Відновлення дверної ручки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти та науки, молоді та спорту України

Національний Технічний Університет України

«Київський Політехнічний Інститут»

Кафедра Відновлення деталей машин

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни «Основи напилення та наплавлення - 2: Основи напилення»

на тему: Технологія напилення функціонального покриття на поверхню дверної ручки

Виконав:

Студент ІІІ-го курсу ЗФ

Групи ЗВ-186

Гос І. Д.

Перевірив:

Василенко О. С.

м. Київ 2011р.

1.1 

1. Аналіз умов роботи (поверхні виробу)

Поверхня, на яку необхідно нанести покриття - дверна ручка. Дверна ручка - це один з видів дверної фурнітури, що призначений для відчинення дверей. За призначенням дверна ручка призначена для відкриття:

1. Вхідних дверей

2. Проміжних дверей

3. Спеціального призначення (аварійні виходи, протипожежні двері)

Крім того дверна ручка має виконувати ще й декоративні властивості.

Будемо вважати, що заданий завданням виріб призначений для вхідних дверей та буде працювати на відкритому повітрі при температурі -40?С…+50?С та нормальному атмосферному тиску 760 мм рт. ст. (101 325 Па).

Виріб виконаний зі сталі 3, хімічний склад якої наведений в табл.1.1.1.

Таблиця 1.1.1 Хімічний склад сталі 3 [1]

Хімічний елемент	Вміст, %
Вуглець (C)	0.14 - 0.22
Кремній (Si)	0.15 - 0.3
Марганець (Мn)	0.4 - 0.65
Нікель (Ni)	до 0.3
Сірка (S)	до 0.05
Фосфор (Р)	до 0.04
Хром (Cr)	до 0.3
Азот (N)	до 0.008
Мідь (Cu)	до 0.3
Миш'як (As)	до 0.08

Сталь 3 призначена для виготовлення несучих елементів зварних та не зварних конструкцій та деталей, що працюють при температурах від 0 до +50⁰С.

Фізичні властивості наведені в табл.1.1.2



Таблиця 1.1.2 Фізичні властивості сталі 3 [2]

Параметр	Одиниці виміру	Значення
Коефіцієнт лінійного розширення при 20?С	1/?С	11.9•10-6
Питома теплоємність при 20?С	Кал/град	0.11
Питома теплоємність плавлення	Кал/град	49
Коефіцієнт теплопровідності	Ккал/м•год•град	39
Густина сталі	Кг/м3	7.7•103
Твердість	МПа	НВ 131

Згідно ГОСТ 380-2005 сталь 3 поставляється таким сортаментом та гарантує такі механічні властивості (табл.1.1.3).

Таблиця 1.1.3 Механічні властивості сталі Ст3

Сортамент	ГОСТ	Межа міцності (ув), МПа	Межа текучості (ут), МПа	Відносне подовження (д),%
Лист товстий	14637-89	370-480	205-245	23-26
Арматура	5781-82	373	235	25
Труби	8696-74	372	245	23

2. Визначення виду спрацювання (поверхні)

Вид спрацювання дверної ручки - корозія. Корозія - це руйнування металу внаслідок хімічної чи електрохімічної взаємодії їх з корозійним середовищем [3].

Існує декілька виді корозії:

1. Хімічна корозія

2. Газова корозія

3. Електрохімічна

4. Корозія в зазорі

Чиста металева поверхня легко піддається хімічній дії середовища. Однак, якщо розпочалась корозія, то ії продукти утворюють міцно, зв'язану з металом плівку, ізолюючу поверхню від корозійного середовища, то метал одержує пасивність по відношенню до неї.

Корозія металу в тому чи іншому середовищі може проходити незалежно від того, є тертя чи ні, спільна дія корозії, навантаження і механічного спрацьовування підсилює інтенсивність руйнування поверхонь деталей. Буває, однак, випадок, коли корозія стає активною тільки завдяки тертю спряженої деталі.

Корозія не є видом спрацьовування, але може проявлятись при кавітаційному руйнуванні і фретінг - корозії.

3. Визначення технологічності деталі щодо умов нанесення покриття

Дверна ручка простої форми та легкодоступна з всіх боків при вірному розміщенні.

Конфігурація рукоятки дверної ручки має прямокутну форму зі зрізаними фасками по сторонам (R_min=2 мм) та має радіус кривизни по довжині рукоятки.

Товщина покриття не впливає на роботу конструкції та її робочі розміри, тому вона немає обмежень, але згідно завдання складає 0.1-0.2 мм.

Деталь має невеликі розміри, що робить можливим нанесення покриття в камерах з контрольованою атмосферою та використання обладнання будь-яких розмірів.

4. Вимоги до матеріалу покриття

покриття нанесення технологія поверхня

Дверна ручка працюватиме на відкритому повітрі при різних температурах та атмосферних тисках. Це збільшить вплив корозії на приповерхневі шари рукоятки дверної ручки. Тому необхідно вибрати та нанести таке покриття, що зменшить вплив корозії чи повністю її усуне.

Так як дверна ручка повинна також нести декоративний характер необхідні вимоги до шорсткості поверхні.



5. Обґрунтування та вибір матеріалу для нанесення покриття

Для того щоб обрати матеріал для нанесення покриття в розділі 1 даної курсової роботи ми визначили вимоги до матеріалу, що буде наноситись. Врахувавши їх ми можемо вибрати декілька найбільш доцільних нам матеріалів та згрупувати їх в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1 Матеріали для нанесення покриття [4]

Матеріал	Властивості покриття
	Корозійна стійкість	Декоративність
Метали	Алюміній	+	-
	Цинк	+	-
Сплави	Бронза	+	+
	Ni	+	+
Механічні суміші	Ni-Al	+	+

Проаналізувавши таблицю 2.1 можемо зупинитись на таких матеріалах:

1. Бронза

2. Ni

3. Механічна суміш Ni-Al

Для того щоб з обраних матеріалів вибрати один необхідно порівняти їх коефіцієнти лінійного розширення. Оптимальним являється той матеріал в якого різниця між коефіцієнтами лінійного розширення основного матеріалу та матеріалу, що напилятиметься буде менша 9:

З довідника [2] випишемо коефіцієнти лінійного розширення обраних матеріалів та порівняємо їх з основним (заданим) матеріалом (11.9·10^{-6 0}С^-1):

Бронза - 18.0•10^-6 °С^-1

Ni - 11.3•10^-6 °С^-1

Ni-Al- (Нікель 11; Алюміній 22.2) - 16.6•10^-6 °С^-1

Виберемо матеріал, що має мінімальну різницю в коефіцієнтах лінійного розширення. Таким є нікель.

Ni може бути представлений у вигляді порошку.

Температура плавлення нікелю 1453°С.

6. Розробка маршрутної технології підготовчих робіт (вибір технологічних процесів підготовки поверхні під нанесення покриття)

Перед нанесенням покриття важливу роль відіграють також підготовчі операції, такі як:

1. Миття деталі

2. Механічна обробка

3. Знежирення поверхні

4. Екранування

5. Активація поверхні

1. Миття деталі необхідне для усунення забруднень, іржі, мастила, продуктів корозії на поверхні деталі. Потрібно виконати миття не тільки поверхні деталі, на яку буде нанесення покриття, а й ділянки, що прилягають до них (для запобігання перенесення забруднень на поверхню на яку буде нанесене покриття).

Для миття деталі використаємо черкаський комплекс.

2. Попередня механічна обробка необхідна для усунення концентраторів напружень та надання необхідної конфігурації деталі.

В нашому випадку, так як покриття буде нанесено тільки на рукоятку дверної ручки необхідно точити всі гострі кути перетину лицьової поверхні з іншими поверхнями. Один з варіантів такої механічної обробки представлений на рис. 3.1.



Рис. 3.1. Усунення концентраторів напруження рукоятки дверної ручки

Такого можна досягнути використанням токарно-гвинторізного верстату 16К20.

7. Знежирення поверхні відбувається після механічної обробки для усунення частин металу, що були усунені в процесі обробки

Для цього доцільно використовувати миючий засіб - їдкий натрій. Параметри його застосування наведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1. Параметри застосування їдкого натрію [4]

Характер забруднення	-	Робочі консерваційні мастила, жирові забруднення
Матеріал	марка	Сталь3
Масова частка розчину	Кг/м3	5-15
Температура обробки	оС	60-80
Тривалість	хв	3-20

3. Екранування застосовується для захисту поверхні, що не підлягає напиленню. Напилення буде проведене на лицьову поверхню дверної ручки, тому необхідно захистити всі інші поверхні деталі. Для цього доцільно використати пластичний компаунд на силіконовій основі (Максблок, Праксейр, США). Він являється доцільним тому що дверна ручка не прямої, а складної форми, а пластичний компаунд забезпечує захист поверхонь будь-якої форми. Він забезпечує захист поверхонь при температурі до 480 ^оС.[5]

Рис. 3.2 Схема захисту поверхонь дверної ручки, що не піддаються напиленню

4. Активація поверхні необхідна для полегшення прилипання часток, що будуть напилені та усунення продуктів корозії, що можуть утворитися в процесі простою деталей на складі чи на шляху до дільниці напилення. Найпоширеніше використовують механічну активацію абразивно-струменевою підготовкою. Вона проводиться для матеріалів, що мають HRC 40, що в даному випадку не підходить для нашого матеріалу в якого HRC ?10 (НВ 131) . В такому випадку використовують термічну активацію - попереднє підігрівання. При цьому поверхня нагрівається до температури Т= 50-180 ^оС на повітрі малопотужним струменем плазми.

Після успішного виконання всіх операцій заготовки транспортують до дільниці напилення.

8. Визначення способу нанесення покриття

Для нанесення нікелю в вигляді порошку на поверхню рукоятки дверної ручки зі сталі 3 необхідно вибрати всі можливі способи нанесення покриття для порошків. Порівняємо вибрані методи табл..4.1



Таблиця 4.1 Параметри методів для нанесення порошків [4]

Параметр	Методи газотермічного напилення покриття
	Електро дугове напилення	Газопо-луменеве напилення	Плазмове напилення	Детонаційне напилення	Газоди-намічне напилення
Матеріал (порошок)	-	+	+	+	+
Товщина покриття, мм	0,5...2.5 max 6,0	0,5...5,0 max 10,0	0,05...5 max 10,0	0,1...0,3 max 0,5	від 0,25*
Продуктивність, кг/год	2...50	1...10	3...11; 11...25	0,1...1,5	3…15
Міцність зчеплення, МПа	до 48 (>15)	до 50 (>10)	до 50 (>15)	до 100 (>30)	40…80
Пористість, %	5...15	10...15	5...10	до 0,5...1,5	3…7
Коефіцієнт використання матеріалу (КВМ)	0,8...0,95	0,8...0,95	0,7...0,9	0,3...0,6	0,7…0,9

З перелічених в таблиці 4.1 ми можемо відразу відкинути електродугове напилення, так як ним неможливе виконання напилення порошків.

З параметру товщини покриття не підходять газополуменеве та газодинамічне напилення.

Залишаються плазмове та детонаційне напилення. Проаналізуємо ці способи: КВМ в плазмовому способі є більший за КВМ при детонаційному напиленні, однак пористість плазмового способу є більшою (5..10%) в порівнянні з 0.5…1.5% при детонаційному. Міцність щеплення при детонаційному способі (до 100 МПа) є більшою плазмового способу (до 50 МПа). Враховуємо і серійність виробу, тобто оцінимо продуктивність кожного процесу: при детонаційному продуктивність до 15 кг/год , а при плазмовому до 25 кг/год.

Врахувавши всі чинники вище, з таблиці 4.1. раціональнішим є плазмовий метод напилення. Так як напилюємо нікель ми можемо використовувати окислююче середовище (повітря або кисень).

9. Розробка операційного, технологічного процесу нанесення покриття

До технологічних параметрів процесу плазмового напилення покриття відноситься:

- напруга на дузі , В та сила струму , А, які визначають потужність дуги ;

- вид та витрати плазмоутворюючого газу _, ;

- масові витрати порошку , кг/год або діаметр дроту , мм та швидкість його подачі м/с;

- витрати транспортуючого газу, ;

- дистанція напилення ;

- швидкість відносного переміщення плазмотрону відносно виробу , м/хв або мм/об;

- число обертів циліндричної деталі , об/хв;

- тиск газів, Р, МПа;

- грануляція порошку, С, мкм.

Для плазмового напилення використовують порошки грануляцією від 10 до 200 мкм. Звичайна швидкість витрат порошку становить 0,25...2,00 г/с.

Параметри плазмового напилення наведені в табл..5.1.



Таблиця 5.1. Режими плазмово-дугового напилення покриття при використанні суміші стислого повітря з природним газом (пропан-бутаном) при роботі на установці “Київ-7” [4]

Напилюваний порошок	Струм, А	Напруга, В	Витрати газів,	Дистанція напилення, мм
			Повітря	Природний газ	Пропан- бутан
Бронза	240	210	4,5...5,0	0,3...0,5	0,11...0,15	150...180
ХВС-7	290	250	3,5...9,0	1,4...1,5	0,35...0,45	210
ПН70Х17С4Р4	300	245...250	8,5...9,0	1,4...1,5	0,35...0,45	290...300
Оксид алюмінію (глинозем ГА85)	300	210...215	4,5...5,0	0,11...0,16	0,3...0,5	290...300

Наведені параметри потребують уточнення для конкретних умов їх використання з урахуванням конструкції плазмотрону, технологічних можливостей установки та властивостей напилюваного матеріалу.

Для пошуку оптимального режиму газотермічного напилення необхідно використовувати методи планування експерименту.

10. Процес нанесення покриття

Рис.5.1

Встановити плазмотрон в позицію П1 (L1=d/2). Встановити параметри напилення:

- Струм 250 А;

- Напруга 250 В;

- Тиск:

1. Повітря 0.5-0.6 МПа.

2. Природний газ 0,2...0,3 МПа

- Дистанція напилення 290 мм;

Здійснити запуск (V=0.005 м/с). Здійснювати напилення до переходу плазмотрона в позицію 2 (L2=L+d/2). Вимкнути плазмотрон (V=0 мм/с).

Перемістити плазмотрон з позиції 2 в позицію 1 (швидкість V=0.1м/с).

L- довжина деталі, мм

L1- відстань від осі плазмотрону до початку деталі.

L2 - відстань від початку деталі до середини осі плазмотрону.

11. Визначення технологічного обладнання для нанесення покриття. Обґрунтування та вибір

Для плазмового напилення існують стаціонарні установки, найпоширеніші наведені в таблиці 6.1.

Таблиця 6.1 Технічні характеристики установок для плазмового напилення [4]

Характеристики установок	УМП-6	УМП-7	Київ-7	УН102	УПУ-8
Продуктивність , кг/год	Порошок керамічний	0,5...4,5	5	10		5
	Металічний	1...7	12	25		20
	Композиційний	1...7	7		10...15
Робочий газ	азот	N, Ar, He, бінарні суміші	ст.повітря+С3Н8	N, Ar	N, Ar
Потужність , кВт	плазмотрона	28	30	80	70	40
	установки		50	100	127	120
Витрати, м3/год	газу плазмоутвор.	4	3		3...6,3	1,8...2,9
	повітря			3,9...12
	природ.газу			0,1...2
	води	0,21	0,21			1,44
Тиск, МПа	газу плазмоутвор.	0,4	0,35		-	-
	Повітря			0,5...0,6	-	-
	природ.газу			0,2...0,3
	води	0,25...0,5	0,35		-	-
Маса установки в комплекті, кг	1200	870	1150	1150	2100

З таблиці 6.1 виберемо установку Київ-7, яка використовує стиснуте повітря та пропан, так як недоцільно використовувати інертні гази інших установок.

Установка Київ-7 комплектувалась напівавтоматом 15В-Б. В разі необхідності можлива заміна напівавтомату 15В-Б на 3201П.

Таблиця 6.2 Технічні характеристики напівавтомату для напилення 15В-Б [5]

Параметр	Значення
Розмір деталей, мм	63-1500х4016
Маса деталей, кг	250
Швидкість переміщення плазмотрона, м/с: - Вздовж осі шпинделя - Поперек осі	0.002-0.1 0.004-0.18
Габарити напівавтомата, мм	3850х5900х2500
Маса напівавтомату, кг	4200

Рис. 6.1 Схема напівавтомату 15В-Б

1- Блок живлення

2- Блок живлення порошками

3- Пульт керування

4- Шкаф керування

12. Визначення основних технологічних процесів фінішної обробки виробу (поверхні)

Для покращення властивостей напиленого шару часто проводять оплавлення.

Оплавлення - застосовують для самофлюсующих покриттів з нікелевих сплавів. Виконують шляхом обробки покриття прямою дією малопотужного плазмового струменя.

Під час оплавлення відбувається:

- Зниження шорсткості поверхневого шару

- Зниження пористості (близька до 0)

- Підвищує міцність щеплення покриття з основою

Кінцева механічна обробка виконується ручною шліфмашиною. Після КМО виконується контроль розмірів поверхні, яка повинна складати 0.1-0.2 мм.

Размещено на Allbest.ru

...