством. Это оптическое сенсорное устройство регистрирует, таким образом, пространство за пределами распыляемой струи. Если в области, которая контролируется оптическим сенсорным устройством, за пределами распыляемой струи обнаруживаются частицы распыляемого материала, который подводится к распылительной форсунке, предполагается ошибка в процессе нанесения покрытия и дефектная деталь подвергается дополнительной обработке.

Благодаря предлагаемому изобретением применению оптического сенсорного устройства могут, таким образом, автоматически распознаваться ошибки в процессе нанесения покрытия, так что контроль качества процесса нанесения покрытия человеком может отсутствовать. В соответствии с изобретением контролируется не непосредственно снабженная покрытием поверхность, а окружающая область распыляемой струи, а именно, пространство за пределами распыляемой струи. Если частицы распыляемого материала находятся за пределами распыляемой струи, их размер и/или другие параметры превышает заданное пороговое значение, делается вывод, что в процессе нанесения покрытия возникли неравномерности. Например, может случиться, что проволока, которая подводится к распылительной форсунке в качестве распыляемого материала, оплавляется неравномерно, и поэтому более крупные куски проволоки за пределами распыляемой струи летят через кабину для нанесения покрытия. Такие частицы могут обнаруживаться с помощью предлагаемого изобретением оптического сенсорного устройства.

Предпочтительно контролировать параметры, такие как, напр., размер, частота нахождения, интенсивность света, скорость полета и/или кривая полета зарегистрированных за пределами распыляемой струи частиц распыляемого материала. Если эти параметры превышают определенные пороговые значения, в процессе нанесения покрытия предполагается ошибка. Названные параметры могут аналитически оцениваться программными алгоритмами или фильтрами, так что при этом может делаться заключение о качестве процесса нанесения покрытия. Например, может контролироваться суммированная площадь всех зарегистрированных за пределами распыляемой струи частиц распыляемого материала, которые предпочтительно превышают определенный размер. Если эта суммированная площадь частиц превышает заданное предельное значение, в процессе нанесения покрытия может предполагаться ошибка. Далее, например, может контролироваться характер изменения одного из названных значений путем нахождения математической производной этого значения. Например, так может контролироваться увеличение площади частиц, увеличение частоты нахождения зарегистрированных частиц, и пр. Если эта производная превышает заданное пороговое значение, может тоже делаться вывод об ошибке в процессе нанесения покрытия.

Кроме того, например, с помощью программных алгоритмов может учитываться длина брызг, количество брызг, траектория их полета или их размер (например, в виде двухмерной поверхности, если применяется только одна камера). От этих величин также могут находиться производные, так чтобы обнаруживалось, например, увеличение площади. Если найденный подъем или производная превышает некоторое пороговое значение, может тоже делаться вывод об ошибке в процессе нанесения покрытия.

Предпочтительно, чтобы оптическое сенсорное устройство для обнаружения частиц распыляемого материала контролировало область за пределами цилиндра над верхней поверхностью основания цилиндра. Таким образом, если частицы распыляемого материала, например, раскаленные куски проволоки, летят из цилиндра, на который должно наноситься покрытие, из его верхнего отверстия, они могут обнаруживаться оптическим сенсорным устройством. При расположении оптического сенсорного устройства над цилиндром возможна особенно простая конструкция устройства, так как оптическое сенсорное устройство не обязательно должно вводиться в цилиндр.

Предпочтительно, чтобы оптическое сенсорное устройство представляло собой камеру.

В другом предпочтительном варианте осуществления оптическое сенсорное устройство может представлять собой лазерный сенсор.

Изобретение касается также форсунки для термического напыления для нанесения термически напыляемого слоя на внутреннюю поверхность двигателя внутреннего сгорания или поршневой машины. Предлагаемое изобретением устройство может иметь все признаки, которые описывались в связи с предлагаемым изобретением способом, и наоборот.

Предлагаемая изобретением форсунка для термического напыления включает в себя оптическое сенсорное устройство для регистрации и контролирования параметров частиц распыляемого материала в области, расположенной за пределами распыляемой струи. При этом речь может идти, например, о камере или лазерном сенсоре.

Предпочтительно, чтобы оптическое сенсорное устройство для обнаружения частиц распыляемого материала, которые вылетают из верхнего отверстия цилиндра, было ориентировано на область над верхней поверхностью основания цилиндра.

Ниже один из предпочтительных вариантов осуществления изобретения поясняется с помощью фигуры.

На фиг.1 показан цилиндр 10 не изображенного двигателя внутреннего сгорания или поршневой машины, на который с помощью форсунки 11 для термического напыления наносится покрытие. Для этого к форсунке 11 для термического напыления с помощью не изображенного устройства подвода проволоки подводится проволока 14. Форсунка 11 для термического напыления напыляет покрытие в виде распыляемой струи 13 на внутреннюю поверхность 26 цилиндра 10, так что на нее наносится покрытие 24. В соответствии с изобретением оптическим сенсорным устройством 12 контролируется область 15 за пределами распыляемой струи 13 для обнаружения частиц 16 распыляемого материала 14 за пределами распыляемой струи 13. Они могут находиться, например, как изображено на фиг.1, над верхней поверхностью 17 основания цилиндра 10 и регистрироваться камерой 12. Если частицы 16 обнаруживаются, может делаться вывод об ошибке в процессе нанесения покрытия, так что деталь, на которую должно наноситься покрытие, может подвергаться дополнительной обработке.

Изобретение относится к способу термического напыления и устройству для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность (24) цилиндра (10) двигателя внутреннего сгорания или поршневой машины. Способ термического напыления покрытия на внутреннюю поверхность (24) цилиндра (10) двигателя внутреннего сгорания или поршневой машины включает нанесение термически напыляемого слоя (24) на внутреннюю поверхность (26) цилиндра (10), осуществление в процессе нанесения слоя с помощью оптического сенсорного устройства (12) регистрации частиц распыляемого материала (14) в контролируемой области (15), расположенной за пределами распыляемой струи (13), при этом если в контролируемой области (15) за пределами распыляемой струи (13) обнаруживают частицы распыляемого материала (14), параметры которых превышают их заданное пороговое значение, то предполагают, что в процессе нанесения покрытия произошла ошибка и упомянутый цилиндр подвергают дополнительной обработке. Форсунка (11) для термического напыления покрытия содержит оптическое сенсорное устройство (12) для регистрации и контролирования параметров частиц распыляемого материала (14) в области (15), расположенной за пределами распыляемой струи (13), которое ориентировано на область (15) над верхней поверхностью (17) основания упомянутого цилиндра (10). Изобретение направлено на упрощение контроля нанесения покрытия. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ термического напыления покрытия на внутреннюю поверхность (24) цилиндра (10) двигателя внутреннего сгорания или поршневой машины, включающий:

- нанесение термически напыляемого слоя (24) на внутреннюю поверхность (26) цилиндра (10);

- осуществление в процессе нанесения слоя с помощью оптического сенсорного устройства (12) регистрации частиц распыляемого материала (14) в контролируемой области (15), расположенной за пределами распыляемой струи (13),

при этом если в контролируемой области (15) за пределами распыляемой струи (13) обнаруживают частицы распыляемого материала (14), параметры которых превышают их заданное пороговое значение, то предполагают, что в процессе нанесения покрытия произошла ошибка, и упомянутый цилиндр подвергают дополнительной обработке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе нанесения покрытия в качестве контролируемых параметров частиц (16) распыляемого материала (14), зарегистрированных за пределами распыляемой струи (13), осуществляют регистрацию размера частиц, частоту их нахождения, интенсивность света, скорость полета и/или кривую полета и ее длину или математическую производную указанных величин, или суммарную площадь всех зарегистрированных за пределами распыляемой струи (13) частиц (16).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что с помощью оптического сенсорного устройства (12) для обнаружения частиц распыляемого материала (14) контролируют область (15) за пределами цилиндра (10) над верхней поверхностью (17) его основания.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что оптическое сенсорное устройство (12) представляет собой камеру.

5. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что оптическое сенсорное устройство (12) представляет собой лазерный сенсор.

6. Форсунка (11) для термического напыления покрытия на внутреннюю поверхность (24) цилиндра (10) двигателя внутреннего сгорания или поршневой машины, отличающаяся тем, что она содержит оптическое сенсорное устройство (12) для регистрации и контролирования параметров частиц распыляемого материала (14) в области (15), расположенной за пределами распыляемой струи (13), которое ориентировано на область (15) над верхней поверхностью (17) основания упомянутого цилиндра (10).