Отличительной особенностью разработанной нами установки заключается в том, что блок инициирования плазмы выполнен в виде детонационной камеры. Это несколько упрощает процесс тем, что не требуется использование осцилляторов, блоков поджига и др. Эффективным методом повышения плотности энергии является осуществление детонации горючей газовой смеси в реакционной камере, где наведено электрическое поле.
Прохождение электрического тока через фронт детонационной волны приводит к нагреву и ускорению ионизированных продуктов сгорания. Нам удалось решить важнейшую задачу по созданию таких устройств. На выходе из плазматрона мы имеем импульсную струю плазмы, имеющей скорость (до 8 км/с) и температуру (до 20000 К). Устройство обеспечивает не только управление плотностью энергии импульса в больших пределах, но и ввод в плазму различных легирующих элементов (W, Mo, Cr, Ti, V, Al, Cu, №, C и др).
Ввод в импульсную струю плазмы порошковых материалов, обеспечивает их нагрев и ускорение свыше 1000 м/с. В конечном итоге, это обеспечивает формирование на поверхности изделий высококачественных нанокристаллических слоев и покрытий, (рис. 2).
Основными предпосылками использования импульсно-плазменного плазматрона являются:
- высокая плотность энергии в зоне обработки и возможность ее плавной регулировки;
- кратковременность и локальность воздействия, ограничивающая зону термического влияния;
- простота генерирования импульсных плазменных струй и возможность вести бесконтактную обработку сложных поверхностей;
- возможность автоматизации процесса обработки;
- возможность осуществления газо-термического нанесения покрытий.
Обработка рабочей поверхности инструмента и изделий импульсной плазмой позволяет обеспечить высокую износо-, тепло- и противозадирную стойкость рабочей поверхности в сочетании с прочностью изделия. Кроме того, это позволяет снизить расход легирующих элементов (Cr, W, Mo, Сo, Ni, V, Cu, Al) и удовлетворить требования к физико-механическим свойствам изделий, применяемых в современном машиностроении.
Технология и оборудование импульсно-плазменной обработки отличается универсальностью и гибкостью, (рис. 3). С ее применением возможно решить проблемы по повышению износостойкости, коррозионной стойкости, жаропрочности, антифрикционности, эрозионной стойкости и т. д. на изделиях, имеющих различную конфигурацию и вес.
Импульсно-плазменная технология обеспечивает положительный эффект упрочнения практически всех металлических сплавов и материалов порошковой металлургии.
Технологию и оборудование можно применять для изменения свойств поверхности новых изделий, а также для ремонта изношенных.
Отличительной особенностью технологического оборудования, по сравнению с аналогичным высокоэнергетическим (например, лазерным), является простота в обслуживание, низкая стоимость и высокая эффективность от использования электрической энергии.
Все это обеспечивает высокую эффективность от применения импульсно-плазменной технологии:
- в металлургии (для нанесения жаростойких покрытий, упрочнения режущего инструмента и прокатных валков),
- авиастроение (для нанесения покрытий на изделия из легких сплавов),
- сельском хозяйстве (упрочнение инструмента, например, ножей для резки сахарной свеклы и деталей машин),
- железнодорожном транспорте (упрочнение деталей машин и ремонте осей),
- машиностроении (упрочнение металлообрабатывающего и металлорежущего инструмента и, например, нанесение покрытий на детали гидропривода),
- добыче полезных ископаемых (нанесение коррозионно-стойких и кислотостойких покрытий),
- добыче и переработки древесины (упрочнение инструмента),
- текстильной промышленности (модифицирование поверхности деталей текстильных машин),
- пищевой промышленности (упрочнение ножей для резки свеклы, бумаги, упаковочной пленки).
Многолетние промышленные испытания и опыт внедрения технологии показал, что работоспособность изделий после импульсно-плазменного упрочнения увеличилась в 2…6 раз.
Импульсно-плазменные технологии применяют для упрочнения следующих изделий:
- металлорежущий инструмент (машиностроение);
- детали штампов и технологической оснастки (метизная промышленность);
- инструмент в металлургической промышленности (валки, ножи, пилы);
- инструмент в деревообрабатывающей, полиграфической, легкой промышленности;
- детали машин и механизмов (автомобилестроение, самолетостроение, двигателестроение и др.).
Работоспособность после модифицирования:
- ножей, фрез повышается – в 3...4 раза,
- пил из стали – в 5...6 раз,
- пил из вольфрамокобальтового твердого сплава – в 1,5...2 раза,
- матриц и пуансонов – в 3...6 раз,
- деталей машин – в 3...5 раз.
Обрабатываемые (упрочняемые) материалы:
- сплавы на основе железа;
- сплавы на основе титана;
- твердые сплавы на основе карбидов вольфрама;
- порошковые сплавы;
- сплавы на основе меди и алюминия.
Установки ИМПУЛЬС-3/4 изготавливают на базе стандартных станков для механической обработки изделий (фрезерных, токарных) и(или) на базе манипулятора для сварки.
Установка ИМПУЛЬС-5 может комплектоваться стандартным 3-хкоординатным манипулятором или роботом.
Установка УН-138М – специализированная, имеет системы защиты от шума и универсальный полуавтоматический манипулятор. Служит для упрочнения цилиндрических изделий и нанесения покрытий в условиях цеха. Предназначена для упрочнения металлообрабатывающего инструмента.
Мобильная установка МОПУС смонтирована в кузове передвижной автомастерской КМ 131 на базе вездехода ЗИЛ 130 (возможно применение других базовых конструкций). Служит для упрочнения изделий и нанесения покрытий в полевых условиях. Предназначена для упрочнения деревообрабатывающего инструмента и ножей для резки сахарной свеклы.
