Lasersko oplaščenje obrabljenih lukenj cilindrov

Lasersko oblaganjeje preizkušena tehnologija za servisiranje ali optimizacijo komponent motorja in je nepogrešljiva tehnologija zaradi svoje zanesljive ponovljivosti, nizke toplotne obremenitve elementov in poceni mehanskih sprememb. Zdaj je na trgu nova naprava, iClad®, ki jo je mogoče uporabiti za oblaganje notranjih kontur ali slepih lukenj do ravni, ki ni mogoča z običajnimi obdelovalnimi glavami. Ta mikroobdelava je primerna za oblaganje lukenj s premerom do 26 mm in globino obdelave do 500 mm. Zdaj je njegov proizvajalec Pallas (Wrselen, Nemčija) prvič opremil iClad z rotacijsko obdelovalno glavo, ki se lahko uporablja za popravilo obrabljenih lukenj v cilindrih v motorjih dizelskih vlakov. Stroji, opremljeni z rotacijskimi funkcijami, imajo neprimerljiv potencial za široko paleto aplikacij, popravljajo notranje konture nerotacijsko simetričnih odprtih komponent z ekscentričnimi luknjami ali premerom 50 mm ali več, z globino obdelave do 500 mm.

Belgijski strokovnjak za lasersko tehnologijo Laser Coating Diamond Technology (LaserCo DT) s sedežem v Strpy-Bracquegnies v Belgiji ščiti kovine pred obrabo z laserskimi oblogami in diamantnimi prevlekami. Belgijski železniški operater je podjetju naročil popravilo obrabljenih lukenj v cilindrih s tehnologijo laserske obloge na hrbtnih točkah zgornjega in spodnjega bata. Hugues Desmecht, generalni direktor podjetja, je zaprosil Fraunhoferjev inštitut za lasersko tehnologijo (ILT) v Aachnu v Nemčiji, naj izvede študijo izvedljivosti. V zvezi s to raziskavo je ILT tesno sodeloval s Pallasom (www.pallaskg.de), ki je prej razvil iClad in zdaj trži sistem. V tej študiji je bilo lasersko taljenje na osnovi ICLAD uporabljeno za popravilo dveh od šestih poškodovanih lukenj cilindra.

Cena zamenjave motorja je približno 20 $,000. Glede na veliko denarja in časa, porabljenega med transportom, je lasersko oblaganje prepoznano kot časovno in stroškovno učinkovitejša alternativa. Za dovolj velike odprtine, kot je premer 100 mm ali več, so na trgu na voljo različne običajne obdelovalne glave, ki omogočajo obdelavo zunanjih ali notranjih profilov. Zdaj, s pojavom majhne vrtljive glave iClad, je postala zanesljiva nova tehnologija za popravilo poškodovanih lukenj cilindrov, kar ni bilo mogoče s prejšnjimi standardnimi obdelovalnimi glavami. LaserCo DT in belgijski železniški operater imata zato velika pričakovanja glede študije izvedljivosti, ki jo je izvedel ILT.

Vsaka glava iClad je sestavljena iz treh modulov: odprtina za dovajanje prahu, telo in čep za vlakna. V nasprotju z običajnimi obdelovalnimi glavami obdelovalne glave in komponente iClad delujejo v razmiku nekaj milimetrov ena od druge. Pri standardnih obdelovalnih glavah ta razdalja doseže 20 mm. Odvisno od obdelovalne točke lahko laserski žarek izstopa pod kotom 30 ali 90. Slepe luknje je mogoče enostavno prekriti s 30-kotno obdelovalno glavo, zahvaljujoč delovni točki laserja pred obdelovalno glavo. Kadar je treba premazati skozi luknje, se uporablja obdelovalna glava 90 Angle. Ozka notranja rotacijska obdelovalna glava ima dodatno funkcionalnost, saj jo lahko vstavite v luknjo za oblogo od strani ali od zgoraj - navzdol do globine 500 mm. Glavno merilo za industrijsko uporabo je stalna toplotna obremenitev obdelovalne glave. Uporabljena učinkovita metoda vodnega hlajenja preprečuje pregrevanje natančnih komponent. Notranji zaščitni sistem obdelovalne glave preprečuje, da bi bila kontaminirana ali poškodovana zaradi odlaganja praškastih delcev. Poleg tega je optična pot, po kateri potuje laserski žarek, nenehno napolnjena z zaščitnimi plini.

Nove obdelovalne glave z rotacijskimi funkcijami se uporabljajo za obnovo lukenj v cilindrih v dizelskih motorjih. Integracija rotacijskega pogona v obdelovalno glavo omogoča popravilo ekscentričnih lukenj v statičnih pritrdilnih delih. Tudi če je vstavljena vodoravno, obdelovalna glava zagotavlja enakomeren nanos prahu brez spreminjanja kota vrtenja. V tej posebni aplikaciji pa je vrtljiva glava vstavljena navpično v luknjo cilindra prek petosnega povezovalnega sistema. Ena od glavnih spornih točk pri rotacijski glavi je, da je glede na težo same obdelovalne glave nemogoče zavrteti dizelski motor, ki tehta do 700 kg, skozi fiksno obdelovalno glavo. Ekscentrične luknje ustvarjajo veliko neuravnoteženost, zaradi česar je zelo težko zagotoviti zahtevano natančnost obdelave. Centriranje vsakega cilindra posebej je manj izvedljiva možnost zaradi visokih stroškovnih faktorjev.

Premer izvrtine notranjega premera cilindra je 178 mm; Spodnji del, ki ga je treba premazati, je globok približno 340 mm in je sestavljen iz obroča, visokega približno 60 mm. Običajne obdelovalne glave so primerne samo za kote blizu izvrtine, ker je šoba nameščena na konici obdelovalne glave. Čeprav premer luknje doseže 180 mm, je te obdelovalne glave mogoče obdelati le do največje globine približno 40 mm. V nasprotju s tem je mogoče vrtljivo glavo iClad vstaviti navpično v izvrtino valja in lahko obdeluje celotno notranjo površino pod 90 koti. Odločilne parametre rotirajočega modela iClad je mogoče povzeti v treh vidikih: poleg sposobnosti vrtenja in ozke obdelovalne glave je ključni dejavnik tudi največja globina obdelave 500 mm.

Notranja plast cilindra med zgornjim in spodnjim mestom porušitve je obrabljena in prekrita s prevleko, debelo več kot 1 mm. To se imenuje obloga iz zlitine iz nerjavečega jekla, ki zagotavlja ne le potrebno odpornost proti obrabi, ampak tudi dobro odpornost proti koroziji v kislem in alkalnem okolju. Žilavost izbranega legiranega materiala preprečuje nastanek razpok, ima pa tudi dobro obdelovalnost in minimalno poroznost površinskega premaza. Najprej se obrabne luknje strank LaserCo DT strojno obdelajo na velikost, da se odstranijo obraba in razpoke, kar ustvari gladko površino za poznejše lasersko oplaščenje.

Na Fraunhoferjevem inštitutu za lasersko tehnologijo bloke motorjev postavijo na jeklene nosilce, nato jih poravnajo in pravilno nastavijo. Dr. Andreas Weisheit in njegova ekipa so skupaj s Stephanom Kalawrytinosom iz podjetja Pallas razvili notranjo rotacijsko obdelovalno glavo). V spodnjem položaju je mogoče obdelati površino luknje cilindra v območju poškodovanega obroča. Pri petosnem povezovalnem sistemu se naneseta dva sloja z dvema prekrivajočima se rotacijskima giboma, da se doseže želena debelina premaza 1 mm. Za ta proces je bil razvit program za numerično krmiljenje. Začenši na spodnjem robu na globini približno 300 mm, premaz prekriva površino v spiralni obliki.

G. Weisheit je bil zelo zadovoljen z rezultati testa. "To brez sence dvoma dokazuje, da je lasersko oplaščenje tehnično izvedljivo in stroškovno učinkovito pri popravilu lukenj v cilindrih, ne da bi bilo treba kupovati nadomestne izdelke," je dejal. Z uporabo vrtljive obdelovalne glave z notranjim profilom iClad ima dobljeni premaz odlično kakovost površine." Po njegovem mnenju je delujoči motor dokazal svojo zmogljivost za industrijsko uporabo. Tudi po več urah neprekinjene uporabe ostaja njegova zmožnost nadaljevanja delovanja popolnoma zanesljiva. Popoln uspeh tega testa zagotavlja prelomne dokaze za popravilo ali popravilo strojnih delov, ki so bili prej nedosegljivi.