Применение индукционно-металлургического способа для наплавки валов. Технологический процесс непрерывно-последовательной наплавки

5 Применение индукционно-металлургического

способа для наплавки валов

Предлагаем произвести замену технологии наплавки валов. Применяемую в настоящее время автоматическую вибродуговую наплавку,  заменим на более современную наплавку индуктивно-металлургическим способом.

Индукционноя наплавка заключается в нанесении слоя твердого сплава заданной толщины и химического состава на изнашиваемые поверхности деталей. Процесс основан на микрометаллургическом процессе плавления шихтовых материалов за счет тепловой энергии, получаемой с поверхности упрочняемой детали при нагреве ее токами высокой частоты.

Перед наплавкой на поверхность заготовки в зоне упрочнения наносится слой порошковой шихты определенной толщины. Затем упрочняемая зона детали нагревается индуктором высокочастотной установки до полного расплавления шихты. При этом сплав и флюсы переходят в жидкое состояние. Более легкие составляющие шихты – флюсы – всплывают на поверхность и образуют защитную корку, предохраняющую жидкий металл то окисления и  угара компонентов сплава. При этом наплавленный слой получается плотным, с небольшим количеством неметаллических включений, усадочных и других раковин.

В качестве основного энергетического оборудования для наплавки деталей используются тиристорные высокочастотные генераторы с частотой 440 кГц. Индуктор для нагрева детали при наплавке подбирают экспериментальным путем индивидуально под каждый профиль заготовки. Для выполнения технологических операций предусмотрены специализированные рабочие столы и манипуляторы.

Технологический процесс непрерывно-последовательной наплавки включает следующие операции:

− очистка деталей от масла, ржавчины, толстого слоя окалины, влаги;

− загрузка деталей в накопитель;

− подача деталей из накопителя и перемещение по технологическим позициям;

− нанесение наплавочной шихты на рабочие поверхности деталей;

− нагрев деталей в индукторе до расплавления шихты;

− кристаллизация расплава;

− посстановка наплавленных деталей в транспортную тару;

− контроль внешнего вида на наличие участков не расплавившейся шихты и затеков расплавленного сплава;

− контроль размеров наплавленной зоны.

Произведем расчеты основных параметров процесса наплавки вала тягового генератора в месте посадки внутреннего кольца роликоподшипника.  

Потребность сплава на программу, кг

,                                  (5.1)

где                   − коэффициент, учитывающий потери при переработке, ;

  − объем наплавляемого сплава, см³ ;

  − плотность твердого сплава, кг/см³;  кг/см³ [15];

  − программа наплавляемых валов, шт.; принимаем   секций.

При этом учитываем, что наплавку будут проходить все валы тяговых генераторов и 70% валов тяговых двигателей.

Получаем шт.

Объем наплавляемого слоя определяется по формуле

,                               (5.2)

где      − ширина наплавляемой части вала, см; см [15];

 − диаметр вала после наплавки, см; см [15];

 − диаметр вала до наплавки, см; см [15].

см³,

 кг.

Потребность флюса на программу, кг

,                                  (5.3)

где  − содержание флюса в наплавочной шихте, %;  для грануляции          

0,2 − 0,4 мм %.

 кг.

Потребность компонентов флюса, кг

,                                   (5.4)

где   − содержание компонентов флюса, %;

 − коэффициент выхода флюса; для плавленого флюса .

Потребность кислоты борной

 кг.

Потребность буры

 кг.

Потребность силикагеля

 кг.

Время наплавки, с

,                             (5.5)

где  − коэффициент, зависящий от грануляции порошка и состава флюса;

;

 − толщина наплавляемого участка, мм; мм;

  − длина наплавляемого участка, мм;  мм;

 − длина активной части индуктора, мм; мм.

 с.

Рассчитаем время наплавки для вала тягового электродвигателя в месте посадки колец роликовых подшипников со стороны коллектора и со стороны противоположной коллектору

 с,

 с.

масса основного металла, кг

,                                     (5.6)

где   − объем вала в месте наплавки, м³;

 − плотность металла вала, кг/см³;  кг/см³.

,                                    (5.7)

где  − ширина вала в месте наплавки, см; см.

 см³,

 кг.

масса наплавляемого слоя, кг

                                                         ,                                     (5.8)

 кг.

Потребная мощность генератора

,                               (5.9)

где   − коэффициент, учитывающий теплопередачу в теле детали,  [15];

 − КПД нагрева; .

 кВт.

Производительность наплавочных работ, кг/ч

,                                (5.10)

 кг/ч.

Производительность наплавочных работ, шт./ч

,                                 (5.11)

где  − коэффициент загрузки оборудования,  [15].

 шт./ч.

Потребное количество оборудования для наплавки

,                                (5.12)

где  − годовой фонд рабочего времени оборудования, ч; для 2007 года

ч.

 шт.

Принимаем один наплавочный аппарат с высокочастотным генератором мощностью 28 кВт.