Устройство для детонационного напыления

 

(19)RU(11)671087(13)C(51)  МПК ⁶    _B05B7/20Статус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕТОНАЦИОННОГО НАПЫЛЕНИЯ

Изобретение относится к области нанесения покрытий методом напыления. Известно устройство, содержащее открытый с одного конца ствол с присоединенным к нему дозатором порошка и блоками, управляющими подачей газов, и инициирования детонации. В указанном устройстве можно заполнять ствол детонирующей смесью лишь при атмосферном давлении, что не позволяет увеличивать производительность установки за счет увеличения давления смеси газов. Более близким к описываемому изобретению является устройство для детонационного напыления, включающее ствол с поворотной заслонкой на его открытом конце, дозатор порошка, блок, управляющий подачей газов, и блок инициирования детонации и откачки газов. Используемая в известном устройстве механическая система поворота заслонки весьма инерционна и время открывания трудно сделать существенно меньшим 10^-2 с. За это время из ствола, в котором для повышения производительности создается избыточное по сравнению с атмосферным давлением, большая часть газов вытекает в атмосферу, что приводит к резкому повышению опасности взрыва и к увеличению в несколько раз расхода детонирующих газов. Целью изобретения является повышение производительности и увеличения коэффициента использования газов. Указанная цель в данном изобретении достигается тем, что поворотная заслонка выполнена в виде диска с эквидистантной его краю прорезью, круговая ось которой пересекает ось ствола, причем ширина прорези больше внутреннего, но меньше наружного диаметра ствола, а отношение радиуса ствола к расстоянию от центра диска до круговой оси прорези равно πnL_n/V_зв, при этом отношение длины прорези к упомянутому расстоянию больше А_n и меньше 2π, где А постоянная, равная 3˙10^-2 с, n скорострельность устройства 1/с, L_n расстояние от открытого конца ствола до места ввода в него порошка, V_зв скорость звука в смеси газов при комнатной температуре м/с. Причем оно снабжено тремя закрепленными по краю диска датчиками, взаимодействующими с установленными на стволе, контактами соответственно соединенными с блоками инициирования детонации, блоком, управляющим подачей газов и блоком откачки газов. Кроме того, ствол выполнен с утолщением на открытом конце. Устройство схематично показано на чертеже. Устройство включает открытый с одного конца ствол 1 с утолщением 2, присоединенный к нему дозатор порошка 3 с трубкой подачи порошка 4, блок инициирования детонации 5 с воспламенителем 6, блок, управляющий подачей газов 7 с трубопроводами для подачи газов 8, 9, насос 10 с блоком откачки газов 11, диск 12 с прорезью 13, закрепленный на электромоторе 14, датчики закрепленные на диске 15, 16, 17 (датчик 15 перед прорезью, 16 за прорезью и 17 со стороны противоположной прорези), контакты 18, 19, 20 закрепленные на стволе. Устройство работает следующим образом. Диск 12 разгоняют до частоты, равной желаемой скоростельности устройства. Когда прорезь 13 на диске 12 пройдет мимо технологического канала ствола 1, диск закроет отверстие ствола. При этом, датчик на диске 16 замкнет контакты 20 на стволе и на блок 11 поступит сигнал. Блок 11 откроет клапан, закрывающий трубопровод, соединяющий насос 10 с технологическим каналом ствола. При этом, из ствола производится откачка находящихся там газов. Датчик 17 замыкает контакты 19, что приводит к подаче сигнала на блок, управляющий подачей газов 7. С блока 7 подается сигнал на блок 11, что приводит к отсечке насоса от ствола и одновременно в ствол 1 через трубопроводы 8, 9 подаются детонирующие газы и из дозатора 3 через трубу для ввода порошка 4 подается порошок. Диск поворачивается дальше, при этом датчик 15 в момент, когда прорезь на диске начинает открывать технологический канал ствола, замыкает контакты 18 на стволе. При этом подается сигнал на блок инициирования детонации 5. С блока сначала подается сигнал на блок 7, что приводит к запиранию трубопроводов 8, 9, затем сигнал подается на воспламенитель 6. При этом развивается детонация. Продукты детонации разгоняют и нагревают порошок и через прорезь 13 в диске 12 напыляют порошок на изделие 21. Напыление производится в то время, когда мимо технологического канала ствола проходит прорезь 13 и ствол открыт. Длина прорези выбирается из соотношения L ≥ A_nr_д, где А постоянная равная приблизительно 3 ˙ 10^-2 с (значение постоянной найдено из условия, что время напыления не превосходит 5 ˙ 10^-3 с); r_д расстояние от центра диска до круговой оси прорези; n скорострельность устройства. Когда прорезь 13 пройдет мимо канала ствола 1, датчик 16 замкнет контакты 20, и работа повторяется до получения покрытия нужной толщины. При необходимости изделие 21 перемещается. Для того, чтобы производительность процесса была максимальной при данном расходе газа необходимо, чтобы газ, окружающий порошок, при полностью открытом технологическом канале ствола, имел давление такое же, как и перед открыванием канала ствола. Известно, скорость спадания давления будет распространяться от открытого конца ствола со скоростью не превышающей V_зв. С другой стороны время открывания, т.е. время в течение которого начало прорези пройдет расстояние равное диаметру ствола, можно сделать сколь угодно малым, увеличивая диаметр диска или скорострельность, или уменьшая диаметр ствола. Обычно диаметр ствола фиксирован (1-3 см), максимальная скорострельность ограничена другими блоками устройства, и, в основном, варьирование можно производить диаметром диска. Для того, чтобы волна спадания давления при открывании ствола не достигла порошка, необходимо, чтобы r_д/r_c (r_с радиус ствола). С другой стороны увеличение диаметра диска, до величины, больше необходимой, нежелательно, поэтому r_д/r_c V_зв (π nL_n). П р и м е р. Установка имела ствол длиной 2 м с внутренним диаметром 2 см, изготовленный из нержавеющей стали с толщиной 5 мм. Скорострельность установки (n) была 10 выстрелов в секунду. Расстояние от открытого конца ствола до места ввода порошка (L_n) было 50 см. Из указанных выше соотношений было найдено, что расстояние от центра диска до круговой оси прорези r_д должно быть около 20 см, а длина прорези не менее 6 см. Был изготовлен диск с указанными параметрами с полированной поверхностью из нержавеющей стали толщиной 4 мм. Начальное давление детонирующих газов в стволе было от 3 до 5 атм. Для уменьшения утечки газов в зазор между торцом ствола и диском-заслонкой, необходимо конец ствола изготавливать с утолщением. Нами использовался ствол, внешний диаметр открытого конца которого имел размер 6 см. Контакты 18-20 изготавливались из стальных пластин длиной 2-20 мм, толщиной по 2-3 мм. Датчики 15-17 из пластин пружинной стали толщиной 0,5-3 мм. Установка использовалась для напыления Al₂O₃ и сплава ВК. При этом, производительность напыления была в 3-5 раз выше, чем при использовании известных устройств. Данная установка может быть использована в различных областях техники при получении износостойких, эрозионностойких и др. типов покрытий. Кроме того, необходимо отметить, что увеличение концентрации энергии, выделяемой в стволе, и повышение начального давления продуктов детонации, а, следовательно, и скорости их истечения должно привести к увеличению скорости частиц, а следовательно, к улучшению технических характеристик получаемых покрытий.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕТОНАЦИОННОГО НАПЫЛЕНИЯ, содержащее ствол с поворотной заслонкой на его открытом конце, дозатор порошка, блок, управляющий подачей газов, и блоки инициирования детонации и откачки газов, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и увеличения коэффициента использования газов, поворотная заслонка выполнена в виде диска с эквидистантной его краю прорезью, круговая ось которой пересекает ось ствола, причем ширина прорези больше внутреннего, но меньше наружного диаметра ствола, а отношение радиуса ствола к расстоянию от центра диска до круговой оси прорези равно π·nL_n/V_зв, при этом отношение длины прорези к упомянутому расстоянию больше A_n и меньше 2π, где A постоянная, равная 3 · 10^-2 с, n скорострельность устройства 1/с, Z_n расстояние от открытого конца ствола до места ввода в него порошка, V_зв скорость звука в смеси газов при комнатной температуре, м/с. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено тремя закрепленными по краю диска датчиками взаимодействующими с установленными на стволе контактами, соответственно соединенными с блоком инициирования детонации, блоком, управляющим подачей газов, и блоком откачки газов. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ствол выполнен с утолщением на открытом конце.