ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭКСЦЕНТРИКОВОГО ВАЛА ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫМ НАПЫЛЕНИЕМ

Один из основных движущих элементов конструкции щековой дробилки – эксцентриковый вал. Его вращение обеспечивает качание движущейся щеки и дробление материала. Это надежная высокопрочная деталь из стали, создаваемая с четким соблюдением технологии и заданной геометрии. Вал эксцентриковый для дробилок обеспечивает надежность и долговечность конструкции.

У эксцентрикового вала щековой дробилки износу подвержены цапфы под коренные и шатунные подшипники. Учитывая высокие металлоемкость и стоимость эксцентриковых валов, данные детали, износ которых превышает допустимый, целесообразно не заменять, а восстанавливать. Как показывает практика, себестоимость восстановления подобных деталей не превышает 50-60 % стоимости от стоимости новых, а материалов на ремонт расходуется в 20-25 раз меньше, чем на изготовление.

Одним из способов восстановления эксцентрикового вала газотермическим нанесением покрытия выступает плазменное напыление. Плазменное напыление основано на том, что напыляемый материал нагревается струей плазмы, имеющей высокую температуру, до жидкого или квазипластического состояния и транспортирования его к подложке, в качестве которой выступает восстанавливаемая поверхность изношенной детали, в результате чего на последней образуется слой покрытия.

При восстановлении деталей машин плазменным напылением используют напыляемые материалы в виде порошка, порошковой проволоки или проволоки сплошного сечения. Наиболее широкое распространение получило напыление порошковыми материалами. Схема плазменного напыления, при котором в качестве напыляемого материала используется порошок, представлена на рисунке 1. В плазмотроне, состоящем из охлаждаемого водой катодного узла, представленного катодом 2 и корпусом 3, а также анодного узла, между анодом и катодом с помощью источника постоянного сварочного тока 9 возбуждается электрическая дуга 8. Через патрубок 1 поступает плазмообразующий газ, который, проходя через электрическую дугу, ионизируется и переходит в состояние низкотемпературной плазмы. Напыляемый порошковый материал подают из питателя 6 с помощью транспортирующего газа, поступающего по патрубку 7.

Температура плазменной струи на выходе из сопла может достигать 5000-5500 °C при скорости истечения порядка 1000-3000 м/с. В струе низкотемпературной плазмы частицы порошка оплавляются и начинают двигаться со скоростью 50-500 м/с. Скорость частиц порошка в плазменной струе зависит от их размера, напыляемого материала, силы сварочного тока, вида плазмообразующего газа и его расхода и, кроме того, определяется конструкцией плазмотрона. В различных конструкциях плазмотронов предусматривается ввод порошка в плазменную струю или непосредственно в сопло, или ниже среза сопла, или на срез сопла.  Достоинством плазменного напыления, выгодно отличающего данный технологический процесс от наплавки, является относительно незначительный нагрев напыляемых деталей, который не превышает 100-200 °C и не ведет к изменению структуры и физико-механических свойств основного металла эксцентрикового вала дробилки.

Рисунок 1. Схема плазменного напыления порошком

Производительность плазменного напыления достаточно высока и составляет 3-80 кг/ч в зависимости от мощности применяемого оборудования.

Напыленное покрытие представляет собой нагромождение отдельных частиц и характеризуется высокой неоднородностью физико-механических свойств. Частицы покрытия удерживаются на подложке за счет сил механического сцепления, диффузии и взаимного растворения напыленного материала и основного металла. Прочность сцепления нанесенного покрытия с основным металлом относительно невысока и обычно составляет 10-50 МПа при испытаниях на отрыв. Тем не менее, в условиях спокойных нагрузок при наличии обильной смазки напыленное покрытие хорошо работает на сжатие и сдвиг, что в значительной степени объясняется пористостью покрытия, его способностью впитывать большой объем смазки и отдавать ее под нагрузкой.

Толщина покрытия при плазменном напылении теоретически не ограничена, но с увеличением толщины напыленного слоя в последнем увеличиваются внутренние напряжения, которые стремятся оторвать покрытие от основного металла. По этой причине на практике редко наносят покрытия с толщиной, превышающей 1 мм. При небольшой толщине покрытия основную нагрузку несет основной металл, в то время как материал покрытия придает поверхности восстановленной детали повышенную твердость, и, следовательно, износостойкость.

В качестве плазмообразующих и транспортирующих газов чаще всего применяют аргон, азот, водород, гелий, углекислый газ, а также их смеси.

Напыляемым мате­риалом, альтернативным порошковому, но при плазменном напылении реже применяемому является проволока. В отличие от порошка, проволока может быть распылена только в расплавленном состоянии. Плазменное напыление с распылением проволоки может быть осуществлено как электрически нейтральной проволокой, так и проволокой-анодом. Нагрев, плавление и распыление электрически нейтральной проволоки осуществляют исключительно плазменной струей. Проволоку-анод подключают к положи­тельному выводу источника питания, в результате чего по ней протекает электрический ток. Нагрев и плавление проволоки-анода происходят преимуществен­но за счет выделения тепла в анодном пятне, плазменная струя в данном случае выполняет преимущественно функции распыления и транспортирования распыленного материала к подложке.

Рисунок 2. Схема плазменно-дугового напыления покрытий проволокой

На рисунке 2 приведена схема плазменно-дугового напыления покрытий проволокой-анодом с одновременной механической зачисткой напыленных слоев. Напыление осуществляют послойно с толщиной каждого слоя в диапазоне 0,05-0,10 мм. Каждый слой обрабатывается вращающейся металлической щеткой. Непрерывная зачистка поверхностного слоя основы и напыляемых слоев, производящаяся одновременно с на­пылением, обеспечивает более надежное сцепление слоев между собой, что, в свою очередь, создает благоприятные условия для напыления покрытий, имеющих тощину до 15-20 мм.

Прочность на отрыв напыленного таким образом покрытия обычно несколько больше, чем при напылении порошковым материалом и составляет 40-55 МПа. Производительность процесса напыления проволокой существенно меньше и составляет 2-10 кг/ч.

После плазменного напыления для получения точности размеров и качества поверхности, заданных чертежом, эксцентриковый вал дробилки подвергают чистовой механической обработке, как правило заключающейся в шлифовании, которое ведется с обязательной подачей в зону резания смазывающе-охлаждающей жидкости.

Список литературы:

1. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Маши­ностроение, 1989. 304 с.
2. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностной лазерной обра­ботки.  М.: Высшая школа, 1987. 191 с.
3. Лащенко Г.И. Плазменное упрочнение и напыление. - Киев: Екотехнологiя, 2003. 65 с.
4. Лещинский А.К. Плазменное поверхностное упрочнение. / Лещинский А.К., Самотугин С.С., Пирч И.И., Комар В.И. Киев: Технiка, 1990. 110 с.
5. Харламов Ю.А., Борисов Ю.С. Влияние микрорельефа поверхности на прочность сцепления с газотермическими покрытиями // Автоматиче­ская сварка. – 2001. – №6. – С. 19-26