Затискне пристосування поворотного типу для нанесення покриттів на аеродинамічні профілі та спосіб нанесення таких покриттів

1 Затискне пристосування для кріплення деталей, на які наносять покриття, що містить несучу конструкцію, пристрій для сполучення несучої конструкції з приводом, який обертає и навколо першої осі, і касету, яка встановлюється усередину несучої конструкції і в яку поміщається деталь, на яку наносять покриття, причому ця касета охоплює деталь зі всіх боків від и основи до її вершини і сполучена з несучою конструкцією таким чином, що вона може обертатися відносно другої осі, яка по суті є паралельною першій осі 2 Затискне пристосування за п 1 , яке відрізняється тим, що у ньому несуча конструкція має дві розташовані на відстані одна від одної торцеві стінки, сполучені одна з одною щонайменше одним конструктивним елементом, і в якому пристрій, що з'єднує несучу конструкцію з приводом, який приводить и в обертання навколо першої осі, розташований на одній з цих торцевих стінок 3 Затискне пристосування за п 2, яке відрізняється тим, що у ньому торцеві стінки сполучені одна з одною кількома конструктивними елементами, які разом з торцевими стінками утворюють конструкцію, що має форму КЛІТІ, ДЛЯ розміщення касет 4 Затискне пристосування за п 1, яке відрізняється тим, що у ньому пристрій для сполучення касети з несучою конструкцією містить розташовану на торці касети цапфу, яка визначає положення другої осі 5 Затискне пристосування за п 4, яке відрізняється тим, що у ньому несуча конструкція має дві розташовані на відстані одна від одної торцеві стінки, кожна з яких має утворюючу опору сковзання втулку, в яку входить цапфа касети 6 Затискне пристосування за п 4, яке відрізняється тим, що у ньому касета має перший пристрій, який утримує в касеті перший кінець деталі, і другий пристрій, який утримує в касеті другий кінець деталі, і в якому у СТІНЦІ першого з цих пристроїв є отвір, в який входить цапфа касети, і в якому є пристрій для кріплення до цього першого пристрою цапфи касети 7 Затискне пристосування за п 6, яке відрізняється тим, що у ньому перший і другий пристрої, що утримують у касеті деталь, сполучені один з одним кількома стержнями, на одному з яких розташований захисний екран, що закриває частину встановленої в касету деталі 8 Затискне пристосування за п 4, яке відрізняється тим, що у ньому кожен з утримуючих у касеті деталь пристроїв складається з відкритого з лицьового боку тримача ВІДПОВІДНОГО КІНЦЯ деталі і знімної стінки, якою після встановлення в тримач кінця деталі закривається відкритий лицьовий бік тримача, і в якому перший і другий утримуючі в касеті деталь пристрої мають пристрій для кріплення до тримача знімної закриваючої його стінки 9 Затискне пристосування за п 1 , яке відрізняється тим, що у ньому касета складається щонайменше з двох окремих касет з кількома вміщеними в них деталями, несуча конструкція має дві розташовані на відстані одна від одної торцеві стінки і декілька конструктивних елементів, що утворюють конструкцію у формі КЛІТІ, при цьому обидві касети розташовані усередині цієї несучої конструкції, що має форму КЛІТІ 10 Затискне пристосування за п 9, яке відрізняється тим, що у ньому кожна касета складається з двох розташованих на відстані одна від одної торцевих стінок і кількох з'єднуючих їх одна з одною стержнів і в якому пристрій, що з'єднує касети з несучою конструкцією, складається з двох цапф, кожна з яких проходить через отвір в одній з торцевих стінок несучої конструкції і через отвір в одній з торцевих стінок касети і які разом визначають положення другої осі 11 Затискне пристосування за п 9, яке відрізняється тим, що у ньому кожна торцева стінка касети має перший пристрій, який утримує в касеті пе О (О СО О (О 60316 ній КІЛЬКОХ деталей, розміщення деталей щонайршии кінець деталі, і в якому кожна касета має менше в одній касеті, сполучення пристосування з другий пристрій, який утримує в касеті другий кіприводом камери, у якій на деталі наносять понець деталі і розташований на відстані від першокриття, розміщення пристосування над джерелом го пристрою та сполучений з ним, при цьому обидматеріалу, який наноситься на деталі та утворює ва ці пристрої утримують у касеті деталь таким на них покриття, обертання кожної із деталей начином, що вона може обертатися навколо своєї вколо своєї поздовжньої осі, яке відбувається при поздовжньої осі, залишаючись при цьому по суті вмиканні приводу, робота якого супроводжується паралельною джерелу матеріалу, який осаджуєтьобертанням пристосування навколо першої осі і ся на деталь і утворює на ній покриття одночасним обертаннямщонайменше однієї касе12 Затискне пристосування за п 1, яке ти навколо другої осі, яка розташована по суті павідрізняється тим, що у ньому кріплення касет до ралельно першій осі несучої конструкції виконано рознімним, а касети виконані знімними 15 Спосіб за п 14, який відрізняється тим, що у ньому стадія підготовки пристосування полягає у 13 Затискне пристосування за п 2, яке ПІДГОТОВЦІ пристосування з кількома касетами, у відрізняється тим, що у ньому для зниження його яких розміщається декілька деталей, а стадія обеваги в кожній торцевій СТІНЦІ передбачено декілька ртання деталей полягає в обертанні однієї з касет отворів навколо другої осі і одночасному обертанні другої 14 Спосіб одночасного нанесення покриття на касети навколо третьої осі, яка по суті є паралельдекілька деталей, що включає наступні стадії підною першій і другій осям готовку затискного пристосування щонайменше з однією касетою, призначеною для розміщення в Даний винахід відноситься до затискного пристосування поворотного типу, призначеного для нанесення покриттів на різноманітні деталі, зокрема на аеродинамічні профілі і лопатки промислових турбін та реактивних двигунів На аеродинамічні профілі, зокрема на лопатки промислових турбін та реактивних двигунів звичайно наносять покриття, які підвищують їхню корозійну СТІЙКІСТЬ і знижують термічну втому, а також поліпшують їхні аеродинамічні характеристики Очевидно, що для зниження витрат такі покриття доцільно наносити одночасно не на одну, а на якомога більшу КІЛЬКІСТЬ лопаток Затискні пристосування, які використовуються для нанесення покриттів на аеродинамічні профілі і лопатки методом осадження з парової (газової) фази, ВІДОМІ досить широко Звичайно такі пристосування, у яких аеродинамічні профілі нерухомо кріпляться в горизонтальному положенні, забезпечують тільки обертання профілів навколо осі горизонтального вала Недоліком таких пристосувань є погана адгезія і нерівномірна по поверхні деталі товщина покриття, що наноситься на неї ВІДОМІ також затискні пристосування, у яких деталі, на які наносять покриття, одночасно обертаються і навколо власної осі, і навколо осі вала Одне з таких пристосувань описане в патенті США 4108107 на ім'я Scheuerman Однак такі пристосування не забезпечують одержання добрих адгезійних властивостей покриттів, нанесених на основу аеродинамічного профілю і на ту його поверхню, до якої кріпиться бандаж Крім того, такі пристосування мають дуже складну двовалову конструкцію і обладнані планетарним механізмом Ще один приклад системи, призначеної для одночасного нанесення покриттів на велику КІЛЬКІСТЬ деталей, описаний у патенті США 4192253 У цій системі деталі, на які наносять покриття, поміщають у камеру для нанесення покриттів і під час нанесення покриття обертають навколо їхніх по здовжніх осей Одночасне обертання всіх вміщених у камеру деталей навколо їхніх поздовжніх осей здійснюється за рахунок кріплення кожної деталі до одного з КІНЦІВ розташованого в камері затискного пристосування, другий кінець якого сполучений з маючим складну кінематику зубчастим приводом, який налає обертання і самому пристосуванню, і кожній окремій деталі Така система, проте, не позбавляє всіх вказаних вище недоліків До цих недоліків, зокрема, відноситься конструктивна складність системи і великі витрати на и обслуговування та ремонт При цьому також слід враховувати і високу вартість готових деталей, для нанесення покриттів на які використовується така система До недоліків такої системи відноситься і порівняно низька якість покриттів, що наносяться на поверхні аеродинамічних профілів Порівняно недавно для одночасного нанесення покриттів на декілька деталей було запропоновано використовувати одне затискне пристосування модульного типу Таке пристосування описане у заявці, що спільно розглядається, на патент США 08/782398, яка озаглавлена "Modular Coating Fixture" ("Затискне пристосування для нанесень покриттів модульного типу") і була подана 13 січня 1997р на ім'я John W Menchetti та ш і права на яку передані заявнику за даною заявкою У деяких відомих способах нанесення покриттів, наприклад, при нанесеннях покриттів електронно-променевим осадженням з парової (газової) фази по лінії прямої видимості, на ті поверхні деталі, які не лежать на лінії прямої видимості джерела осаджуваного на поверхню деталі матеріалу покриття, покриття не наноситься Свого часу були зроблені спроби створити такі затискні пристосування, у яких із ЛІНІЄЮ прямої видимості джерела осаджуваного матеріалуможна було б сполучити усі поверхні деталі, на які потрібно нанести покриття Такі пристосування запропоновані, зокрема, у заявках, що спільно розглядаються, на па 60316 нього краю деталі Інші конструктивні особливості запропонованого в даному винаході затискного пристрою, а також завдання і переваги винаходу докладно розкриті в наведеному нижче описі винаходу, який ілюструється доданими до нього кресленнями, на яких ті ж самі елементи позначені однаковими позиціями Стислий опис креслень Фіг 1 - загальний вигляд запропонованого в даному винаході затискного пристосування для нанесення покриттів Фіг 2 - інший загальний вигляд зображеного на фіг 1 пристосування Фіг 3 - вигляд спереду пристосування, показаного на фіг 1 Фіг 4 - вигляд збоку пристосування, показаного на фіг 1 Фіг5А - вигляд спереду касети, використовуваної у пристосуванні, показаному на фіг 1 Фіг5Б - загальний вигляд касети, показаної на фіг5А Фіг 6 - зображення у збільшеному масштабі одного з вузлів касети, показаної на фіг 5 Фіг 7 - загальний вигляд тримачів для кріплення хвостовика і верхнього краю деталі, на яку наносять покриття Фіг 8 - вигляд спереду, частково в перетині, показаних на фіг 7 тримачів зі встановленими в них знімними стінками Фіг 9 - вигляд спереду запропонованого в даному винаході затискного пристосування для нанесення покриттів на закріплені в ньому деталі, під яким знаходиться джерело осаджуваного на деталі матеріалу Фіг 10 - загальний вигляд знімної стінки тримача, якою закривається хвостовик встановленої в тримач деталі Фіг 11 - загальний вигляд знімної стінки тримача, якою закривається верхній кінець встановленої в тримач деталі Більш прийнятний(ні) варіант(и) виконання винаходу Запропоноване в даному винаході затискне пристосування 10 для нанесення покриттів показане на фіг 1-3 Основними вузлами пристосування є несуча конструкція 12 і встановлювані в неї касети 14, у яких кріпляться деталі 15, на які під час їх обертання навколо поздовжніх осей наносять покриття Під час нанесення покриття деталі 15, зокрема аеродинамічні профілі або лопатки, цілком розміщаються усередині касет 14 Несуча конструкція 12 має дві розташовані на відстані одна від одної плоскі торцеві стінки 16 і 18 Торцеві стінки 16 і 18 сполучені одна з одною кількома поздовжніми стержнями 20 і ребрами 21 Поздовжні стержні 20 і ребра 21 можна з'єднати з торцевими стінками 16 і 18 в принципі будь-яким способом, проте найбільш прийнятним способом їх сполучення одне з одним є зварювання При необхідності ребра 21 можна виконати у вигляді однієї деталі разом з ВІДПОВІДНОЮ торцевою стінУ більш прийнятному варіанті даного винаходу кою 16, 18 Несуча конструкція 12 має також роззапропоноване в ньому затискне пристосування ташовані в и середній площині поперечні планки має дві касети, у кожній з яких кріпляться дві дета22, які з різних боків несучої конструкції кріпляться лі, на які наносять покриття Кожна касета має до поздовжніх стержнів 20 Для підвищення жорстперший пристрій для кріплення в ній хвостовика кості несучої конструкції 12 і надання їй конструкдеталі і другий пристрій для кріплення в ній верх тент США 08/813384, яка озаглавлена "Modular Coating Fixture" ("Затискне пристосування для нанесення покриттів модульного типу"), поданої 6 березня 1997р на ім'я Steven М Burns та ш , і 08/895980, яка озаглавлена "Variable Tilting Tumbler Vacuum Coating Apparatus" ("Вакуумна камера для нанесення покриттів з регулюванням кута нахилу затискного пристосування"), поданої 17 липня 1997р на ім'я Steven М Burns та ш , і права на які передані заявнику за даною заявкою Недоліком відомих затискних пристосувань, використовуваних для нанесення на деталі покриттів, є їх неуніверсальність Інакше кажучи, такі пристосування не можна використовувати для нанесення покриттів на всі аеродинамічні профілі і лопатки Тому нині усе ще залишається потреба у створенні затискних пристосувань для нанесення покриттів, які могли б полегшити процес нанесення на поверхню деталі по суті рівномірного покриття і застосування яких було б економічно вигідним Запропоноване в даному винаході затискне пристосування для нанесення покриттів відповідає всім перерахованим вище вимогам і потребам Завданням даного винаходу є створення універсального затискного пристосування поворотного типу, призначеного для нанесення покриттів на найрізноманітніші деталі Ще одним завданням даного винаходу є створення затискного пристосування зазначеного вище виду, яке дозволяє одночасно наносити покриття на декілька деталей Завданням даного винаходу є також створення затискного пристосування для нанесення покриттів зазначеного вище виду, дешевого у виготовленні і маючого конструкцію модульного типу Завданням даного винаходу є далі створення затискного пристосування для нанесення покриттів зазначеного вище виду, використання якого дозволяє одержати покриття високої якості, рівномірно нанесене на всю поверхню деталі Вищезазначені завдання вирішуються за допомогою запропонованого в даному винаході затискного пристосування для нанесення покриттів Запропоноване у даному винаході затискне пристосування має несучу конструкцію і сполучений з нею пристрій, який забезпечує можливість її обертання навколо першої осі Усередину несучої конструкції поміщається касета з однією або кількома деталями, на які наноситься покриття Для встановлення касети в несучу конструкцію використовуються цапфи, які забезпечують можливість обертання касети навколо другої осі, по суті паралельній першій осі, і, як наслідок цього, можливість обертання кожної деталі, на яку наносять покриття, навколо своєї поздовжньої осі Кожний аеродинамічний профіль кріпиться в касеті таким чином, що поверхні профілю, на які наносять покриття, розташовуються по суті паралельно джерелу осаджуваного на деталь і утворюючого на ній покриття матеріалу 60316 тивної ЦІЛІСНОСТІ КІНЦІ кожної поперечної планки 22 більш прийнятне приварити до двох поздовжніх стержнів 20 Як показано на фіг 3, до торцевої стінки 16 приварений приводний циліндричний вал 24 Вал 24, вісь якого збігається з поздовжньою віссю 26 пристосування 10, призначений для сполучення цього пристосування з приводом 27, який обертає пристосування 10 навколо його поздовжньої осі 26 Сполучення вала 24 з приводом можна виконати будь-яким відомим способом Один із можливих варіантів сполучення вала 24 з приводом описаний у заявці на патент США 08/782398 на ім'я Menchetti та ш , яка озаглавлена "Modular Coating Fixture" ("Затискне пристосування для нанесення покриттів модульного типу") і яка включена в даний опис як посилання Для підвищення жорсткості кріплення приводного вала до несучої конструкції і надання всьому пристосуванню конструктивної ЦІЛІСНОСТІ використовуються радіальні ребра 28, які приварені і до вала 24, і до торцевої стінки 16 Як показано на фіг 4, у кожній торцевій пластині 16 і 18 передбачені отвори ЗО, які знижують вагу пристосування 10 Крім того, кожна торцева стінка 16 і 18 має дві утворюючі опори сковзання втулки 32, призначення яких описано нижче На фіг 4 показано, що осі внутрішніх отворів 34 цих втулок 32 розташовані паралельно поздовжній осі 26 пристосування Окремі деталі несучої конструкції 12 можуть бути виготовлені з будь-якого матеріалу, що звичайно застосовується з такою метою Як приклад матеріалу, з якого можна виготовити усі деталі несучої конструкції, а також касети, можна назвати сплав хастелой-Х (корозійностійкий нікелевий сплав) Показана на фіг 5А і 5Б касета 14 складається з двох розташованих на деякій відстані одна від одної торцевих плоских стінок 40 і 42 і розташованого між ними в середній площині касети кільця 44 Торцеві стінки 40 і 42 і середнє кільце 44 сполучені одне з одним поздовжніми стержнями 46, які разом з торцевими стінками і кільцем утворюють конструкцію у формі КЛІТІ Поздовжні стержні 46 більш прийнятне приварити до торцевих стінок 40 і 42 і середнього кільця 44 Звичайно стержні розташовуються під кутом 120° один до одного по зовнішньому контурі касети 14 При необхідності для надання всій касеті конструктивної ЦІЛІСНОСТІ І підвищення її жорсткості можна використовувати ребра 43 жорсткості, розташовані в місцях прилягання поздовжніх стержнів 46 до стінок 40 і 42 та до кільця 44 Такі ребра 43 жорсткості більш прийнятно приварити до ВІДПОВІДНИХ поздовжніх стержнів і до торцевих стінок та розташованого в середній частині касети кільця До кожної торцевої стінки 40 і 42 кріпиться, переважно зварюванням, відкритий з лицьового боку тримач 48, у якому кріпиться перший кінець деталі 15, на яку наносять покриття, звичайно її хвостовик Цей показаний на фіг 7 і 8 тримач 48 має задню стінку 50, дві сполучені з нею бічні стінки 52 і 54 і нижню стінку 56 Стінки 50, 52, 54 і 56 утворюють гніздо, в яке вставляється перший кінець деталі 15, звичайно її хвостовик При цьому та частина деталі 15, на яку наноситься покриття, 8 виступає з тримача 48 Встановлена в тримач 48 деталь фіксується в ньому за допомогою знімної стінки 58, Ця знімна стінка має, як показано на фіг 10, отвір 60, у який входить палець 62 з виступаючим назовні кінцем Палець 62 кріпиться до однієї зі стінок тримача 48, зокрема до його нижньої стінки 56 На КІНЦІ пальця 62 є наскрізний паз 64, у який вставляється стопорний клин 66 У стопорному клині 66 виконаний отвір 67 Такий самий отвір передбачений і в розташованому на ЗОВНІШНІЙ поверхні знімної стінки 58 вушку 59 В отвір 67 клина і в отвір вушка 59 вставляється дріт (не показаний), який з'єднує стопорний кпин 66 із стінкою 58 У Касеті також є другий відкритий з лицьового боку тримач 68, у якому кріпиться другий, звичайно верхній кінець деталі 15, на яку наносять покриття Тримач 68 має таку ж конструкцію, що й тримач 48 Цей тримач має задню стінку 70, дві бічні стінки 72 і 74 і верхню стінку 76, які усі разом утворюють гніздо, в яке вставляється другий кінець деталі 15 Для кріплення другого кінця деталі в тримачі використовується знімна стінка 78, показана на фіг 11 Як і знімна стінка першого тримача, знімна стінка 78 цього тримача має отвір 80, у який входить палець 82, що кріпиться до однієї зі стінок тримача 68, переважно до його верхньої стінки 76 На КІНЦІ пальця 82 є наскрізний паз 84, у який вставляється стопорний клин 86, яким знімна стінка 78 кріпиться до тримача 68 На ЗОВНІШНІЙ поверхні знімної стінки 78 є вушко 79 з отвором невеличкого діаметра Такий самий невеличкий отвір 87 передбачений у стопорному клині 86 В отвір 87 клина і в отвір вушка 79 вставляється дріт (не показаний), який з'єднує стопорний клин 86 із знімною стінкою 78 Тримач 68 сполучений із тримачем 48 кількома сполучними елементами 88 і 90, які забезпечують можливість вільного переміщення одного тримача щодо іншого в обмежених межах КІНЦІ ЦИХ сполучних елементів 88 і 90 більш прийнятне приварити до різних стінок тримачів 48 і 68 Сполучний елемент 90 доцільно виконати вигнутим за формою однієї із кромок деталі, звичайно її задньої кромки Сполучний елемент 90 має приварений до нього або виконаний з ним за одне ціле екран 92, який перешкоджає нанесенню покриття на певну частину деталі, зокрема на и задню кромку, у якій звичайно передбачені отвори При нанесенні на деталі покриття касети 14 повинні обертатися навколо другої осі 94, яка є паралельною осі 26 Можливість такого обертання касет забезпечується наявністю на кожній касеті 14 двох цапф 96, які призначені для встановлення касети в несучу конструкцію 12 Як показано на фіг 6, кожна цапфа 96 проходить через отвір 34 відповідної втулки 32, отвір 98 однієї з торцевих стінок 40 і 42 касети і через отвір 99 тримача 48, передбачений в його нижній СТІНЦІ 56 На розташованому усередині тримача 48 КІНЦІ цапфи 96 є наскрізний паз 100, в який вставляється стопорний клин 102, що кріпить цапфу 96 до нижньої стінки 56 тримача 48 Для виймання однієї з касет 14 із несучої конструкції 12 достатньо просто вийняти з пазів цапф стопорні кпини 102 і витягти цапфи назовні через отвір 99 нижньої стінки 56 та отвори 98 торцевих стінок 40 і 42 і вийняти касету 14 із несучої конструкції через вікно між тими и стержнями 20, які не сполучені один з одним поперечною планкою 22 Як показано на фіг 4, відстань між парами верхніх і нижніх стержнів 20 досить велика і цілком дозволяє вийняти касети 14 із несучої конструкції При використанні запропонованого пристосування покриття наноситься одночасно на чотири деталі 15 - по дві у кожній касеті Кожна деталь 15 опускається в касету через вікно між и сполучними елементами 88 і 90, а перший і другий КІНЦІ деталі 15 вставляються ВІДПОВІДНО В тримачі 48 і 68 Після цього до тримачів 48 і 68 кріпляться ЗНІМНІ СТІНКИ 58 і 78, які закривають розташовані в тримачах КІНЦІ деталей Потім складене пристосування 10 за допомогою вала 24 і ВІДПОВІДНОГО сполучного пристрою (не показаний) кріпиться до приводного механізму 27 камери, у якій на встановлені в пристосування деталі наноситься покриття Під час нанесення покриття затискне пристосування 10 розташоване, як показано на фіг 9, над джерелом 104 осаджуваного на деталь матеріалу та поблизу нього Пристосування 10 приводиться в обертання навколо поздовжньої осі 26 приводним механізмом При обертанні пристосування 10 кожна з касет 14 вільно обертається навколо осі 94, положення якої визначається цапфами 96 Це 60316 10 обертання у свою чергу викликає обертання кожної деталі 15 навколо своєї поздовжньої осі Обертання пристосування 10 і касет 14 продовжується до нанесення необхідного покриття на поверхню деталей 15, що лежать на лінії прямої видимості джерела 104 осаджуваного матеріалу Запропоноване в даному винаході затискне пристосування являє собою порівняно дешеве, маюче модульну конструкцію, просте у використанні пристосування для нанесення покриттів, яке забезпечує можливість відносно рівномірного нанесення покриттів одночасно на велике число великих, маючих складну геометрію і подвійний бандаж аеродинамічних профілів або лопаток Найбільший ефект від використання запропонованого в даному винаході пристосування 10 може бути отриманий при нанесенні покриттів на лопатки турбінних двигунів, що мають подвійний бандаж Одна з переваг запропонованого в даному винаході пристосування полягає в тому, що воно дозволяє наносити покриття на деталь, яка під час нанесення на неї покриття залишається відносно паралельною джерелу осаджуваного на неї матеріалу Ще одна перевага запропонованого пристосування полягає в тому, що під час нанесення покриття різні конструктивні елементи касет і несучої конструкції надійно захищають від будь-якої механічної дії деталь, що знаходиться в пристосуванні 10 21 ФІГ.1 11 60316 12 44 20 --•21 22 28 фіг. 2 2 /0 4 J4 34 v 2 4 Фіг.З 18 Фіг.4 t/ 13 14 60316 Фіг.5а 43 43 44 42 Фіг.56 Lf 55 1 02 ФІГ.6 60316 15 /О Фіг.7 Фіг.8 17 Комп'ютерна верстка Т Чепелєва 18 60316 Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119