Лазерне плакування зношених отворів циліндрів

Лазерне облицюванняце перевірена технологія для обслуговування або оптимізації компонентів двигуна, і це незамінна технологія завдяки своїй надійній повторюваності, низькій температурній напрузі елементів і дешевій механічній модифікації. Зараз на ринку є новий пристрій iClad®, який можна використовувати для облицювання внутрішніх контурів або глухих отворів до рівня, який неможливий за допомогою звичайних обробних головок. Ця мікрообробка підходить для обшивки отворів діаметром до 26 мм і глибиною обробки до 500 мм. Тепер, вперше, його виробник Pallas (Врселен, Німеччина) оснастив iClad роторною обробною головкою, яку можна використовувати для ремонту зношених отворів у циліндрах у двигунах дизель-потягів. Машини, оснащені функціями обертання, мають неперевершений потенціал для широкого спектру застосувань, ремонтуючи внутрішні контури несиметричних до обертання відкритих компонентів з ексцентричними отворами або діаметром 50 мм або більше, з глибиною обробки до 500 мм.

Бельгійська компанія Laser Coating Diamond Technology (LaserCo DT), що спеціалізується на лазерній промисловості, розташована в Strpy-Bracquegnies, Бельгія, захищає метали від зношування за допомогою лазерного плакування та алмазного покриття. Бельгійський залізничний оператор доручив компанії відремонтувати зношені отвори в циліндрах за допомогою технології лазерного покриття на зворотних точках верхнього та нижнього поршнів. Хьюг Десмехт, керуючий директор компанії, звернувся до Інституту лазерних технологій Фраунгофера (ILT) в Ахені, Німеччина, з проханням провести техніко-економічне обґрунтування. У зв’язку з цим дослідженням ILT тісно співпрацював з Pallas (www.pallaskg.de), який раніше розробив iClad і зараз продає систему. У цьому дослідженні лазерне плавлення на основі ICLAD було використано для ремонту двох із шести пошкоджених отворів циліндра.

Вартість заміни двигуна становить близько $20,000. Враховуючи велику суму грошей і часу, що витрачається під час транспортування, лазерне облицювання визнано більш економічною альтернативою. Для досить великих отворів, наприклад діаметром 100 мм або більше, на ринку доступні різні звичайні обробні головки для обробки зовнішніх або внутрішніх профілів. Тепер, з появою маленької обертової головки iClad, вона стала новою надійною технологією для ремонту пошкоджених отворів циліндрів, що було неможливо з попередніми стандартними головками для обробки. Тому LaserCo DT і бельгійський залізничний оператор покладають великі надії на техніко-економічне обґрунтування, проведене ILT.

Кожна головка iClad складається з трьох модулів: порту подачі порошку, корпусу та волоконної заглушки. На відміну від звичайних обробних головок, обробні головки та компоненти iClad працюють на відстані кількох міліметрів один від одного. У стандартних обробних головках ця відстань досягає 20 мм. Залежно від точки обробки, лазерний промінь може виходити під кутом 30 або 90. Глухі отвори можна легко покрити 30-кутовою обробною головкою, завдяки робочій точці лазера перед обробною головкою. Коли необхідно покрити наскрізні отвори, використовується обробна головка 90 Angle. Вузька внутрішня поворотна обробна головка має додаткову функціональність, так як її можна вставити в отвір для облицювання збоку або зверху - на глибину до 500 мм. Основним критерієм промислового застосування є безперервне теплове навантаження обробної головки. Використаний ефективний метод водяного охолодження запобігає перегріву точних компонентів. Внутрішня система захисту обробної головки запобігає її забрудненню або пошкодженню внаслідок осадження частинок порошку. Крім того, оптичний шлях, по якому проходить лазерний промінь, постійно заповнений захисними газами.

Нові обробні головки з поворотними функціями використовуються для відновлення отворів циліндрів у дизельних двигунах. Інтеграція поворотного драйвера в обробну головку дозволяє ремонтувати ексцентричні отвори в статичних монтажних деталях. Навіть у горизонтальному положенні обробна головка забезпечує рівномірне нанесення порошку без зміни кута повороту. Однак у цьому конкретному застосуванні поворотна головка вставляється вертикально в отвір циліндра за допомогою п’ятиосьової системи з’єднання. Одним із головних суперечок щодо поворотної головки є те, що, враховуючи вагу самої обробної головки, неможливо обертати дизельний двигун вагою до 700 кг через фіксовану обробну головку. Ексцентричні отвори створюють великий дисбаланс, через що дуже важко гарантувати необхідну точність обробки. Центрування кожного циліндра окремо є менш здійсненним варіантом через великі витрати.

Діаметр отвору внутрішнього діаметра циліндра 178 мм; Нижня зона, яку потрібно покрити, має глибину приблизно 340 мм і складається з кільця висотою приблизно 60 мм. Звичайні обробні головки підходять лише для кутів, близьких до отвору, оскільки сопло розташоване на кінчику обробної головки. Таким чином, хоча діаметр отвору досягає 180 мм, ці обробні головки можуть оброблятися лише на максимальну глибину близько 40 мм. Навпаки, обертову головку iClad можна вставити вертикально в отвір циліндра та обробляти всю внутрішню поверхню під кутом 90°. Вирішальні параметри поворотної моделі iClad можна підсумувати трьома аспектами: на додаток до здатності до обертання та вузької обробної головки, максимальна глибина обробки 500 мм також є ключовим фактором.

Внутрішній шар циліндра між верхньою і нижньою точками руйнування зношений і покритий покриттям товщиною більше 1 мм. Це називається покриттям зі сплаву нержавіючої сталі, щоб забезпечити не тільки необхідну зносостійкість, але й хорошу стійкість до корозії в кислотних і лужних середовищах. Міцність вибраного матеріалу сплаву запобігає утворенню тріщин, але також має хорошу оброблюваність і мінімальну пористість поверхневого покриття. По-перше, отвори для зносу клієнтів LaserCo DT обробляються до потрібного розміру, щоб усунути знос і тріщини, створюючи гладку поверхню для наступного лазерного покриття.

В Інституті лазерних технологій Фраунгофера блоки двигунів розміщують на сталевих опорах, потім вирівнюють і належним чином регулюють. Доктор Андреас Вайсхайт і його команда разом зі Стефаном Калавритіносом з Pallas розробили внутрішню обертову обробну головку). У нижньому положенні можна обробити поверхню отвору циліндра в ділянці пошкодженого кільця. Завдяки п’ятиосьовій системі з’єднання два шари наносяться двома обертовими рухами, що перекриваються, щоб досягти бажаної товщини покриття в 1 мм. Для цього процесу була розроблена програма ЧПУ. Починаючи з нижнього краю на глибині приблизно 300 мм, покриття покриває поверхню у формі спіралі.

Пан Вейшайт був дуже задоволений результатами тесту. «Це без жодних сумнівів доводить, що лазерне покриття є технічно можливим і економічно ефективним у ремонті отворів циліндрів без необхідності купувати заміну», — сказав він. Використовуючи обертову головку для обробки внутрішнього профілю iClad, отримане покриття має відмінну якість поверхні". На його думку, запущений двигун довів свою здатність до промислового застосування. Навіть після кількох годин безперервного використання його здатність продовжувати роботу залишається абсолютно надійною. Повний успіх цього випробування надає новаторські докази для ремонту або ремонту деталей машин, які раніше були недосяжними.