Rivestimento laser dei fori dei cilindri usurati

Rivestimento laserè una tecnologia collaudata per la manutenzione o l'ottimizzazione dei componenti del motore ed è una tecnologia indispensabile grazie alla sua ripetibilità affidabile, alla bassa sollecitazione degli elementi termici e alle modifiche meccaniche a basso costo. Ora sul mercato è disponibile un nuovo dispositivo, iClad®, che può essere utilizzato per rivestire contorni interni o fori ciechi a un livello impossibile con le teste di lavorazione convenzionali. Questa microlavorazione è adatta per il rivestimento di fori di soli 26 mm di diametro e profondità di lavorazione fino a 500 mm. Ora, per la prima volta, il produttore Pallas (Wrselen, Germania) ha dotato l'iClad di una testa di lavorazione rotante che può essere utilizzata per riparare i fori dei cilindri usurati nei motori dei treni diesel. Le macchine dotate di funzioni rotanti hanno un potenziale ineguagliabile per un'ampia gamma di applicazioni, riparando i contorni interni di componenti aperti non simmetrici alla rotazione con fori eccentrici o 50 mm o più di diametro, con profondità di lavorazione fino a 500 mm.

Lo specialista belga Laser Coating Diamond Technology (LaserCo DT), con sede a Strpy-Bracquegnies, Belgio, protegge i metalli dall'usura attraverso rivestimenti laser e rivestimenti diamantati. Un operatore ferroviario belga ha incaricato l'azienda di riparare i fori usurati dei cilindri utilizzando la tecnologia di rivestimento laser sui punti inversi dei pistoni superiori e inferiori. Hugues Desmecht, amministratore delegato dell'azienda, ha incaricato l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser (ILT) di Aquisgrana, in Germania, di effettuare uno studio di fattibilità. In relazione a questa ricerca, ILT ha lavorato a stretto contatto con Pallas (www.pallaskg.de), che in precedenza aveva sviluppato iClad e ora sta commercializzando il sistema. In questo studio, la fusione laser basata su ICLAD è stata utilizzata per riparare due dei sei fori del cilindro danneggiati.

Il costo della sostituzione del motore è di circa $ 20,000. Considerando la grande quantità di denaro e tempo consumati durante il trasporto, il rivestimento laser è riconosciuto come un’alternativa più efficiente in termini di tempo e costi. Per aperture sufficientemente grandi, come 100 mm di diametro o più, sono disponibili sul mercato una varietà di teste di lavorazione convenzionali per fornire la lavorazione di profili esterni o interni. Ora, con l'avvento della piccola testa rotante iClad, è diventata una nuova tecnologia affidabile per riparare i fori dei cilindri danneggiati, cosa che non era possibile con le precedenti teste di lavorazione standard. LaserCo DT e l'operatore ferroviario belga nutrono quindi grandi aspettative per lo studio di fattibilità condotto da ILT.

Ogni testa iClad è composta da tre moduli: porta di alimentazione polvere, corpo e tappo in fibra. A differenza delle teste di lavorazione convenzionali, le teste di lavorazione e i componenti iClad funzionano a pochi millimetri l'uno dall'altro. Nelle teste operatrici standard questa distanza raggiunge i 20 mm. A seconda del punto di lavorazione, il raggio laser può uscire con un angolo di 30 o 90. I fori ciechi possono essere facilmente rivestiti con una testa operatrice 30-angolare, grazie al punto operativo del laser davanti alla testa operatrice. Quando è necessario rivestire fori passanti, viene utilizzata una testa operatrice ad angolo 90. La stretta testa di lavorazione rotativa interna ha funzionalità aggiuntive in quanto può essere inserita nel foro per il rivestimento lateralmente o dall'alto verso il basso fino a una profondità di 500 mm. Il criterio principale per le applicazioni industriali è la capacità di carico termico continuo della testa di lavorazione. L'efficiente metodo di raffreddamento ad acqua utilizzato impedisce il surriscaldamento dei componenti di precisione. Il sistema di protezione interna della testa operatrice impedisce che venga contaminata o danneggiata dalla deposizione di particelle di polvere. Inoltre, il percorso ottico percorso dal raggio laser è costantemente riempito di gas protettivi.

Nuove teste di lavorazione con funzioni rotanti vengono utilizzate per rinnovare i fori dei cilindri nei motori diesel. L'integrazione di un driver rotante nella testa di lavorazione consente la riparazione di fori eccentrici nelle parti di montaggio statiche. Anche se inserita orizzontalmente, la testa operatrice garantisce un'applicazione uniforme della polvere senza modificarne l'angolo di rotazione. In questa particolare applicazione, invece, la testa rotante viene inserita verticalmente nel foro del cilindro tramite un sistema di collegamento a cinque assi. Uno dei principali punti di controversia con la testa rotante è che, dato il peso della testa operatrice stessa, è impossibile far ruotare un motore diesel fino a 700 kg di peso attraverso una testa operatrice fissa. I fori eccentrici creano un notevole squilibrio, rendendo molto difficile garantire la precisione di lavorazione richiesta. Centrare ciascun cilindro individualmente è un'opzione meno fattibile a causa dei grandi fattori di costo coinvolti.

Il diametro del foro del diametro interno del cilindro è di 178 mm; La zona inferiore da rivestire è profonda circa 340 mm ed è costituita da un anello alto circa 60 mm. Le teste operatrici convenzionali sono adatte solo per angoli vicini al foro perché l'ugello si trova sulla punta della testa operatrice. Pertanto, nonostante il diametro del foro raggiunga i 180 mm, queste teste operatrici possono essere lavorate solo fino ad una profondità massima di circa 40 mm. Al contrario, la testa rotante dell'iClad può essere inserita verticalmente nella canna del cilindro e può gestire l'intera superficie interna a 90 angoli. I parametri decisivi del modello rotante iClad possono essere riassunti in tre aspetti: oltre alla capacità di rotazione e alla testa operatrice stretta, anche la profondità di lavorazione massima di 500 mm è un fattore chiave.

Lo strato interno del cilindro tra i punti di rottura superiore e inferiore è usurato e ricoperto da un rivestimento di spessore superiore a 1 mm. Questo è chiamato rivestimento in lega di acciaio inossidabile per garantire non solo la necessaria resistenza all'usura, ma anche una buona resistenza alla corrosione in ambienti acidi e alcalini. La tenacità del materiale in lega selezionato impedisce la formazione di crepe, ma ha anche una buona lavorabilità e una porosità minima del rivestimento superficiale. Innanzitutto, i fori di usura dei clienti LaserCo DT vengono lavorati su misura per rimuovere usura e crepe, creando una superficie liscia per il successivo rivestimento laser.

Presso l'Istituto Fraunhofer di tecnologia laser, i blocchi motore vengono posizionati su supporti in acciaio, quindi allineati e regolati correttamente. Il Dr. Andreas Weisheit e il suo team, insieme a Stephan Kalawrytinos di Pallas, hanno sviluppato la testa di lavorazione rotativa interna). Nella posizione inferiore la superficie del foro del cilindro può essere lavorata nella zona dell'anello danneggiato. Con un sistema di collegamento a cinque assi, due strati vengono applicati utilizzando due movimenti rotatori sovrapposti per ottenere lo spessore di rivestimento desiderato di 1 mm. Per questo processo è stato sviluppato un programma di controllo numerico. A partire dal bordo inferiore, a una profondità di circa 300 mm, il rivestimento ricopre la superficie a forma di spirale.

Il signor Weisheit è stato molto soddisfatto dei risultati del test. "Ciò dimostra senza ombra di dubbio che il rivestimento laser è tecnicamente fattibile ed economico nella riparazione dei fori dei cilindri senza la necessità di acquistare ricambi", ha affermato. Utilizzando la testa di lavorazione rotante per profili interni iClad, il rivestimento risultante ha un'eccellente qualità superficiale." A suo avviso, il motore acceso ha dimostrato la sua capacità per applicazioni industriali. Anche dopo diverse ore di uso continuo, la sua capacità di continuare a lavorare rimane assolutamente affidabile. Il pieno successo di questo test fornisce una prova innovativa per la riparazione o la riparazione di parti di macchine, che prima erano irraggiungibili.