CC BY
34Решетневские чтения. 2013
Рис. 4. Схема мультидисциплинарной оптимизации элемента изделия в пакете SIMULIA iSight
Рис. 5. Схема сборки изделия в системе DELMIA V6
Таким образом, технология ФЦМИ является новым шагом в развитии технологий управления жизненным циклом изделия, и ее внедрение на предприятиях аэрокосмического комплекса способно повысить их конкурентоспособность при реализации коммерческих проектов создания космических аппаратов.
References
1. Strium Spaceplane project brings Dassault Systèmes and EADS Innovation Works together in
partnership." available at: http://www.3ds.com/fileadmin/
Industries/Aerospace-Defense/Pdf/articles/astrium-space-
plane-project-article-aerospace-defense.pdf.
2. Functional DMU: towards experiencing behavior of mechatronic systems in DMU Dr.- Ing. André Stork Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD Fraunhoferstraße 5 64283 Darmstad. Available at: http://www.igd.fraunhofer.
© Лихачев М. В., Шантана Е. А., 2013
УДК 629.78.002.3
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО МЕТАЛЛИЗАТОРА
А. Е. Михеев, Р. В. Алякрецкий, Д. А. Микуцик, А. В. Гирн
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: ankain-romario@yandex.ru
Предлагается способ повышения КИМ и адгезионной прочности, а также понижения пористости покрытий, наносимых методом электродуговой металлизации, за счет использования сопла с обжимающим потоком воздуха.
Ключевые слова: покрытия, электродуговой металлизатор, газотермическое напыление.
Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
IMPROVING THE DESIGN OF ELECTRIC-ARC METALLIZATOR
A. E. Mikheev, R. V. Alyakretskiy, D. A. Mikutsik, A. V. Girn
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: ankain-romario@yandex.ru
Method to increase CMM and adhesion strength as well as decrease the porosity of coatings applied by electric plating using a nozzle with the nipping air flow is described.
Keywords: coatings, electric arc-metallizator, thermal spraying.
Известно, что потери металла от износа и коррозии металлоконструкций составляют до 30 % от их массы. Поэтому актуальной задачей является защита деталей машин и механизмов от коррозии, а также разработка современных способов их восстановления.
Среди технологий, позволяющих реализовать данную задачу, интенсивно развивается группа методов газотермического напыления покрытий. К ним относятся, например, плазменное, детонационное, холодное газодинамическое напыление, электродуговая металлизация и другие способы [1].
В результате анализа способов нанесения покрытий выявлено, что электродуговая металлизация по стоимости обработки и производительности процесса предпочтительнее других способов нанесения покрытий. Методом электродуговой металлизации наносят защитные коррозионно и износостойкие, а также антифрикционные покрытия из различных металлов (алюминиевые и стальные сплавы, цинк) в виде проволоки. В обычных металлизаторах возбуждение дуги происходит между двумя проволоками, изолированными друг от друга и расположенными под острым углом. Затем эти проволоки расплавляются, после чего металл распыляется и выдувается сжатым воздухом.
Оборудование для электродуговой металлизации компактно, что позволяет наносить покрытия в полевых условиях на поверхности различной конфигурации и габаритов [2].
Таким образом, ЭДМ может рассматриваться как перспективный способ восстановления и защиты деталей машин и механизмов. Однако есть ряд недостатков, ограничивающих область применения данного метода. В первую очередь это невысокое качество покрытий вследствие высокой пористости и низкой адгезионной прочности, а также высокий коэффициент использования металла. Причинами этих недостатков являются как недостатки метода (обработка на воздухе, ограниченная температура нагрева напыляемого материала), так и несовершенство конструкции напыляемого оборудования (большой угол распыла, низкая скорость потока частиц). Поэтому повышение качества покрытий является актуальной проблемой, что определило цель и задачи исследования.
Для повышения качества покрытий разрабатываются технологии, направленные на совершенствование конструкции в зоне горения дуги. Эти меры взаимосвязаны, однако условно и их можно разделить на 3 группы:
1. Увеличение тепловложения за счет увеличения вылета электродов.
2. Усиление химического воздействия.
3. Усиление газодинамического воздействия.
Для модернизации ЭДМ-процесса предлагается разработать конструкцию сопла с насадкой для усиления газодинамического воздействия на периферийные области струи металла. Данный поток должен обжимать центральную подачу воздуха, который переносит напыляемый материал, тем самым уменьшая факел распыла на подложку и увеличивая скорость напыляемых частиц. Разрабатываемая в работе конструкция устанавливается на серийно выпускаемый аппарат ЭМ-17 (производитель г. Бийск).
Для разработки конструкции, которая будет обеспечивать оптимальные параметры струи (скорость, угол распыла), был использован пакет математического моделирования SolidWorks и SolidWorks Flow Simulation, в котором был проведен газодинамический расчет потока воздуха. На основе полученной модели была разработана и сконструирована насадка для создания обжимающего потока воздуха.
Для подтверждения теоретических исследований и определения оптимальных технологических режимов обработки были проведены экспериментальные исследования по нанесению покрытий на образцы.
Для изготовления образцов был использован листовой прокат марки Ст 3 толщиной 3 мм, который нарезался на прямоугольные образцы размером 25*25 мм с помощью вулканита. Шероховатость поверхности осуществлялась с помощью дробеструйного аппарата нагнетательного типа.
Электродуговая металлизация проводилась по технологическому процессу нанесения покрытий методом ЭДМ.
В качестве напыляемого материала была использована стальная проволока У9 диаметром 1,5 мм и алюминиевая проволока АМГ 6 диаметром 2 мм.
Формирование покрытий проводили на следующих режимах ЭДМ:
U - 22^40 В, I - 400 А, n - 2 м/мин, J - 100 мм, P1 - 0,5^0,6 мПа, P2 - 0,2^0,6 мПа, Q - до 90 м3/ч, t - 5^10 с.
Металлографический анализ показал, что покрытие с модернизированным процессом является более качественным, равномерным и тонким, что способствует хорошей адгезионной прочности и пористости.
При проведении экспериментальных исследований были выявлены зависимости пористости, адгезионной прочности, микротвердости покрытия от различных параметров.
Исходя из проведенных исследований выявлено, что модернизированный процесс напыления весьма эффективен и перспективен.
Решетневскуе чтения. 2013
а б
Рис. 1. Сравнение режимов работы ЭМ-17: а - стандартный режим; б - с усовершенствованной насадкой
а б
Рис. 2. Микроструктура образцов с алюминиевым покрытием а - стандартный процесс; б - модернизированный процесс
а б
Рис. 3. Микроструктура образцов со стальным покрытием а - стандартный процесс; б - модернизированный процесс
Коэффициент использования материалов увеличился с 0,6 до 0,8, качество покрытий по адгезионной прочности увеличилось на 20 %, а пористость покрытия снижена с 20 до 10 %.
Библиографические ссылки
1. Абрамян И. А., Андронов А. Н., Титов А. И. Физические основы электронной и ионной технологии. М. : Высш. шк., 1984. 265 с.
2. Основы высоких технологий : учеб. пособие / В. А. Рогов, Л. А. Ушомирская, А. Д. Чудаков. М. : Вузовская книга, 2001. 256 с.
References
1. АЪгащ]ап I. А., ЛМгопоу А. К, ТНоу А. I. Р171сИеБк1е оБпоуу ]е1ек1гоппо] 1 юппо] 1еЬпо1о§и. М. : УуББЬф БИко1а. 1984. 265 8.
2. ОБпоуу ууБокШ 1еЬпо1о§у : исИеЪ. роБоЫе / V. Л. Я^оу, Ь. Л. иБИощ1гБка]а, Л. Б. СИМакоу. М. : Уи7оуБка]а к^а, 2001. 256 б.
© Михеев А. Е., Алякрецкий Р. В., Микуцик Д. А., Гирн А. В., 2013
