Металла

Установка и оборудование

Накатка самоцентрирующими роликами наплавляемого металла схематически изображена на рис. 4.1. Деталь 1 закрепляют в центрах токарного станка. Накатные ролики 2 шарнирно укреплены в подвиж­ных державках, расположенных на дополнительной каретке суппорта. Эти ролики можно перемещать вдоль и поперек детали. С наплавлен­ного металла, при помощи резца <5, удаляется шлаковая корка, на чис­тый от шлака участок наплавленной детали подводят накатные роли­ки и обжимают еще не остывший металл. Теплота, полученная от сва-

рочной дуги и давления роликов, используется для пластического фор­мообразования и упрочняющей обработки наплавленного слоя.

Создано устройство для совмещения в одной технологической схеме процесса наплавки детали, удаления шлаковой корки с наплав­ленного слоя и ППД самоцентрирующими накатными роликами. Оно крепится на суппорте токарного станка. Использованы универ­сальный наплавочный автомат ГМВК-2У и токарный станок 16К20. Источник питания — преобразователь ПСГ-500.

Ролик изготовлен из стали марки ШХ15 (У 10, У12). Ширина ро­лика 12…16 мм, профильный радиус 6…8 мм. Ролик имеет цилинд­рический поясок 6…8 мм. Рабочая поверхность ролика обработана до 10 класса шероховатости и закалена до твердости HRC 60…65. Для накатывания можно применять ролик с профилем, очерченным по радиусу, а также ролики с цилиндрическим пояском. Ролики ра­диусного профиля более удобны в эксплуатации: они не требуют точной установки. Для обеспечения более высокого класса шеро­ховатости наплавленной поверхности применяют ролики с цилиндрическим пояском шириной до 10…12 мм и с контурным ра­диусом до 50…75 мм и более. Ролики с цилиндрическими поясками на рабочей поверхности позволяют увеличить продольную подачу при накатывании детали в процессе ее наплавки, но требуют тща­тельной выверки при установке. Шероховатость у роликов должна быть на 1-2 класса ниже, чем у накатываемой детали. Радиальное биение роликов допускается не более 0,03 мм. Превышение этого допуска ведет к волнистости накатываемой поверхности.

Технологический процесс наплавки детали с упрочняюще-сглажи- вающей накаткой ролика схематически показан на рис. 4.2. При ав­томатической наплавке деталь 1, закрепленная в центрах токарного станка, вращается. Наплавленный металл 5, наносимый проволокой через мундштук 2 наплавочного автомата, очищается резцом шла­коудаляющего устройства; обжимается упрочняющим роликом 4, имеющим профильный радиус, с усилием Р|, необходимым для на­клёпа на заданную глубину. При дальнейшем вращении детали уп­рочненный металл подвергается чистовой обработке сглаживающим роликом 5, имеющим цилиндрический поясок, с усилием Р2> необ­ходимым для обеспечения высокого класса шероховатости наплав­ленной поверхности. Упрочняющий ролик смещен относительно сглаживающего в направлении их движения на шаг наплавки (/г).

Рис. 4.2. Схема наплавки с упрочняюще-сглаживающей накаткой роликами

У накатного устройства упрочняющие и сглаживающие державки с расположенными в них роликами имеют индивидуальные винтовые приводы для создания необходимых усилий накатки Р и Р2.

Устройство для подачи и удержания флюса в зоне сварочной дуги обеспечивает надежную защиту ванны расплавленного металла и исключает потери флюса.

Устройство позволяет наплавлять ступенчатые цилиндрические детали без остановки, получать качественный слой наплавленного металла без пор и раковин.

Работа шлакоудаляющего устройства показала, что шлаковая корка снимается хорошо и полностью, что существенно влияет на качественное формирование наплавленного металла. Применение установки при наплавке под флюсом цилиндрических деталей дает возможность механизировать процесс удаления шлаковой корки, улучшает условия работы сварщика, позволяет более внимательно следить за контрольными приборами и качеством наплавки.

Температура наплавленного металла в зоне пластической

деформации роликами

Температуру в зоне деформации /-го наплавленного валика (рис. 43), с учетом приращения температуры от предшествующих валиков, в про­цессе наплавки удобно оценивать выражением

где Tq— начальная температура материала детали, °С; г-1

1 а — сумма приращения температур в точках А2(В2),

А3(В3),…А,, ,1+1(В._71+1), … A^Bj) в начальном положении за соответствующие отрезки времени г2, /3,… °С;

Тн в — приращение температуры в рассматриваемой точке А^В^) непосред­ственно от наплавленного валика, °С;

t — время, после которого наплавленный валик попадает в зону деформации, с; л — количество валиков, наплавленных до г-го; і — порядковый номер наплавленного валика.

Так как все точки зоны деформации AjA^B-B^ расположены на одинаковом расстоянии от образующей перемещения сварочной дуги вдоль цилиндрической детали (рис. 4.3), то Тн в для любого наплав­ленного валика будет равна температуре первого валика (7д ) в зоне

деформации. Оно определится применительно к наплавке толсто­стенных или сплошных цилиндров. Выражение (4.1) дает возмож­ность определить температуру металла в зоне деформации в момент его наплавки.

По мере горения сварочной дуги вводимая ею теплота постепен­но прогревает металл детали. Температура ранее наплавленного ме­талла повышается по мере наплавки последующих валиков от на­чальной температуры Tq до температуры предельного состояния Тпр. Принимая во внимание предпосылку, что температура предель­ного состояния наплавленной детали в зоне деформации равна тем­пературе последнего наплавленного валика, температуру по длине детали в момент прекращения действия сварочной дуги можно оп­ределить по формуле

где m — общее количество наплавленных валиков {m = LiS^, шт;

L — длина наплавляемой поверхности детали, мм;

SH — шаг наплавки, мм/об детали.

Температуру любой точки наплавленного металла в зоне дефор­мации детали сразу после прекращения действия сварочной дуги можно определить по формуле

где — коэффициент теплонасыщения определяемой точки в зоне дефор — /

мации. Его определяли в зависимости от безразмерных критериев расстояния

PAj = VoRa,/2 ивРемени ХД ~ Vq 1 а /4 > ™е Г0 =5н/10п

і — время одного оборота наплавляемой детали;

Яд — Fq/д — расстояние от рассматриваемой точки до оси последнего

/ і

наплавленного валика;

* А — интервал времени наплавки от рассматриваемой точки до последне — /

го валика.

На рис. 4.4 показаны графики распределения температуры на — плавленного металла в зоне дефор — мации. Деталь диаметром 60 мм, длиной 120 мм, из стали марки 45 наплавлена проволокой марки Св-08Г2С диаметром 1,8 мм под флюсом АН-348А, Наплавка про­изводилась на режиме, обеспечи­вающем хорошее формирование наплавленного валика: I = 200 А; U = 26 В; SH = 3,5 мм/об детали; лд = 2,5 мин-1; VH = 0,75 см/с. На деталь наплавляли девять валиков.

Опытное распределение темпе­ратуры наплавленного металла в зоне его накатки роликами произ­водили с помощью хромель-алюме — левых термопар ТХА. Спай термо­пары зачеканивался в заклепку ди­аметром 5 мм из стали марки 45. Заклепки запрессовывались в от­верстие тела детали вдоль ее по­верхности. Свободные концы тер­мопар выводились по центральному отверстию детали к регистрирую­щему прибору (осциллограф Н-700). На поверхности детали температуру наплавленных валиков можно измерять термощупом, к контактной поверхности которого крепится термопара ТХА. Свободные концы термопары подключаются к регистрирующему прибору. Градуи­ровка рабочих термопар, совместно с регистрирующими приборами, производится методом сличения их термоЭДС с эталонной платино — родий-платиновой термопарой в интервале температур 100.. .1200 °С.

Анализируя опытные и расчетные кривые распределения темпе­ратур наплавленного металла в зоне деформации (см. рис. 4.4), не­обходимо отметить хорошую сходимость результатов. Расхождение составляет 25. ..60 °С. Для определения температуры на поверхнос­ти наплавленных деталей в зоне их деформации трудоемкие экспе­риментальные исследования можно заменить расчетами, которые, как показывает практика, дают весьма точные результаты.