Автоматизированная установка для плазменно-порошковой наплавки

Язык труда и переводы:
УДК:
621.791.92
Дата публикации:
27 мая 2022, 14:25
Категория:
Инновационные технологии ремонта, реновации и восстановления в машиностроении
Авторы
Аннотация:
Рассмотрена перспективность внедрения в ремонтное производство автоматизированной установки для восстановления деталей типа «вал» плазменно-порошковой наплавкой. Представлены новые технические решения в области автоматизации процесса восстановления деталей типа «вал» плазменно-порошковой наплавкой с использованием новых программных решений и компоновки оборудования. Показаны примеры успешного внедрения технологии и оборудования при восстановлении деталей импортной техники. Сделаны выводы о практической эффективности внедрения технологии и оборудования при восстановлении изношенных деталей.
Ключевые слова:
плазменно-порошковая наплавка, автоматизированная установка, деталь типа «вал», опытный образец
Основной текст труда

Введение

В настоящее время практически все отрасли промышленности России испытывают трудности с ремонтом импортной техники, в частности, с заменой изношенных деталей. Основную номенклатуру таких деталей составляют детали типа «вал», в связи с чем  разработка технологий и оборудования для выполнения восстановительного ремонта  деталей типа «вал» являются на сегодняшний день актуальными и востребованными.

Методы

На основе выполненных маркетинговых исследований  осуществлен выбор наиболее рационального метода восстановления деталей типа «вал» — плазменно-порошковая наплавка с подачей порошка снаружи плазмотрона. Данный метод обеспечивает выполнение  скоростной тонкослойной наплавки  деталей типа «вал»  с  пониженным тепловложением  в наплавляемую деталь [1]. Проанализированы возможные технологические  комбинации вариантов наплавки для составления блок-схемы работы автоматизированной установки и написания программы для программируемого логического контроллера (ПЛК). Основными задачами создания автоматизированной установки   являются:

  • разработка состава автоматизированной установки ; 
  • разработка блок-схемы и программы автоматизированной установки;  
  • изготовление и проверка  работы автоматизированной установки   на  опытном образце.

Результаты

В работах [2, 3] представлены основные принципы и технологические решения для рассматриваемой технологии плазменно-порошковой наплавки с подачей порошка снаружи плазмотрона. Необходимость и некоторые технические решения рассматриваемой технологии и оборудования представлены в работах [4, 5], в частности, для обеспечения постоянства требуемых свойств наплавленной поверхности необходима автоматизация всех параметров технологического процесса наплавки.

В зависимости от марки сплава и габаритных размеров восстанавливаемой детали в общем случае процесс наплавки необходимо проводить в два основных этапа: 1этап — прогрев детали и 2 этап — непосредственно процесс наплавки. По мощности плазменной дуги  первый этап наплавки более «щадящий»  и выполняется на режимах вращения и скорости перемещения плазмотрона отличных  от собственно процесса наплавки. Следовательно, в оборудовании необходимо предусмотреть автоматическое регулирование данных параметров для каждого этапа.

При плазменной наплавке используются плазмообразующие газы,  следовательно, в состав установки должен входить блок управления газовыми трактами, подключенный к программируемому логическому контроллеру (ПЛК) для автоматического управления процессом наплавки. Практически все конструкции плазмотронов используют охлаждающую жидкость для отвода тепла, образующегося при работе, в связи с чем, в составе установки необходимо предусмотреть систему охлаждения и выход электрического сигнала на ПЛК об исправности ее работы (датчик протока жидкости).

На основании вышеизложенного был определен следующий состав автоматизированной установки:

  1. Вращатель для установки, закрепления и вращения детали.
  2. Каретка с  плазмотроном и  узлом подачи порошка с механизмом  ее перемещения вдоль оси вращения.
  3. Плазмотрон с механизмом автоматической подачи порошка и системой позиционирования для разных диаметров детали.
  4. Сварочный источник питания плазмотрона с управлением от ПЛК.
  5. Автоматическая система подачи и проверки наличия газов.
  6. Пульт управления с сенсорной операторской панелью и ПЛК.

Работа установки в автоматическом режиме построена на многократном выполнении цикла «включение сварочного источника – выполнение прогрева детали (при необходимости) – выполнение заданного угла наплавки «заходного»  валика – выполнение наплавки заданного участка – выполнение заданного угла наплавки «концевого» валика». При выполнении наплавки изделие вращается «на сварщика»  для  лучшего контроля над качеством шва. При задании количества проходов больше одного плазмотрон возвращается в начальную точку наплавки и цикл повторяется заданное количество раз.

На основании разработанной блок-схемы была создана программа для ПЛК и схема электрическая принципиальная  автоматизированной установки  плазменно-порошковой наплавки.

В схеме предусмотрен специальный блок расширения основного программируемого логического контроллера (ПЛК) с аналоговыми выходами для задания и изменения тока прогрева и сварки в автоматическом режиме без вмешательства оператора. Управление драйверами шаговых двигателей выполняется в импульсном режиме, что позволяет точно воспроизводить заложенную оператором программу работы установки.

Проверка работы опытного образца установки  осуществлялась при наплавке детали типа «вал» из стали 45 с использованием порошка марки ФМИ-5  на следующих режимах: скорость вращения детали — 20 об/мин, ток наплавки — 200 А, расход наплавочного порошка 50–55 г/мин, суммарный расход плазмообразующего и защитного газов — 10 л/мин.

Внедрение автоматизированной установки  в производственных условиях  была проведено в Калужской МТС (г. Калуга). К основным результатам внедрения следует отметить высокую повторяемость процесса и увеличение производительности наплавки  деталей  в среднем на 50 %.

Выводы

  1. Для обеспечения постоянства требуемых свойств наплавленной поверхности необходима автоматизация всех параметров технологического процесса наплавки.
  2. Выполнена конструкторская разработка и изготовлен опытный образец автоматизированной установки для плазменно-порошковой наплавки.
  3. Проведена опытная проверка работы автоматизированной установки при наплавке детали типа «вал» на заданных режимах.
  4. Автоматизированная установка рекомендуется для серийного изготовления и внедрения.
Литература
  1. Ожегов Н.М., Слинко Д.Б., Лялякин В.П. Особенности нанесения тонкослойных покрытий плазменно-порошковой наплавкой стационарной и импульсной дугой. Сварочное производство, 2017, № 10, с. 28–33.
  2. Слинко Д.Б., Соловьев Р.Ю., Кавешник А.В. Опыт использования плазменно-порошковой наплавки при восстановлении полуосей эскалаторов метрополитена. Труды ГОСНИТИ, 2015, т. 121, с. 243–249.
  3. Сайфуллин Р.Н., Фаршатов М.Н., Наталенко В.С. Оборудование для восстановления и упрочнения деталей машин. Упрочняющие технологии и покрытия, 2013, № 12, с. 40–47.
  4. Черноиванов В.И., Лялякин В.П., Голубев И.Г. Организация и технология восстановления деталей машин. Москва, Росинформагротех, 2016, 568 с.
  5. Чавдаров А.В., Лялякин В.П., Скоропупов Д.И., Першин П.Н., Милованов Д.А. Опыт сварки варочных сосудов без прихватки. Сварочное производство, 2017, № 8, с. 39–41.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.