Laserbeklædning af slidte cylinderhuller

Laserbeklædninger en gennemprøvet teknologi til servicering eller optimering af motorkomponenter, og det er en uundværlig teknologi på grund af dens pålidelige repeterbarhed, lave termiske elementspænding og billige mekaniske modifikationer. Der er nu en ny enhed på markedet, iClad®, der kan bruges til at beklæde indvendige konturer eller blinde huller til et niveau, som ikke er muligt med konventionelle bearbejdningshoveder. Denne mikrobearbejdning er velegnet til beklædning af huller så små som 26 mm i diameter og bearbejdningsdybder på op til 500 mm. Nu har producenten Pallas (Wrselen, Tyskland) for første gang udstyret iClad med et roterende bearbejdningshoved, der kan bruges til at reparere slidte cylinderhuller i dieseltogmotorer. Maskiner udstyret med roterende funktioner har et uovertruffent potentiale til en bred vifte af anvendelser, idet de reparerer de indvendige konturer af ikke-rotationssymmetriske åbne komponenter med excentriske huller eller 50 mm eller mere i diameter, med bearbejdningsdybder på op til 500 mm.

Den belgiske laserspecialist Laser Coating Diamond Technology (LaserCo DT), baseret i Strpy-Bracquegnies, Belgien, beskytter metaller mod slid gennem laserbeklædning og diamantbelægninger. En belgisk jernbaneoperatør gav virksomheden til opgave at reparere slidte cylinderhuller ved hjælp af laserbeklædningsteknologi på de omvendte punkter af de øvre og nedre stempler. Hugues Desmecht, virksomhedens administrerende direktør, bad Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT) i Aachen, Tyskland, om at udføre en forundersøgelse. I forbindelse med denne forskning arbejdede ILT tæt sammen med Pallas (www.pallaskg.de), som tidligere har udviklet iClad og nu markedsfører systemet. I denne undersøgelse blev ICLAD-baseret lasersmeltning brugt til at reparere to af de seks beskadigede cylinderhuller.

Omkostningerne ved at udskifte motoren er omkring $20,000. I betragtning af den store mængde penge og tid, der forbruges under transport, er laserbeklædning anerkendt som et mere tids- og omkostningseffektivt alternativ. Til tilstrækkeligt store åbninger, såsom 100 mm i diameter eller større, er en række konventionelle bearbejdningshoveder tilgængelige på markedet for at give bearbejdning af udvendige eller indvendige profiler. Nu, med fremkomsten af ​​det lille roterende iClad-hoved, er det blevet en pålidelig ny teknologi til reparation af beskadigede cylinderhuller, hvilket ikke var muligt med tidligere standardbearbejdningshoveder. LaserCo DT og den belgiske jernbaneoperatør har derfor store forventninger til den forundersøgelse, som ILT har gennemført.

Hvert iClad-hoved består af tre moduler: pulvertilførselsport, krop og fiberstik. I modsætning til konventionelle bearbejdningshoveder arbejder iClad bearbejdningshoveder og komponenter inden for få millimeter fra hinanden. I standard bearbejdningshoveder når denne afstand 20 mm. Afhængigt af bearbejdningspunktet kan laserstrålen gå ud i en vinkel på 30 eller 90. Blindhuller kan nemt belægges med et 30-vinkelbearbejdningshoved, takket være laserens arbejdspunkt foran bearbejdningshovedet. Når det er nødvendigt at coate gennem huller, anvendes et 90 vinkel bearbejdningshoved. Det smalle indvendige roterende bearbejdningshoved har yderligere funktionalitet, da det kan indsættes i hullet til beklædning fra siden eller ovenfra - ned til en dybde på 500 mm. Hovedkriteriet for industrielle applikationer er den kontinuerlige varmebelastningskapacitet for behandlingshovedet. Den anvendte effektive vandkølingsmetode forhindrer overophedning af præcisionskomponenter. Bearbejdningshovedets indvendige beskyttelsessystem forhindrer det i at blive forurenet eller beskadiget ved aflejring af pulverpartikler. Derudover er den optiske vej, laserstrålen bevæger sig igennem, konstant fyldt med beskyttende gasser.

Nye bearbejdningshoveder med roterende funktioner bruges til at renovere cylinderhuller i dieselmotorer. Integreringen af ​​en roterende driver i bearbejdningshovedet tillader reparation af excentriske huller i statiske monteringsdele. Selv når det indsættes vandret, sikrer bearbejdningshovedet ensartet pulverpåføring uden at ændre dets rotationsvinkel. I denne særlige anvendelse er det roterende hoved imidlertid indsat lodret i cylinderhullet via et fem-akset forbindelsessystem. Et af de vigtigste stridspunkter med det roterende hoved er, at det på grund af vægten af ​​selve bearbejdningshovedet er umuligt at rotere en dieselmotor, der vejer op til 700 kg, gennem et fast bearbejdningshoved. Excentriske huller skaber en stor mængde ubalance, hvilket gør det meget vanskeligt at garantere den nødvendige bearbejdningsnøjagtighed. Centrering af hver cylinder individuelt er en mindre gennemførlig mulighed på grund af de store omkostningsfaktorer involveret.

Cylinderens indvendige diameter er 178 mm; Det nederste område, der skal belægges, er omkring 340 mm dybt og består af en ring på omkring 60 mm høj. Konventionelle bearbejdningshoveder er kun egnede til vinkler tæt på hullet, fordi dysen er placeret ved spidsen af ​​bearbejdningshovedet. Selvom hullets diameter når 180 mm, kan disse bearbejdningshoveder derfor kun bearbejdes til en maksimal dybde på omkring 40 mm. I modsætning hertil kan det roterende iClad-hoved indsættes lodret i cylinderboringen og kan håndtere hele den indvendige overflade i 90 vinkler. De afgørende parametre for den roterende iClad-model kan opsummeres i tre aspekter: Ud over dens rotationsevne og smalle bearbejdningshoved er den maksimale bearbejdningsdybde på 500 mm også en nøglefaktor.

Det indre lag af cylinderen mellem det øvre og det nedre brudpunkt er slidt og dækket med en belægning, der er større end 1 mm tyk. Dette kaldes rustfri stållegeringsbeklædning for at sikre ikke kun den nødvendige slidstyrke, men også god korrosionsbestandighed i sure og alkaliske miljøer. Sejheden af ​​det valgte legeringsmateriale forhindrer dannelsen af ​​revner, men har også god bearbejdelighed og minimal overfladebelægningsporøsitet. Først bliver LaserCo DT-kunders slidhuller bearbejdet til størrelse for at fjerne slid og revner, hvilket skaber en glat overflade til efterfølgende laserbeklædning.

På Fraunhofer Institute of Laser Technology placeres motorblokke på stålstøtter, justeres derefter og justeres korrekt. Dr. Andreas Weisheit og hans team udviklede sammen med Stephan Kalawrytinos fra Pallas det interne roterende bearbejdningshoved). I den nederste position kan overfladen af ​​cylinderhullet bearbejdes i det beskadigede ringområde. Med et fem-akset forbindelsessystem påføres to lag med to overlappende roterende bevægelser for at opnå den ønskede coatingtykkelse på 1 mm. Et numerisk kontrolprogram blev udviklet til denne proces. Startende i underkanten i en dybde på omkring 300 mm, dækker belægningen overfladen i en spiralform.

Mr. Weisheit var meget tilfreds med testresultaterne. "Dette beviser ud over en skygge af tvivl, at laserbeklædning er teknisk gennemførlig og omkostningseffektiv ved reparation af cylinderhuller uden behov for at købe udskiftninger," sagde han. Ved at bruge det roterende indvendige profilbearbejdningshoved iClad har den resulterende belægning fremragende overfladekvalitet." Efter hans mening har den kørende motor bevist sin evne til industrielle anvendelser. Selv efter flere timers kontinuerlig brug forbliver dens evne til at fortsætte med at arbejde absolut pålidelig. Den fuldstændige succes med denne test giver banebrydende beviser for reparation eller reparation af maskindele, som tidligere var uopnåelige.