Спосіб наплавлення плоских сталевих деталей

Спосіб наплавлення плоских сталевих деталей, при якому витки двовиткового кільцевого індуктора з'єднують між собою зустрічнопаралельно в протифазі по струму і магнітному потоку, наносять порошкоподібний твердий сплав на плоску сталеву деталь, притискають її двома плитами, встановлюють на її поверхні тепловий та електромагнітний екрани та нагрівають плоску сталеву деталь струмами високої частоти до температури розплавлення порошкоподібного твердого сплаву при питомій потужності у часі, який відрізняється тим, що нагрівання деталі здійснюють 3 В основу винаходу поставлено задачу розширення технологічних можливостей, та збільшення економії електроенергії при наплавленні сталевих деталей за рахунок зміни режиму нагрівання деталі, що призводить до зменшення теплових втрат в оточуюче середовище від поверхні деталі, шляхом виконання способу наплавлення сталевих деталей, при якому витки двовиткового кільцевого індуктора з'єднують між собою зустрічнопаралельно в протифазі по струму і магнітному потоку, наносять порошкоподібний твердий сплав на плоску сталеву деталь, притискають її двома плитами, встановлюють на її поверхні тепловий та електромагнітний екрани, а плоску сталеву деталь нагрівають струмами високої частоти до температури розплавлення порошкоподібного твердого сплаву при питомій потужності в часі, при цьому нагрівання деталі здійснюють за змінною питомою потужністю в часі, яка визначається за формулою: Tзд    m amt W1  e sh am де Tзд – температура, при якій плавлять порошкоподібний твердий сплав,  - теплопровідність плоскої сталевої деталі, е - основа натурального логарифма, а - температуропровідність, sh – гіперболічній синус,  - час нагрівання (наплавлення) до температури Tзд, t - значення часу в даний момент, m - безрозмірна стала величина, Bio  m= 2 = ,   де - Віо=k критерій Віо,  - товщина плоскої сталевої деталі, k - коефіцієнт, який враховує тепловіддачу з поверхні матеріалу, що наплавляють,  k ,   - коефіцієнт тепловіддачі для зносостійкого матеріалу, що наплавляють. На фіг. 1 представлена схема виконання способу, на фіг. 2 - вид А на фіг. 1, а на фіг. 3 графіки питомої потужності для нагрівання деталі і відповідно їх температури. Спосіб здійснюють наступним чином. Спочатку засипають стійкий проти спрацювання порошкоподібний твердий сплав 1 на поверхню диска 2, яка підлягає наплавленню, на відповідну товщину і ширину за допомогою окремого пристрою. Потім, за допомогою спеціального механізму, подають його на нижню плиту 3. Попередньо кільцеві витки індуктора 4 і 5 та електромагнітний екран 6, а також тепловий екран 7 відрегульовані за допомогою болта 8 на відповідну ширину зони наплавлення, яка може змінюватися для прикладу від 10…50 мм. Після цього, за допомогою пневмоприводу 9, опускають верхню притискну плиту 10, для зменшення деформації диска під час наплавлення. При подачі струмів високої частоти (СВЧ) на індуктор, (установка СВЧ на фіг. 1 не показана), нагрівають деталь питомою потужністю в часі (пряма лінія 11) з відповідними температурами 12 і 13 фіг. 3 і здій 95330 4 снюють наплавлення диска 2 по всій його робочій поверхні. З метою економії електроенергії подають питому потужність на індуктор, яка змінюється в часі (крива 14) з температурою нагрівання (крива 15) за допомогою додаткового електромеханічного пристрою який на фіг. не показаний, і визначається за формулою: Tзд    m amt W1  e sh am де Tзд - температура, при якій плавлять порошкоподібний твердий сплав,  - теплопровідність плоскої сталевої деталі, е - основа натурального логарифма, а - температуропровідність, sh - гіперболічній синус,  - час нагрівання (наплавлення) до температури Tзд, t - значення часу в даний момент, m - безрозмірна стала величина, Bio m= 2 =  ,   де - Віо=k критерій Віо,  - товщина плоскої сталевої деталі, k - коефіцієнт, який враховує тепловіддачу з поверхні матеріалу, що наплавляють,  k ,   - коефіцієнт тепловіддачі для зносостійкого матеріалу, що наплавляють. Після наплавлення відбувається вертикальне переміщення верхньої притискної плити 8 вверх і диск 3, за допомогою спеціального механізму, подається в тару для наступного оброблення, наприклад заточування. І так цикл способу повторюється. На фіг. 3 показано постійну питомої потужності об'ємних теплових джерел і температури в зоні наплавлення в залежності від часу: 11, 12 - теоретично визначені питома потужність теплових джерел і відповідно їй температура; 13 - експериментально визначена температура при такій же питомій потужності; 14, 15 - зміна питома потужність і відповідно їй температура. Наплавлення можна здійснювати одночасно по всій робочій поверхні деталі. Наприклад, наплавлення диска як при постійній питомій потужності W 2 за час 32 сек. (крива 11), так і при змінній питомій потужності за експоненціальним законом W1 також за 32 сек. крива 14. При цьому досягається економія електроенергії з використанням нового режиму нагрівання (крива 14, фіг. 3) на 1523 % в порівнянні з режимом нагрівання (крива 11, фіг. 3), в залежності від типу використання порошкоподібних твердих сплавів, які мають різну температуру плавлення і час нагрівання. Наприклад, при нагріванні диска порошкоподібним твердим сплавом на залізній основі ПГ-С1економія електроенергії складає 15 %, а при наплавленні порошкоподібним твердим сплавом на нікелевій основі ПГ-АН9 відповідно 23 %. Економія електроенергії при наплавленні деталей за змінною в часі питомою потужністю, в порівнянні з постійною питомою потужністю в часі, 5 95330 досягається за рахунок зменшення теплових втрат конвекцією в оточуюче середовище, і визначається за формулою: W  W2  2cham  1  1  100%  1    100% , W2 amsh am   де W 2 - постійна потужність в часі, яка визначається за формулою: Tзд   дт W2   1  e  amt Наприклад, при нагріванні диска з постійною Вт питомою потужністю W2  0,37  109 крива 11, м3 фіг. 3, нагрівання деталі проходить швидко і відбувається інтенсивне тепловиділення з поверхні диска з оточуючим середовищем, при цьому витрачається значна кількість електроенергії. При нагріванні деталі змінною питомою потужністю в Вт часі W 2 в початковий момент W  0,13  109 м3 Вт (крива 14, м3 фіг. 3) відбувається повільне тепловиділення тепзростає за 32 сек. до W  0,61 109 6 ла з поверхні деталі в оточуюче середовище. Як видно з графіків фіг. 3 площа, яка заштрихована під кривою 11, більша на 15 % від площі,яка заштрихована під кривою 14, при наплавленні деталі порошкоподібним твердим сплавам ПГ-С1. Необхідно відмітити що зміна питомої потужності на індукторі за розробленим авторами експоненціальним законом, здійснювалась за допомогою додаткового електромеханічного пристрою, розробленого авторами, тобто зміною анодної напруги на генераторній лампі по заданому закону за даний час. Приклад конкретного виконання способу для наплавлення плоских сталевих деталей. Дослідження проводились для диска D=210 мм, виготовленого із сталі Ст. 3, товщиною =0,004 м, наплавленого порошкоподібним твердим сплавом ПГ-С1. Товщина наплавленого металу знаходилась в межах 0,8…1,5 мм, час наплавлення складав =32 сек. Експерименти проводились на високочастотному генераторі ВЧИ-63/0,44. Температура плавлення порошкоподібного твердого сплаву ПГ-С1 (сормайт) складала 1220 °C. Таблиця Результати експериментальних досліджень наплавлення сталевих дисків (в чисельнику початкові в знаменнику кінцеві параметри генератора) Основні параметри генератора Для постійної питомої потужності в часі Для змінної питомої потужності в часі напруга на кон- анодна напрутурі, кВт га, кВ струм сітки лампи, А струм аноду лампи, А 7,5 10 1,4 4 3,1 8,5 11,5 12 0,65 1,7 2 5,5 час наплавлення, с Цей спосіб придатний для наплавлення сталевих деталей різної конфігурації, де здійснюють одночасне наплавлення по всій робочій поверхні. Застосування даного способу в техніці дасть знач 32 ний економічний ефект (економії електроенергії) для народного господарства, де використовується метод індукційного нагрівання. 7 95330 8 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 95330 Підписне 10 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601