Để tiến hành các cơng việc về phun kim loại cần phải cĩ những trang thiết bị cơ bản sau đây: Máy phun kim loại, biến áp, máy nén khí và bình chứa, bộ phận lọc khí (ngưng tụ hơi ấm và đầu), máy tiện (khi phun kim loại cho trục) máy phun cát và buồng phun cát, buồng kín (để phun các chi tiết phẳng).
Các máy phun kim loại điện - hồ quang cĩ thể dùng nguồn xoay chiều hoặc một chiều. Trên hình vẽ dưới đây trình bày thiết bị phun kim loại điện (hình 4.12).
Hình 4.12. Sơ đồ thiết bị phun kim loại. 1. Chi tiết phun kim loại; 8. Thùng chứa; 2. Máy phun kim loại; 9. Bình lọc khí;
3. Thiết bị cuốn dây; 10. Đồng hồ đo áp suất; 4. Lưới điện ; 11. Máy biến áp; 5. Bảng điện ; 12. Ống dẫn khí nén; 6. Động cơ điện; 13. Dây dẫn từ biến áp. 7. Máy nén khí;
Quá trình cơng nghệ sửa chữa chi tiết bằng phương pháp phun kim loại gồm 3 giai đoạn chính sau đây:
1. Chuẩn bị bề mặt chi tiết trước khi phun kim loại; 2. Phun kim loại lên bề mặt chi tiết;
3. Gia cơng chi tiết sau khi phun.
1. Chuẩn bị bề mặt chi tiết trước khi phun kim loại
Đây là giai đoạn rất quan trọng, bởi vì nĩ liên quan trực tiếp tới chất lượng bám của lớp kim loại phun với kim loại cơ bản. Về các phương pháp chuẩn bị thì như đã biết, người ta dùng ren hỏng để tạo nhám bề mặt, dùng các phương pháp điện như gia cơng cơ dương cực, v.v... Các phương pháp này một mặt nâng cao được độ bền bám nhưng mặt khác lại làm giảm độ bền mỏi của chi tiết, đặc biệt đối với các chi tiết làm việc ở chế độ tải trọng đổi dấu như trục khuỷu, các gối quay, v.v...
1 2 3 5 4 10 9 8 7 6 12 13 11
Gia cơng tia lửa điện và gia cơng cơ dương cực cho phép chuẩn bị những chi tiết cĩ độ cứng bề mặt cao (tới HRC 60-61). Đối với những chi tiết cĩ độ cứng cao người ta cịn sử dụng các phương pháp điện-hồ quang và điện xung. Nhưng thí nghiệm cho thấy rằng những phương pháp này đều ảnh hưởng xấu tới giới hạn mỏi của chi tiết.
Độ nhám bề mặt chi tiết trong những phương pháp chuẩn bị bằng điện được tạo ra bởi sự phá hủy các lớp bề mặt kim loại cơ bản và tạo ra các vết lõm (rãnh) lớn hoặc nhỏ hoặc các độ lồi cĩ kích thước khác nhau, tuỳ thuộc vào chế độ gia cơng.
Chuẩn bị bề mặt chi tiết bằng phương pháp gia cơng cơ-dương cực tiến hành ở chế độ tương đối thơ ở điện áp 22-24V và dịng điện 100-150A, do đĩ ảnh hưởng nhiệt và chiều sâu ảnh hưởng của nĩ tương đối lớn. Do đĩ dù chỉ sai lệch một chút so với chế độ trên thì trên bề mặt chi tiết cũng đã cĩ thể xuất hiện các vết nứt tế vi và chúng là nguyên nhân làm giảm giới hạn mỏi của chi tiết.
Cịn đối với các phương pháp gia cơng cơ, nếu gia cơng càng thơ thì giới hạn mỏi càng thấp. Khi cĩ các độ nhấp nhơ bề mặt ở dang cắt (rạch) thì hệ số tập trung ứng suất sẽ là:
12 t , (4.27)
trong đĩ:
t - chiều cao các độ nhấp nhơ tế vi;
- bán kính làm trịn ở đáy của rãnh;
-hệ số phụ thuộc vào tỷ số của bước của các độ nhấp nhơ với chiều cao của chúng.
Đối với các bề mặt sau khi gia cơng cơ bằng cắt gọt 1 và 3 , 0 05 , 0 t
. Trong những trường hợp đĩ hệ số tập trung ứng suất là 5 , 2 5 , 1
. Từ đây thấy rõ rằng chiều cao của các độ nhấp nhơ (độ nhám) tăng lên thì làm giảm đáng kể độ bền mỏi của chi tiết làm việc ở chế độ tải trọng đổi đầu. Khi chuẩn bị chi tiết phun kim loại bằng phương pháp cắt bằng ren lỏng hệ số tập trung ứng suất cịn lớn hơn những trị số trên, vì cịn xuất hiện các độ nhấp nhơ phụ do dao cắt rung vì tầm với quả nĩ dài.
Tĩm lại, những phương pháp chuẩn bị chi tiết trên đây đều làm giảm giới hạn mỏi của chi tiết. Do vậy, các phương pháp chuẩn bị bằng gia cơng cơ, nếu độ cứng chi tiết cho phép, cần phải được thay thế bằng các kiểu lăn ép khác nhau. Chi tiết đo độ cứng bề mặt lớn nên thổi bằng bột thép. Hai phương pháp này khơng làm giảm giới hạn mỏi và độ bền bám của nĩ so với gia cơng bằng ren hỏng cũng khơng nhỏ hơn bao nhiêu.
Việc chuẩn bị bề mặt chi tiết gồm những thao tác sau đây: Làm sạch cặn bẩn, sạch gỉ và khử mỡ, tạo độ nhám bề mặt và cách ly các bề mặt khơng phun.
Việc tạo nhám, như trên đã nĩi, phải thực hiện bằng những phương pháp sau: cắt bằng ren hỏng, gia cơng bằng bột thép, gia cơng bằng điện, v.v... Gia cơng bằng bột thép là phương pháp chuẩn bị tương đối cĩ hiệu quả. Người ta dùng luồng khí
Cnsc.146
nén cĩ áp suất 5-6 kG/m2 thổi bột thép (0,8 -1,5 mm) lên bề mặt chi tiết. Bề mặt của các chi tiết hình trụ cĩ độ mịn khơng lớn trước khi tạo nhám cần phải tiện láng để đạt được hình dạng hình học đúng đắn và đảm bảo độ dầy cho phép nhỏ nhất của lớp phun.
Các bề mặt chi tiết khơng phun kim loại được bảo vệ bằng giây mịn, bằng các tơng hoặc bằng hộp kim loại. Thời gian từ lúc chuẩn bị bề mặt chi tiết đến khi phun khơng được quá 2 giờ.
Đối với các phương pháp chuẩn bị bằng gia cơng cơ, để tăng độ bền bám của lớp phủ với kim cơ bản, trên đầu mút của cổ của các trục hở nên xọc các rãnh sâu 1,5 mm, rộng 1,5-2,0 mm cách mặt đầu 1,5-2,0 mm. Đồng thời, cổ trục trước khi gia cơng bằng ren hỏng hoặc lăn ép nên tiện láng và để lại một gờ rộng 1,5 mm ở phía đầu (hình 4.13).
Hình 4.13. Sơ đồ lớp kim loại phun trên chi tiết (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. Kim loại cơ bản; 2. Lớp phủ; 3. Gờ giới hạn (gờ hạn chế).
2. Quá trình phun kim loại
Các chi tiết cĩ bề mặt trụ thì việc phun kim loại tiến hành trên máy tiện, cịn các chi tiết cĩ bề mặt phẳng thì tiến hành phun trong buồng kín.
Khi phun kim loại trên máy tiện, chi tiết được kẹp chặt trên mâm cặp (kích thước của máy tiện phải phù hợp với chiều dài chi tiết) hoặc trên tấm máy và sẽ được quay trịn. Cịn máy phun thì được dịch chuyển dọc theo chi tiết, bằng tay hoặc được cặp lên bàn dao của máy tiện nhờ đồ gá chuyên dùng. Khi phun kim loại cho các chi tiết cĩ đường kính 100-150mm bằng máy phun, chuyển động tịnh tiện của máy khoảng 10-15mm/vịng, cịn chi tiết quay với vận tốc 15-20m/phút. Khi phun kim loại cho các chi tiết cĩ kích thước bất kỳ bằng máy phun tay, vận tốc của máy phun là 1-5mm/vịng, cịn chi tiết quay với tốc độ 12-15 m/phút.
Phun kim loại cho các bề mặt bị mịn của chi tiết được tiến hành cho tới khi đạt được kích thước danh nghĩa cộng thêm với lượng dư gia cơng. Lượng dư gia cơng khi tiện láng là 0,5-1,0 mm về một phía và cho mài tiếp theo là 0,15-0,20 mm. Cịn nếu lớp phủ chỉ phải mài thì lượng dư gia cơng lấy 0,3-0,7 mm về một phía tuỳ thuộc kích thước đường kính của chi tiết.
Thời gian cơ bản cần thiết để phun kim loại cho các chi tiết hình trụ: 1 2 A A - A 1 2 3 A
k q h l d k q h l d T . . . . . 006 , 0 . . 1000 . 10 60 . . . . . , phút (4.28) trong đĩ:
d - đường kính chi tiết cần phun kim loại, cm;
l - chiều dài chi tiết cần phun, cộng với hành trình chạy quá của máy phun, cm;
h - chiều dày lớp phủ, mm;
- trọng lượng riêng của lớp phủ, g/cm3; q - năng suất máy phun, kg/giờ;
k - hệ số sử dụng hữu ích dây kim loại cĩ tính tới tổn thất kim loại khi phun.
Bảng 4.11. Chỉ dẫn về một số chế độ phun kim loại Kiểu phun kim loại Các chỉ tiêu
Điện hồ
quang Điện cao tần Hơi
Hồ quang plazma Khoảng cách từ buồng phun tới bề mặt, mm 80 -100 100 - 125 100 - 150 80 - 120 Điện áp, V 25 - 35 - - 60 - 100 Cường độ dịng điện, A 80 - 120 - - 400 Áp suất khí nén, kG/cm2 5 - 6 4 3 - 5 - Áp suất axêtilen, kG/cm2 - - 0,04 - 0,6 - Áp lực ơxy, kG/cm2 - - 2 - 4 - . Nếu d và l tính bằng m, tính bằng kg/m3 và q bằng kg/s thì: 3 10 . . . . . . k q h l d T , giây (4.29)
Trị số k phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: kiểu máy phun, chế độ phun, khoảng cách từ đầu máy phun tới chi tiết, đường kính chi tiết, v.v... Hệ số k cĩ thể lấy trong khoảng 0,70 - 0,80. Chỉ dẫn về một số chế độ phun kim loại được cho trong bảng 4.11.
3. Gia cơng chi tiết sau khi phun kim loại
Sau khi phun kim loại phải tiến hành gia cơng cơ cho chi tiết. Các lớp phủ được phun từ dây thép cĩ hàm lượng các bon dưới 0,30% cũng như phun từ kim loại màu được đem tiện láng và sau đĩ đem mài. Khi tiện dùng dao cĩ lưỡi cắt bằng hợp kim cứng như T15K6, BK6, BK8.
Các lớp phủ được phun từ dây thép cĩ hàm lượng các bon lớn hơn 0,30% thì khơng tiện mà chỉ mài. Mài với vận tốc cắt là 25-30 m/s, vận tốc quay của chi tiết là 10-12 m/phút (0,17 - 0,20 m/s), chiều sâu cắt 0,015 - 0,03mm, lượng ăn đá 5-10 mm/vịng.
Các bề mặt trụ gia cơng trên máy tiện, máy mài, các mặt phẳng gia cơng trên máy tiện hoặc bằng tay.
Cnsc.148
Trên đây ta đã xét về phun kim loại điện-hồ quang. Như đã nĩi, ngồi phương pháp này cịn cĩ các phương pháp phun kim loại khác như: phun kim loại hơi (bằng ơxy hoặc axetylen), phun kim loại điện cao tần và phun kim loại plazma-hồ quang. Về nguyên lý chúng chỉ khác nhau ở chỗ nguồn điện cung cấp để làm nĩng chảy kim loại, cịn các bước cơng nghệ khác đều tương tự. Vì khuơn khổ giáo trình cĩ hạn chúng ta khơng xét cụ thể những phương pháp đĩ ở đây.