Полимерные материалы в ремонте машин. Технологические процессы производства полимерных материалов и пластмасс Оборудование, используемое для



Машиностроение - одна из немногих базовых отраслей народного хозяйства, определяющая развитие всего хозяйства в целом, как было специально подчеркнуто на XXVI съезде КПСС. Развитию и совершенствованию машиностроения наша партия всегда уделяла первостепенное внимание - от пятилетки индустриализации, даже раньше, от плана ГОЭЛРО, до сегодняшних дней. Во всех современных развитых странах объем продукции машиностроения составляет более четверти всего объема промышленной продукции, основные фонды машиностроения и металлообработки - почти четверть всех основных фондов; в этой отрасли занято от трети до половины всех промышленных рабочих. И это естественно, простой перечень подотраслей машиностроения убедительно подтверждает его базовую роль. Вот этот перечень: энергетическое машиностроение; электротехническое; станкостроительная и инструментальная промышленность; приборостроение; тракторное и сельскохозяйственное машиностроение; транспортное; автомобильная и авиационная промышленность; судостроение и др. Другой убедительный факт: в 1970 г. машиностроение СССР выпустило более 30000 наименований изделий.

Ничего удивительного в том, что эта отрасль - главный потребитель чуть ли не всех материалов, производимых в нашей стране, в том числе и полимеров. Использование полимерных материалов в машиностроении растет такими темпами, какие не знают прецедента во всей человеческой истории. К примеру, в 1978 г. машиностроение нашей страны потребило 800000 т пластмасс, а в 1960 г. - всего 116000 т. При этом интересно отметить, что еще десять лет назад в машиностроение направлялось 37-38% всех выпускающихся в нашей стране пластмасс, а к 1980 г. доля машиностроения в использовании пластмасс снизилась до 28%. И дело тут не в том, что могла бы снизиться потребность, а в том, что другие отрасли народного хозяйства стали применять полимерные материалы в сельском хозяйстве, в строительстве, в легкой и пищевой промышленности и др. еще более интенсивно.

При этом уместно отметить, что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли. Полимерам стали доверять все более и более ответственные задачи. Из полимеров стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применяться в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих значительные нагрузки. Ниже будет подробнее рассказано о применении полимеров в автомобильной и авиационной промышленности, здесь же упомянем лишь один примечательный факт: несколько лет назад по Москве ходил цельнопластмассовый трамвай. А вот другой факт: четверть всех мелких судов - катеров, шлюпок, лодок и т. п. - теперь строится из пластических масс.

До недавних пор широкому использованию полимерных материалов в машиностроении препятствовали два, казалось бы, общепризнанных недостатка полимеров: их низкая (по сравнению с марочными сталями) прочность и низкая теплостойкость. О преодолении температурного рубежа рассказано в главе "Шаги в будущее". Что же касается прочностных свойств полимерных материалов, то этот рубеж удалось преодолеть переходом к композиционным материалам, главным образом стекло- и углепластикам. Так что теперь выражение "пластмасса прочнее стали" звучит вполне обоснованно. В то же время полимеры сохранили свои позиции при массовом изготовлении огромного числа тех деталей, от которых не требуется особенно высокая прочность: заглушек, штуцеров, колпачков, рукояток, шкал и корпусов измерительных приборов. Еще одна область, специфическая именно для полимеров, где четче всего проявляются их преимущества перед любыми иными материалами, - это область внутренней и внешней отделки, Мы уже упоминали об этом, говоря о строительстве.

То же самое можно сказать и о машиностроении. Почти три четверти внутренней отделки салонов легковых автомобилей, автобусов, самолетов, речных и морских судов и пассажирских вагонов выполняется ныне из декоративных пластиков, синтетических пленок и тканей, искусственной кожи и т. п. Более того, для многих машин и аппаратов только использование антикоррозионной отделки синтетическими материалами обеспечило их надежную, долговременную эксплуатацию. К примеру, многократное использование изделия в экстремальных физико-технических условиях (космосе) обеспечивается, в частности, тем, что вся его внешняя поверхность покрыта синтетическими плитками, к тому же приклеенными синтетическим полиуретановым или полиэпоксидным клеем. А аппараты для химического производства? У них внутри бывают такие агрессивные среды, что никакая марочная сталь не выдержала бы. Единственный выход - сделать внутреннюю облицовку из платины или из пленки фторопласта. Гальванические ванны могут работать только при условии, что они сами и конструкции подвески покрыты синтетическими смолами и пластиками.

Широко применяются полимерные материалы и в такой отрасли народного хозяйства, как приборостроение. Здесь получен самый высокий экономический эффект в среднем в 1,5-2,0 раза выше, чем в других отраслях машиностроения. Объясняется это, в частности, тем, что большая часть полимеров перерабатывается в приборостроении самыми прогрессивными способами, что повышает уровень полезного использования (и безотходность) термопластов, увеличивает коэффициент замены дорогостоящих материалов. Наряду с этим значительно снижаются затраты живого труда. Простейшим и весьма убедительным примером может служить изготовление печатных схем: процесс, не мыслимый без полимерных материалов, а с ними и полностью автоматизированный.

Есть и другие подотрасли, где использование полимерных материалов обеспечивает и экономию материальных и энергетических ресурсов, и рост производительности труда. Почти полную автоматизацию обеспечило применение полимеров в производстве тормозных систем для транспорта. Неспроста практически все функциональные детали тормозных систем для автомобилей и около 45% для железнодорожного подвижного состава делаются из синтетических пресс-материалов. Около 50% деталей вращения и зубчатых колес изготовляется из прочных конструкционных полимеров, В последнем случае можно отметить две различных тенденции. С одной стороны, все чаще появляются сообщения об изготовлении зубчатых колес для тракторов из капрона. Обрывки отслуживших свое рыболовных сетей, старые чулки и путанку капроновых волокон переплавляют и формуют в шестерни. Эти шестерни могут работать почти без износа в контакте со стальными, вдобавок такая система не нуждается в смазке и почти бесшумна. Другая тенденция - полная замена металлических деталей в редукторах на детали из углепластиков. У них тоже отмечается резкое снижение механических потерь, долговременность срока службы.

Еще одна область применения полимерных материалов в машиностроении, достойная отдельного упоминания, - изготовление металлорежущего инструмента. По мере расширения использования прочных сталей и сплавов все более жесткие требования предъявляются к обрабатывающему инструменту. И здесь тоже на выручку инструментальщику и станочнику приходят пластмассы. Но не совсем обычные пластмассы сверхвысокой твердости, такие, которые смеют поспорить даже с алмазом. Король твердости, алмаз, еще не свергнут со своего трона, но дело идет к тому. Некоторые окислы (например, из рода фианитов), нитриды, карбиды, уже сегодня демонстрируют не меньшую твердость, да к тому же и большую термостойкость. Вся беда в том, что они пока еще более дороги, чем природные и синтетические алмазы, да к тому же им свойствен "королевский порок" - они в большинстве своем хрупки. Вот и приходится, чтобы удержать их от растрескивания, каждое зернышко такого абразива окружать полимерной упаковкой чаще всего из фенолформальдегидных смол. Поэтому сегодня три четверти абразивного инструмента выпускается с применением синтетических смол.

Таковы лишь некоторые примеры и основные тенденции внедрения полимерных материалов в подотрасли машиностроения. Самое же первое место по темпам роста применения пластических масс среди других подотраслей занимает сейчас автомобильная промышленность. Десять лет назад в автомашинах использовали от 7 до 12 видов различных пластиков, к концу 70-х годов это число перешагнуло за 30. С точки зрения химической структуры, как и следовало ожидать, первые места по объему занимают стирольные пластики, поливинилхлорид и полиолефины. Пока еще немного уступают им, но активно догоняют полиуретаны, полиэфиры, акрилаты и другие полимеры. Перечень деталей автомобиля, которые в тех или иных моделях в наши дни изготовляют из полимеров, занял бы не одну страницу. Кузова и кабины, инструменты и электроизоляция, отделка салона и бамперы, радиаторы и подлокотники, шланги, сиденья, дверцы, капот и т. д. и т. п. Более того, несколько разных фирм за рубежом уже объявили о начале производства цельнопластмассовых автомобилей. Наиболее характерные тенденции в применении пластмасс для автомобилестроения, в общем, те же, что и в других подотраслях. Во-первых, это экономия материалов: безотходное или малоотходное формование больших блоков и узлов. Во-вторых, благодаря использованию легких и облегченных полимерных материалов снижается общий вес автомобиля, а значит, будет экономиться горючее при его эксплуатации. В-третьих, выполненные как единое целое, блоки пластмассовых деталей существенно упрощают сборку и позволяют экономить живой труд.

Кстати, те же преимущества стимулируют и широкое применение полимерных материалов в авиационной промышленности. Например, замена алюминиевого сплава графитопластиком при изготовлении предкрылка крыла самолета позволяет сократить количество деталей с 47 до 14, крепежа - с 1464 до 8 болтов, снизить вес на 22%, стоимость - на 25%. При этом запас прочности изделия составляет 178%. Лопасти вертолета, лопатки вентиляторов реактивных двигателей рекомендуют изготовлять из поликонденсационных смол, наполненных алюмосиликатными волокнами, что позволяет снизить вес самолета при сохранении прочности и надежности. По английскому патенту № 2047188 покрытие несущих поверхностей самолетов или лопастей роторов вертолетов слоем полиуретана толщиной всего 0,65 мм в 1,5-2 раза повышает их стойкость к дождевой эрозии. Жесткие требования были поставлены перед конструкторами первого англо-французского сверхзвукового пассажирского самолета "Конкорд". Было рассчитано, что от трения об атмосферу внешняя поверхность самолета будет разогреваться до 120-150° С, ив то же время требовалось, чтобы она не поддавалась эрозии в течение по меньшей мере 20000 ч. Решение проблемы было найдено с помощью поверхностного покрытия защиты самолета тончайшей пленкой фторопласта. Не меньшие трудности испытали конструкторы "Конкорда" и при решении вопросов герметизации топливных и гидравлических систем. И здесь выход из затруднительного положения обеспечили полисилоксановые и фторуглеродные эластомеры, герметики и мастики. Кстати, об эластомерах. По ходу изложения сведений о применении полимерных материалов в машиностроении мы практически не затрагивали этот тип полимеров. А ведь они тоже широко применяются в форме манжет и сальников, прокладок, трубок и шин. Для автомобиля очень существенна маслобензостойкость этих сальников, прокладок и шлангов, что обеспечивается применением бутадиенакрилонитрильного, полихлоропренового и тому подобных каучуков. Но вот недавно, в связи с повышением цен на нефтепродукты, начали появляться сообщения о применении в автомобилях нового горючего - спирта. В связи с этим можно предполагать, что в ближайшем будущем автомобилестроители потребуют от Химиков спиртоустойчивых резин. Такие резины и иные полимерные материалы создать не так уж и трудно, был бы при этом шофер спиртоустойчив. Ну, а теперь перейдем к описанию нескольких колоритных и малоизвестных случаев применения полимерных материалов в машиностроении. (БСЭ, 3-е изд., т. 15; Plast. World, 1979, 37, № 2).

Режущая нить

Можно ли перерезать стальную болванку синтетической нитью? Чтобы это удалось, надо, чтобы нить была сверхпрочной и высокотвердой, либо сталь помягчала. Да и зачем это нужно? Ту же болванку можно распилить закаленным ножовочным полотном. Но в том-то и беда, что после подобной распилки в стали остаются вредные остаточные напряжения и деформации. А смягчить сталь и другие металлы можно специальными химическими реагентами - для каждого металла свои химикаты. Синтетическая нить будет только доставлять эти химикаты к месту будущего распила. Именно такой метод разработали польские химики. Нить движется по поверхности распиливаемой заготовки с частотой 24 хода в минуту. В конце каждого хода продукты реакции растворителя с металлом удаляются, нить пропитывают свежей порцией, и она делает обратный ход. (Юный техник, 1965, № 8).

Пластмассовые ракеты

Оболочку двигателя ракет изготавливают из углепластика, наматывая на трубу; ленту из углеволокна, предварительно пропитанную эпоксидными смолами. После отверждения смолы и удаления вспомогательного сердечника получают трубу с содержанием углеволокна более двух третей, достаточно прочную на растяжение и изгиб, стойкую к вибрациям и пульсации. Остается начинить заготовку ракетным топливом, приладить к ней отсек для приборов и фотокамер, и можно отправлять ее в полет. (Compsites, 1981, 12, № 1).

Пластмассовый шлюз

На одном из каналов в районе Быгдощи установлен первый в Польше (а вероятно, и первый в мире) цельнопластмассовый шлюз. Работает шлюз безукоризненно.

Пластмассовые элементы рассчитаны на более чем 20-летний срок эксплуатационной службы. Конструкции же из дубовых балок приходилось менять каждые 6 лет. (Наука и жизнь, 1969, № 3).

Сварка без нагрева

Как прикрепить друг к другу две пластмассовые панели? Можно приклеить, но тогда необходимо оборудовать рабочее место системой вентиляции. Можно привинтить или приклепать, но тогда надо загодя сверлить отверстия. Можно приварить, если обе панели термопластичны, но и тут без вентиляции не обойтись, да к тому же из-за локальных перегревов соединение может оказаться продеструктировавшим и непрочным. Самый лучший способ и оборудование для него, разработала французская фирма "Брансон". Генератор ультразвука мощностью 3 кВт, частотой 20 кГц, "звуководы" - сонотроды - и все. Наконечник сонотрода, вибрируя, проникает сквозь верхнюю из скрепляемых деталей толщиной до 8 мм, погружается в нижнюю и увлекает за собой расплав верхнего полимера. Энергия ультразвуковых колебаний превращается в тепло лишь локально, получается точечная сварка. Тот же метод и то же оборудование годятся и для того, чтобы "замуровывать" в пластмассу различные крепежные и фурнитурные детали. Наиболее эффективно применение ультразвуковой сварки при производстве электроосветительной аппаратуры, деталей отделки автомобилей, вентиляционных систем в строительстве резервуаров, в авиапромышленности и т. д. Особенно рекомендуется ультразвуковая сварка при изготовлении изделий из полиолефинов, стирольных пластиков, полиамидов, поликарбонатов, различных виниловых и акриловых смол. (Offic. plast et caoutch., 1979, 26, № 275).

Полиуретаны против хулиганов

Это сообщение не нуждается в комментариях:

"Полиуретановые покрытия обладают высокой твердостью, долговечностью свыше 10 лет и хорошим глянцем. Их применение, возможно, позволит решить проблему долговечной окраски вагонов метрополитена Нью-Йорка. На таких покрытиях не удается писать и рисовать ни карандашом, ни фломастером, что значительно снижает затраты на уборку вагонов". (Mod. Paint and Coat, 1979, 69, № 11).

Универсальные пластмассы

Оригинальную точку зрения на практическое применение полимерных материалов, в частности в приборостроении, высказал недавно обозреватель английского журнала "Мир пластмасс".

По его мнению, все разнообразие требований к свойствам пластмасс можно удовлетворить восемью полимерами: АБС-сополимером, найлоном, фенольными смолами, полиэтиленом и полипропиленом, полиуретановым пенопластом и поливинилхлоридом.

Автор отметил, что отношение стоимости к объему в последнее время закономерно возрастает для всех материалов, но для синтетических органических полимеров этот рост идет медленнее, чем для стали, алюминия и стекла. Основными преимуществами пластмасс при их использовании в приборостроении автор считает:

1. Детали из полимерных материалов можно формовать без их последующей обработки, так как в процессе формования обеспечивается требуемая окраска и внешний вид готового изделия.

2. Конструктору предоставляется возможность разрабатывать детали со сложной конфигурацией при значительной экономии рабочего времени и стоимости.

3. Присущие полимерным материалам характеристики термических и электрофизических свойств предотвращают повреждение электрических приборов и уменьшают их теплоотдачу.

4. Благодаря легкому весу изделий из пластмасс сокращаются транспортные расходы и облегчается их применение.

Автор утверждает также, что наибольшее применение пластмассы получили в пяти группах приборов: в крупногабаритных конструкциях; бытовых электроприборах; радиоэлектронике; кондиционерах и увлажнителях. Именно для этих пяти групп, утверждает обозреватель, достаточно восьми основных полимеров, и тут же иллюстрирует это примерами новейших выставочных экспонатов холодильников, стиральных и посудомоечных машин, вентиляторов, пылесосов, радиоустановок, телевизоров, счетных машин, лабораторного оборудования и т. п., вплоть до домашних масловыжималок, тостеров и кофеварок. К сожалению, перечень полимеров, из которых изготовлены эти приборы, оказывается намного шире того восьмичленного списка, что приведен в начале обзора. Тут и ацетальные смолы, и разнообразные полиэфиры, и поликарбонат, и полифениленоксид и т. д., к тому же еще многие, как правило, не в чистом виде, а в составе композиций друг с другом и различными волокнистыми и порошкообразными наполнителями.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Литературный обзор по теме «Полимерные материалы для деталей сель скохозяйственного оборудования» 2

2. Обзор патентных исследований по теме: «Составы и технология полимерных деталей, применяемых в автотракторной и сельскохозяйственной технике» 15

3. Экспериментально-технологическая часть: «Разработка технологической оснастки и технологии изготовления полимерных деталей для комплектования сельскохозя йственного оборудования» 21

Литература 29

1. Литературный обзор по теме «Полимерные материалы для деталей сельскохозяйственного оборудования»

Естественные полимеры, в основном, растительного происхождения (древесина, каучук, льняные, джутовые волокна, смолы и т.д.) используются человеком с древних времен. Однако только в 20 веке, благодаря развитию, прежде всего химии, физики, технологии переработки материалов созданы новые искусственные (синтетические) полимерные материалы, решены принципиальные вопросы глубинного преобразования структуры естественных полимеров и в результате создано огромное количество уникальных материалов. Создана новая обширная область материаловедения - наука о структуре, свойствах и технологии полимеров и пластмасс.

Термин «полимерные материалы» является обобщающим. Он объединяет три обширных группы синтетических материалов, а именно: полимеры, пластмассы и их морфологическую разновидность -- полимерные композиционные материалы (ПКМ) или, как их еще называют, армированные пластики. Общее для перечисленных групп то, что их обязательной частью является полимерная составляющая, которая и определяет основные термодеформационные и технологические свойства материала. Полимерная составляющая представляет собой органическое высокомолекулярное вещество, полученное в результате химической реакции между молекулами исходных низкомолекулярных веществ -- мономеров.

Полимерами принято называть высокомолекулярные вещества (гомополимеры) с введенными в них добавками, а именно стабилизаторами, ингибиторами, пластификаторами, смазками, антирадами и т. д. Физически полимеры являются гомофазными материалами. Они сохраняют все присущие гомополимерам физико-химические особенности.

Пластмассами называются композиционные материалы на основе полимеров, содержащие дисперсные или коротковолокнистые наполнители, пигменты и иные сыпучие компоненты. Наполнители не образуют непрерывной фазы. Они (дисперсная среда) располагаются в полимерной матрице (дисперсионная среда). Физически пластмассы представляют собой гетерофазные изотропные материалы с одинаковыми во всех направлениях физическими макросвойствами.

Полимерные армированные материалы являются разновидностью пластмасс. Они отличаются тем, что в них используются не дисперсные, а армирующие, то есть усиливающие наполнители (волокна, ткани, ленты, войлок, монокристаллы), образующие в ПКМ самостоятельную непрерывную фазу. Отдельные разновидности таких ПКМ называют слоистыми пластиками. Такая морфология позволяет получить пластики с весьма высокими деформационно-прочностными, усталостными, электрофизическими, акустическими и иными целевыми характеристиками, соответствующими самым высоким современным требованиям.

В качестве связующих при получении полимерных материалов используют синтетические или природные высокомолекулярные соединения, в том числе синтетические смолы, высокомолекулярные соединения или продукты их переработки, например, эфиры целлюлозы, битумы и др.

Смолы, используемые для изготовления пластмасс, могут быть термореактивными или термопластичными, что и определяет их основные технологические и эксплуатационные свойства.

Многие пластмассы (преимущественно, термопластичные) состоят из одного связующего вещества. К таким материалам относится полиэтилен, полистирол, полиамиды, органические стекла, капрон и др. Особенностью термопластичных материалов является их способность размягчаться при нагревании и вновь затвердевать при охлаждении. Причем эти процессы протекают обратимо и происходят одинаково при каждом цикле нагрева и охлаждения. Строение материала при этом не изменяется, в нем не происходит никаких химических реакций.

Термопластичные материалы характеризуются малой плотностью, хорошей формуемостью, устойчивостью к горючесмазочным материалам. Полиэтилен имеет теплостойкость до 50 ?, морозостойкость до -70 ?, химически стоек, однако подвержен старению. Применяется для изготовления пленок, труб, контейнеров, предметов домашнего обихода. Полипропилен имеет более высокие прочностные свойства, но имеет более низкую морозостойкость (до минус 20 ?). Области применения близкие к полиэтилену. Полистирол - твердый прозрачный компактный материал. Используется для изготовления деталей приборов и машин (ручки, корпуса, трубы и др.). Полиуретаны и полиамиды: капрон, нейлон используются для изготовления высокопрочных нитей и пленок. Органические стекла - прозрачные твердые вещества, используются в самолетостроении, автомобилестроении, приборостроении.

К термопластам также относятся фторопласты - уникальные материалы с очень низким коэффициентом трения. Их используют для вентилей, кранов, насосов, втулок, прокладок и др.).

Термореактивные материалы при нагревании размягчаются лишь в начальный период времени, а затем твердеют при температуре нагревания за счет протекания необратимых химических реакций в их структуре, в результате чего такой материал остается твердым и не размягчается при повторных нагревах до достаточно высоких температур. Представителями термореактивных материалов являются фенолформальдегидная, глифталевая, эпоксидная смолы, непредельные полиэфиры и др. Природа протекания химических реакций, приводящих к необратимому затвердеванию, может иметь различный характер. Оно может стимулироваться добавлением в смолы специальных веществ - отвердителей, либо происходить только за счет термической активации - при нагреве. Однако в обоих случаях особенностью термореактивных пластмасс является необратимый характер изменения основных свойств материала.

Основой реактопластов являются термореактивные полимеры. В качестве наполнителей используют различные неорганические материалы. В зависимости от типа наполнителя такие материалы подразделяются на порошковые, волокнистые и слоистые. Порошковые материалы используют в качестве наполнителей древесную или целлюлозную муку, молотый кварц, тальк, цемент, графит и др. Такие пластмассы имеют однородные свойства по всем направлениям, хорошо прессуются. Недостаток - низкая устойчивость к ударным нагрузкам. Применяются для изготовления корпусных деталей приборов, технологической оснастки в литейном производстве (моделей) или слабонагруженных деталей штампов. Волокнистые пластмассы (волокниты) имеют высокие прочностные свойства, особенно, стекловолокниты, поскольку, по существу, они являются композиционными материалами и используют преимущества в свойствах как основы, так и волокон, применяемых для создания этих материалов. Слоистые пластики, как и волокниты, являются композиционными материалами. Они характеризуются наиболее высокими прочностными и, одновременно, пластическими свойствами. Существуют текстолиты (наполнитель - хлопчатобумажная ткань), гетинакс (наполнитель - бумага), древеснослоистые пластики (древесный шпон), стеклотекстолиты (ткань из стекловолокна). Текстолит имеет повышенное сопротивление износу. Может применяться для изготовления зубчатых колес, кулачков, подшипников и других тяжело нагруженных деталей.

В этих материалах есть многое из того, чтобы сделать жизнь человека, окружающий его мир более красивыми, комфортными, благополучными. Полимерные материалами легки (в 5-7 раз легче металлов и сплавов). Расчетами установлено, что замена ряда металлических деталей легкового автомобиля на углепластики из эпоксидной смолы, армированной углеродными волокнами, позволит уменьшить массу машины на 40%; она станет более прочной; уменьшится расход топлива, резко возрастет стойкость против коррозии. Они легко окрашиваются в самые разные цвета, могут быть блестящими и матовыми, прозрачными и полупрозрачными, флуоресцирующими. Эти материалы не разрушаются в условиях действия агрессивных сред, в которых металлоизделия подвержены интенсивной коррозии. Органические полимеры тканьэквивалентны, т.е. по своему химическому строению они близки коже, волосам, тканям мышц человека, что позволяет использовать их в восстановительной хирургии и позволяет создать интерьеры, в которых человек чувствует себя максимально комфортно.

Полимерные материалы легко перерабатываются и поэтому из них без особых затрат можно создавать изделия самой причудливой формы. Благодаря развитию полимерного материаловедения получили развитие новые технологии: склеивание, герметизация изделий и др. Наконец, только полимеры обладают высокоэластичностью -- способностью к большим обратимым деформациям, наиболее ярко проявляемой в каучуках и резинах.

Полимерные материалы весьма ярко внедряются в жизнь, позволяя решать не только технические вопросы, но и эстетические проблемы. Сегодня можно говорить о существовании неких принципов, апробированных положениях, которые надо учитывать при художественном конструировании и создании изделий из пластмасс.

При использовании полимеров удается прямо, просто и эффективно решить и эстетические проблемы и функциональные. Примером может быть эволюция флаконов в парфюмерии или емкостей в медицине, где они одновременно становятся или пульверизаторами или капельницами и т.д.

К основным достоинствам полимерных материалов можно также добавить:

а) высокая технологичность, благодаря которой из производственного цикла можно исключить трудоемкие и дорогостоящие операции механической обработки изделий;

б) минимальная энергоемкость, обусловленная тем, что температуры переработки этих материалов составляют, как правило, 150-250 °С, что существенно ниже, чем у металлов и керамики;

в) возможность получения за один цикл формования сразу нескольких изделий, в том числе сложной конфигурации, а при производстве погонажных продуктов вести процесс на высоких скоростях;

г) практически все процессы переработки полимерных материалов автоматизированы, что позволяет существенно сократить затраты на заработную плату и повысить качество изделий.

Однако, полимерные материалы имеют и некоторые недостатки, которые необходимо учитывать при производстве полимерных изделий.

Полимеры - диэлектрики, они накапливают статическое электричество. В случае, если пластмассовое изделие имеет большие габариты, оно может активно притягивать пыль, грязь, разряжаться на человека при касании. Приходится решать проблемы снятия статического электричества.

При изготовлении пластмассовых изделий не допустим глубокий рельеф фактурной обработки, так как в этих местах накапливается грязь и отмыть ее бывает невозможно.

Полимерное изделие не должно иметь острых углов, граней, узких щелей, выбор материала должен быть сделан с обязательным учетом условий технологии переработки и эксплуатации. Таким образом, полимеры и пластмассы - материалы со специфическими свойствами и возможностями прежде всего потому, что обладают необычными химическим составом и структурой.

Оборудование для переработки пластических масс служит для преобразования исходного полимерного материала в изделия с заранее заданными эксплуатационными характеристиками. Конструирование и изготовление машин и агрегатов для переработки пластмасс осуществляется на предприятиях различных отраслей машиностроения.

Большинство методов переработки пластических масс предусматривает использование процессов формования изделий из полимеров, находящихся в вязкотекучем состоянии, -- литье под давлением, прессование, экструзия и др. Некоторые процессы основаны на достижении материалом в момент формования высокоэластического состояния -- пневмовакуумное формование. В промышленности используются методы формования из растворов и дисперсий полимеров.

Переработка полимерных материалов включает в себя три основные группы процессов: подготовительные, формующие и завершающие.

Процессы подготовительного цикла необходимы для улучшения технологических свойств перерабатываемого сырья, а также для получения полуфабрикатов и заготовок, используемых в основных методах переработки. К таким процессам относятся измельчение, гранулирование, сушка, таблетирование, предварительный подогрев.

Формующие процессы -- это процессы переработки, с помощью которых осуществляется изготовление пластмассовых изделий. Можно выделить две группы этих процессов: непрерывные (экструзия, каландрование) и периодические (литье под давлением, пневмоформование вакуумное, раздувное формование, напыление, прессование и ряд других). Изготовление изделий из стеклопластиков осуществляется методами, разнообразными по аппаратурно-технологическому оформлению. Технологический процесс изготовления изделий из стеклопластиков состоит из следующих операций: подготовка связующего и наполнителя, совмещение связующего и наполнителя, формование изделия.

Завершающие процессы предназначены для придания готовым изделиям определенного внешнего вида, создания неразъемного соединения отдельных элементов пластмассового изделия. К ним относятся процессы механической обработки изготовляемых изделий, окрашивание и металлизация их поверхности, сварка и склеивание отдельных частей.

В последнее время полимерные материалы активно применяются как для изготовления, так и для восстановления деталей для сельскохозяйственного оборудования. Пластмассы в ремонтной практике наносят на поверхности деталей для восстановления их размеров, повышения износостойкости и улучшения герметизации. Одновременно покрытие из пластмассы снижает шум от трения и повышает коррозионную стойкость изделия. Тонкий слой пластмассы практически не ухудшает прочностных показателей металла и придает детали податливость, т.е. способность принимать форму сопряженной детали, что приводит к резкому увеличению площади контакта. Пластмассы наносят литьем под давлением, горячим прессованием, вихревым, газопламенным и центробежным способами.

Ремонт сельхозтехники полимерными материалами по сравнению с другими способами, дает возможность восстановить детали с высоким качеством и снизить:

трудоемкость - на 20-30%;

затраты материалов - на 40-50%;

себестоимость работ - на 15-20%.

При восстановлении деталей наибольшее распространение получили акриловые и полиамидные пластмассы, текстолит, древеснослоистые пластики. Текстолит и древеснослоистые пластики применяются для восстановления изношенных поверхностей направляющих станков, изготовления зубчатых колес, подшипников скольжения, втулок и других деталей с трущимися рабочими поверхностями.

При ремонте широко применяют акриловые пластмассы, содержащие в качестве связующих материалов акриловые смолы - продукты полимеризации метилметакрилата и сополимеризации метилметакрилата со стиролом. К ним относятся: актилат АТС-1, бутакрил, эпоксидно-акриловые пластмассы СХЭ-2 и СХЭ-3.

Эти термопластические быстротвердеющие пластмассы холодного отверждения получают смешиванием порошка и жидкости. Изготовленная масса, имеющая консистенцию сметаны, затвердевает без подогрева и давления.

Такие пластмассы используют при восстановлении изношенных изделий в качестве компенсатора износа для восстановления нарушенных размерных цепей станков и машин. С помощью пластмасс восстанавливают: круговые направляющие станин карусельных станков, регулировочные клинья и прижимаемые планки механизмов всех видов оборудования, в том числе механических прессов. Их также используют для ремонта подшипников шпинделей револьверных головок токарно-револьверных станков; отверстий, втулок, посадочных мест зубчатых колес и шкивов; деталей гидронасосов; кулисных механизмов и других деталей металлорежущего оборудования. Раствор пластмассы применяют и при склеивании материалов.

Затвердевшая пластмасса износостойка, хорошо работает в паре с чугуном, сталью, бронзой, коэффициент трения при отсутствии смазочного материала 0,20-0,18, а при введении в композицию требуемого количества антифрикционных добавок уменьшается до 0,143. Пластмассы с такими добавками могут работать без смазки.

Затвердевшая пластмасса стойка к щелочам любой концентрации, бензину, скипидару, пресной и морской воде, минеральным и растительным маслам. Слой пластмассы можно удалить нагреванием до 150-200С и дальнейшим выжиганием или обработкой резанием.

Вязкость пластмасс изменяют в зависимости от их назначения. Для этого в раствор пластмассы вводят порошкообразные, волокнистые и слоистые наполнители из металлических и неметаллических материалов.

Для повышения эксплуатационных свойств (уменьшения коэффициента трения и увеличения износостойкости) в пластмассу вводят (до 10%, массовая доля) порошок графита.

В ремонтной практике распространение получил капрон марок А и В. Это твердый материал белого цвета с желтым оттенком, имеющий высокую прочность, износостойкость, масло- и бензостойкость, а также хорошие антифрикционные свойства. Основными недостатками капрона являются низкая теплопроводность, теплостойкость и усталостная прочность. Максимально допустимая рабочая температура капроновых покрытий не должна превышать плюс 70-80°С и минус 20-30°С.

Покрытием из капрона ремонтируют поверхности втулок, валов, вкладышей и других деталей.

Рисунок 1. Схема нанесения капрона на изношенную поверхность детали литьем под давлением: 1 - верхняя часть пресс-формы; 2 - литниковый канал; 3 - нижняя часть пресс-формы; 4 - ремонтируемая деталь; 5 - слой капрона

Ремонт изношенных поверхностей деталей с применением капрона в большинстве случаев производят литьем под давлением на специальных литьевых машинах. Сущность процесса состоит в том, что на специально подготовленную изношенную поверхность детали наносят под давлением слой капрона. Изношенную деталь устанавливают в пресс-форму (рис. 1) и в образовавшийся зазор между деталью и стенкой пресс-формы нагнетают под давлением расплавленный капрон. Затем пресс-форму раскрывают, снимают деталь, удаляют с неё литники и облой. При необходимости капроновое покрытие механически обрабатывают до получения требуемых размеров. Для улучшения качества готовую деталь термически обрабатывают в ванне с маслом при температуре 185-190°С и выдерживают при этой температуре в течение 10-15 мин.

При нанесении капрона его нагревают до 240--250°С и подают под давлением 4-5 МПа (40-50 кгс/см). Пресс-форму совместно с деталью предварительно подогревают до температуры 80-100°С. Толщина покрытия рекомендуется от 0,5 до 5 мм. Литьё под давлением проводится на термопласт-автоматах, литьевых машинах и др. Этот способ технологически прост, не требует достаточно сложного оборудования и оснастки.

Капрон (в виде порошка размером 0,2-0,3 мм) можно наносить на поверхность детали напылением. Сущность этого способа состоит в том, что на подготовленную и подогретую поверхность детали наносится порошкообразный капрон. Ударяясь о разогретую деталь, частицы порошкообразного капрона плавятся, образуя пластмассовое покрытие.

Во время ремонта неподвижных соединений подшипников качения часто применяют эластомер ГЭН-150В и герметик 6Ф. Первый состоит из нитрильного каучука СКП-40С и смолы ВГУ. Второй - это продукт сочетания бутадиеновый каучук СКП-40 с смолой ФКУ на основе замещено фенолавинилацетатной смолы. Поверхности деталей перед нанесением покрытия зачищают механическим способом и обезжиривают.

Покрытие наносят по-разному: обливанием, кистью, центробежным способом - в зависимости от конструкции деталей и средств нанесения. Термообработку покрытия из раствора ГЭН-150В осуществляют при температуре 115 ? в течение 40 мин, из раствора герметика 6Ф - при температуре 150 ... 160 ? в течение трех часов. Долговечность неподвижных соединений зависит от скорости срабатывания. Основная причина срабатывания посадочных мест без полимерного покрытия - фреттинг-коррозия. Характер износа существенно изменяется по посадке подшипников с покрытием раствором герметика 6Ф. Полимерное покрытие полностью предотвращает металлический контакт и развитие фреттинг-коррозии, а это существенно снижает интенсивность потери дееспособности посадочных мест, особенно в корпусных деталях.

Важное значение для восстановления дееспособности чугунных корпусных деталей с трещинами имеют клеевые композиции на основе эпоксидной смолы. Главный связующий компонент этих составов - эпоксидная смола марки ЭД-6 или ЭД-5. Чаще применяют смолу ЭД-6. Это прозрачная вязкая масса светло-коричневого цвета. Для приготовления состава на основе смолы ЭД-6 на 100 частей (по массе) смолы вводят 10-15 частей дибутилфталата (пластификатор), до 160 частей наполнителя и 7-8 частей полиэтиленполиамина (отвердитель). В качестве наполнителя используют: железный порошок (160 частей), алюминиевый порошок (25 частей), цемент марки 500 (120 частей). Эпоксидную смолу разогревают в таре до температуры 60-80°С, добавляют пластификатор, затем наполнитель. Отвердитель вводят непосредственно перед употреблением, так как после этого состав необходимо использовать в течение 20-30 мин. Составы на основе эпоксидных смол применяются для ремонта деталей, работающих при температурах от -70 до +120°С. Их применяют для заделки трещин и пробоин в корпусных деталях, для восстановления неподвижных посадок и резьбовых соединений.

При заделке трещин определяют их границы и подготавливают поверхности. Границы трещины обычно засверливают сверлом диаметром 2-3 мм и снимают фаски под углом 60-70° на глубину 2-3 мм вдоль трещины на всей её длине (рис. 2, а). Поверхность зачищают на расстоянии 40-50 мм по обе стороны трещины до металлического блеска и делают насечки. Затем обезжиривают ацетоном.

Заплату вырезают из стеклоткани такого размера, чтобы она перекрывала трещину на 20-25 мм. Состав на основе эпоксидных смол готовят непосредственно перед его применением и наносят кистью или шпателем на поверхности толщиной около 0,1-0,2 мм (рис. 2, б). После этого накладывают заплату и прокатывают роликом (рис. 2, в).

Рисунок 2. Схема заделки трещин: а - разделка поверхности; б - заполнение составом эпоксидной смолы; в - прокатывание накладки роликом; 1 - слой состава; 2 - накладка; 3 - ролик

На поверхность этой накладки снова наносят слой клея, а затем кладут еще одну, которая перекрывает предыдущую на 10-15 мм, прокатывая роликом и наносят еще один слой клеевого покрытия. Для отверждения клеевые покрытия выдерживают 72 ч при температуре 20 °С, или 3 часа при температуре 100 °С. В процессе эксплуатации на корпусные детали действуют значительные знакопеременные механические и температурные нагрузки, которые приводят к отслоению покрытия и потери деталями требуемой герметичности. Чтобы избежать нежелательного расслоение, применяют металлические накладки и прикрепляют их болтами.

Клеевые материалы не только обеспечивают возможность прочного соединения деталей из различных материалов, но также уплотняют зазоры и трещины; герметизируют фонари, окна, шланги и патрубки; изолируют электрические контакты; устраняют вибрацию и шум; применяются для изготовления уплотнений и прокладок любой формы.

Хорошие показатели качества показывает клеесварка крупногабаритных тонкостенных конструкций. Область эта - абсолютно новая для России и всех стран СНГ. Дело в том, что тонкостенные конструкции, панели кузовов сельхозмашин после выполнения контактной точечной сварки до сих пор герметизируют с помощью различных мастик, грунтовок и пластизолей. Это достаточно трудоемкая операция, причем в случае зазоров более 0,5 мм достичь высококачественной герметизации, как правило, не удается. Клеесварная же технология не только обеспечивает хорошую герметизацию сварного шва, но и увеличивает в 1,5 раза прочность соединения.

Соединение выполняется таким образом: на соединяемые поверхности наносится слой клея, затем они накладываются одна на другую и провариваются точечной сваркой. Клеевая прослойка воспринимает большую часть нагрузки, и благодаря этому сварная точка разгружается, улучшается ее работоспособность, что существенно повышает усталостную прочность и жесткость соединения. Вследствие этого число сварных точек можно уменьшить на 30-50 шт. и соответственно снизить трудо- и энергозатраты на сварочные работы.

Клеевые материалы, используемые при данной технологии, представляют собой пастообразные одно- или двухкомпонентные составы. Причем однокомпонентные отверждаются при 410-430К (140-160?), что в ряде случаев делает возможным совместить сушку клея с сушкой нанесенного на готовое изделие лакокрасочного покрытия. Важно и то, что клеесварка не требует предварительной очистки соединяемых поверхностей. Наконец, клеесварная технология сборки решает и вопросы коррозионной защиты сварного шва.

2. Обзор патентных исследований по теме: «Составы и технология полимерных деталей, применяемых в автотракторной и сельскохозяйственной технике»

Произведен обзор патентных исследований на глубину 14 лет (1998-2012г.), по данной теме обнаружено 8 патентов:

В патенте на изобретение № 94903 (дата начала действия патента 22.04.2009) описана полезная модель литьевой пресс-формы, которая относится к литейному производству по получению изделий, в основном, из термопластичного полимера литьем под давлением, преимущественно толстостенных изделий. Техническое решение изобретения может также распространяться и на получение изделий из других материалов.

Задача полезной модели в повышении эффективности применения пресс-формы для литья под давлением. Поставленная задача решается тем, что пресс-форма для литья под давлением, содержащая разъемные части 1 и 2, в одной из которых выполнена формообразующая полость 4 и расположен выталкиватель 5, а в другой выполнено сопло 9. Имеет отличительные признаки: формообразующая полость 4 выполнена с изменяемым объемом при помощи подвижного знака в виде поршня 6, одновременно являющимся выталкивателем. Через поршень 6 может быть пропущен, как минимум, один формообразующий знак 7.

Также возможно выполнение формы поверхности поршня 6 и сопрягаемой с ней поверхности формообразующей полости 4 отличными от цилиндрической.

В патенте на изобретение № 2312766 (дата начала действия патента 30.01.2006) описан способ изготовления вкладыша пресс-формы, в частности к изготовлению вкладышей пресс-форм для получения изделий типа угольник, и может быть использовано в производстве их, как методом прессования, так и методом литья под давлением. Техническим результатом заявленного изобретения является создание способа изготовления вкладыша пресс-форм, позволяющего повысить производительность, качество и точность изготовления, а также позволяющего варьировать форму и размеры рабочей части вкладыша. Технический результат достигается способом изготовления вкладыша пресс-формы, при котором тело вкладыша выполняют продольно-разрезным. Бочкообразную рабочую поверхность его частей - полувкладышей выполняют токарной обработкой из одной заготовки на специально предназначенной для этого оправке. Параметры бочкообразной поверхности выбирают исходя из следующих условий: высота бочки равна диаметру вкладыша, радиус образующей бочки равен половине диаметра вкладыша, радиус экватора бочки больше или равен радиусу образующей бочки, но меньше или равен диаметру вкладыша.

В патенте на изобретение № 2446187 (дата начала действия патента 17.06.2010) описан способ получения полимерного нанокомпозита, включает смешение термопласта с наполнителем - наноалмазом детонационного синтеза (ДНА) в расплаве термопласта в режиме упругой неустойчивости. Для этого выбирают температуру и напряжение сдвига, обеспечивающие значение числа Вайссенберга не менее 10. Соотношение компонентов следующее, мас.%: термопласт - 95-99,5, ДНА - 0,5-5. Изобретение позволяет получить полимерный нанокомпозит с повышенным модулем упругости, твердостью, ударной вязкостью, прочностью на разрыв. Такие материалы могут быть использованы для изготовления корпусов, полимерных пар трения (шестерни, подшипники и т.п.), а также в аэрокосмической отрасли, как обладающие повышенными механическими свойствами и стойкостью к агрессивным средам.

В патенте на изобретение № 2469860 (дата начала действия патента 17.07.2009) описано устройство для изготовления трехмерных объектов посредством затвердевания порошкового или жидкого материала. Сменная рама устройства для изготовления трехмерного объекта (3) содержит раму (1) и платформу (2), расположенную в раме (1) с возможностью вертикального перемещения, при этом рама (1) и платформа (2) образуют рабочее пространство упомянутого устройства. Сменная рама выполнена с возможностью введения в упомянутое устройство и извлечения из него, причем упомянутое устройство предназначено для изготовления трехмерного объекта (3) посредством затвердевания порошкового или жидкого материала (3а), предназначенного для изготовления упомянутого объекта (3) слой за слоем в местах в каждом слое, соответствующих поперечному сечению подлежащего изготовлению объекта (3). На обращенной к рабочему пространству внутренней стороне рама (1) содержит стеклокерамические пластины (13). Технический результат заключается в обеспечении нагрева рабочего пространства до высоких температур за счет небольшого коэффициента теплового расширения стеклокерамических пластин.

В патенте на изобретение № 2470963 (дата начала действия патента 12.06.2009) описаны реакторные термопластичные полиолефины, обладающие высокой текучестью и превосходным качеством поверхности, в состав которых входит (А) матрица из гомо- или сополимера пропилена, массовая доля которого составляет от 40 до 90% с индексом MFR по стандарту ISO 1133 (230°С, при номинальной нагрузке 2,16 кг)? 200 г/10 мин, и (В) эластомерный сополимер этилена и пропилена, массовая доля которого составляет от 2 до 30%, с характеристической вязкостью IV (по ISO 1628 в декалине в качестве растворителя)? 2,8 дл/г с массовой долей этилена более 50 и до 80% и (С) эластомерный сополимер этилена и пропилена, массовая доля которого составляет от 8 до 30%, с характеристической вязкостью IV (по ISO 1628 в декалине в качестве растворителя) от 3,0 до 6,5 дл/г и с массовым содержанием пропилена от 50 до 80%. Реакторные термопластичные полиолефины получают в технологическом процессе многоступенчатой полимеризации, включающем, по крайней мере, 3 последовательных этапа, в присутствии системы катализатора, включающей (i) прокатализатор Циглера-Натта, в состав которого входит продукт трансэстерификации низшего спирта и фталевый эфир сложных кислот, (ii) металлоорганический совместно действующий катализатор, и (iii) внешний донор, представленный формулой (I), Si(OCH2CH3)3(NR lR2), где значения R1 и R2 указаны в формуле изобретения. Также раскрыт многоступенчатый технологический процесс для производства указанных полиолефинов, включающий либо сочетание одного петлевого и двух или трех газофазных реакторов, либо сочетание двух петлевых и двух газофазных реакторов, соединенных последовательно. Полиолефины по изобретению используют для получения изделий литьем под давлением для автомобильной промышленности. Изобретение также относится к формованным изделиям, полученным из реакторных термопластичных полиолефинов. Полиолефины могут использоваться для литья под давлением больших профилей, у которых не появляется «рябь» и который одновременно демонстрирует хороший баланс «ударная вязкость/жесткость» и хорошую текучесть.

В патенте на изобретение № 2471811 (дата начала действия патента 02.10.2008) описан способ получения полимеров пропилена. Полученный полимер пропилена имеет скорость течения расплава (230°С, 2,16 кг) выше 30 г/10 мин. Способ осуществляется в присутствии каталитической системы, включающей (А) твердый каталитический компонент, содержащий Mg, Ti, галоген и электронодонорное соединение, выбранное из сукцинатов; (В) алкилалюминиевый сокатализатор; и (С) соединение кремния формулы R1Si(OR)3 , в которой R1 представляет собой разветвленный алкил и R представляет собой независимо C1-C10 алкил. Описан также способ получения композиции полимера пропилена и гетерофазные композиции. Технический результат - получение полимеров пропилена, обладающих одновременно широким молекулярно-массовым распределением и высокой скоростью течения расплава.

В патенте на изобретение № 2471817 (дата начала действия патента 10.01.2012) описан способ получения полиамида-6 эмульсионной полимеризацией капролактама. Способ включает приготовление реакционной массы из капролактама, воды в качестве инициатора и полиэтилсилоксановой жидкости, ее нагрев, предварительную выдержку, основную выдержку при 210-215°С, охлаждение и отделение образовавшихся гранул, причем реакционную массу готовят сначала из капролактама и воды, нагревают ее до 210-215°С, предварительную выдержку осуществляют при 210-215°С в течение 6-7 часов, а полиэтилсилоксановую жидкость, предварительно нагретую до 210-215°С, вводят в реакционную массу перед основной выдержкой, которую осуществляют в течение 5-15 часов. Технический результат заключается в повышении качества целевого продукта и снижении энергозатрат.

В патенте на изобретение № 2471832 (дата начала действия патента 05.11.2007) описан способ изготовления полиамидной огнестойкой композиции, в частности, пригодной для производства формованных изделий. Композиция на основе полиамида содержит цианурат меламина и новолак. Композиция пригодна для производства формованных изделий, обладающих высокой стабильностью размера и применяемых в технике электрических или электронных соединений, таких как прерыватели, выключатели, соединительные устройства.

Заявителем было обнаружено, что полиамидная композиция с низким содержанием новолака и относительно низким содержанием цианурата меламина, производного меламина, обеспечивает получение оптимальных результатов в области огнестойкости и обратного поглощения воды. В противоположность тому, что было известно до настоящего времени, новолак не изменяет свойства огнестойкости полиамидной композиции, содержащей производное меламина.

Кроме того в полиамидной композиции новолак и цианурат меламина действуют в синергизме, хотя эти два соединения, используемые в качестве агента огнестойкости, обычно действуют по-разному. На самом деле, новолак известен как агент, участвующий в формировании слоя углерода, изолирующего полиамидную матрицу от пламени. Цианурат меламина, напротив, известен своим воздействием на контролируемый разрыв связей полиамида, вызывающий образование капель расплавленного полиамида, препятствуя, таким образом, распространению горения.

3. Экспериментально-технологическая часть: «Разработка технологической оснастки и технологии изготовления полимерных деталей для комплектования сельскохозяйственного оборудования».

Разработка технологической оснастки начинается с изучения исходных данных на конкретное полимерное изделие. Исходные данные включают следующее:

чертеж изделия с указанием места расположения впускного литникового канала, следов разъема формообразующих деталей, выталкивателей и др.;

тип производства (массовое, серийное и пр.);

годовая программа выпуска изделия в шт.;

срок службы изделия;

механические нагрузки;

оборудование, которое можно использовать для изготовления изделия (прессы, термо- или реактопластавтоматы, высокочастотные генераторы, термостаты и т. д,);

данные технической характеристики оборудования, не содержащиеся в каталогах (применение нестандартного сопла, переходные плиты, постаменты и т. д.);

вспомогательное оборудование и приспособления (съемники кассет, изделий, загрузочные приспособления, приспособления для свинчивания изделий или знаков и др.) и их паспортные данные.

Рисунок 3. Ролик натяжной К 02.001

Деталь ролик натяжной К 02.001 (рис. 3) является элементом натяжника КМ 15.010 цепных передач в картофелекопателях КТН-2ВМ, КСТ-1,4, КСТ-1,4М и в копателях лука КЛ-1,4 и ПЛ-1 выпускаемых на ЗАО «Агропромсельмаш». Тип производства - мелкосерийное, годовая программа выпуска изделия - 4600 - 5000 шт. в год. Срок службы изделия - 5 лет. Режим работы полимерного участка предприятия односменный. Механическая нагрузка - сухое трение, так как смазывающие материалы желательно не использовать, в связи с тем, что работа уборочных машин происходит в условиях песочной пыли, которая оседая на смазке будет ускорять износ. Деталь имеет сравнительно небольшие размеры: наибольший диаметр 65 мм, высота 48 мм, вес - 0,112 кг.

Рисунок 4. Звёздочка натяжная КМ 15.040

В настоящее время вместо ролика натяжного К 02.001 используется звёздочка натяжная КМ 15.040 (рис. 4), которая представляет собой сборочную единицу состоящую из двух частей:

венец звёздочки К 07.604, материал заготовки - круг? 120 мм сталь 45, вес 0,5 кг;

ступица КМ 15.010.611, материал заготовки - круг? 56 мм ст 3, вес 0,28 кг.

Изготовление звёздочки натяжной КМ 15.040 достаточно трудоёмкий технологический процесс. И ступица и венец проходят сначала заготовительную операцию, которая заключается в резке заготовок на пилах. Далее следует первичная токарная обработка. После этого на венце нарезаются зубья и он подвергается термообработке. Далее венец звездочки сваривается вместе со ступицей в единое целое и наступает очередь чистовой токарной операции, где растачивается посадочное место под подшипник.

Для изготовления ролика натяжного К 02.001 потребуется литьевая пресс-форма с разъёмом в двух плоскостях, но учитывая мелкосерийность производства, изготовление такой формы будет нецелесообразным. Поэтому проанализировав техническую документацию ЗАО «Агропромсельмаш» я пришёл к выводу, что целесообразней будет изготавливать ролик гладким, так после токарной обработки мы сможем получить как ролик натяжной К 02.001, так и ролик КБ 08.050.001. Ролик КБ 08.050.001 был покупным, так как в 2012 г. у нас на производстве был разработан и внедрён в производство картофелеуборочный комбайн «Лидчанин-1», где на стол переборки он идёт в количестве 156 штук. Но учитывая небольшой выпуск комбайнов, порядка 20 шт. в год, было принято решение разработать литьевую пресс-форму для изготовления ролика гладкого К 00.001 и технологию изготовления ролика натяжного К 02.001 и ролика КБ 08.050.001.

В выборе материала главным приоритетом являются антифрикционные свойства, ударная стойкость, поэтому свой выбор останавливаю на Гроднамид антифрикционный ПА6-ЛТА-СВ30.

Для моделирования деталей, готовых изделий, технологической оснастки на их изготовление существует большое количество компьютерных программ: AutoCAD, Solid Works, Компас 3-d и другие. Поскольку данная деталь имеет небольшие размеры, не требует особой точности изготовления, то выбираем недорогой продукт. Это компьютерная программа трёхмерного моделирования российской компании «Аскон»: КОМПАС-3D V12. В качестве основного методологического источника используется «Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс» под редакцией Пантелеева А. П., Шевцова Ю. М. и Горячёва И. А.

Согласно чертежа изделия вычерчиваем 3-d модель и узнаём массово-центровые характеристики детали:

Масса M = 137,46 г;

Площадь S = 195,8 см2;

Объем V = 134,774 см3.

Согласно справочника Пантелеева для изготовления данного изделия подходит термопластавтомат Д 3134 - 500П с объёмом впрыска 500 см3, KuASY (табл. 6, стр. 22 ), который и выбираем, так как он есть на предприятии.

Производим расчёт количества отливок и требуемые усилия смыкания исходя из технических параметров термопластавтомата пользуясь данными справочной литературы (табл. 6, стр. 22 ).

Количество отливок (формула 7, стр. 66 ):

no = в1Qн /Qиk1 = 0,7 500/134,774 1,02 = 2,546,

где в1 = 0,7 - коэффициент использования машины; Qн = 500 см3 - номинальный объём автомата; Qи = 134,774 см3 - объём одного изделия; k1 = 1,02 - коэффициент учитывающий объём литниковой системы из расчёта на одно изделие.

Требуемое усилие смыкания (формула 5, стр. 65 ):

Ро = 0,1 q Fпр no k2 k3 = 0,1 32 97,9 2 1,1 1,25 = 861,52 кН?2500 кН,

где q = 32 МПа - давление пластмассы в оформляющем гнезде; Fпр = 97,9 см2 - площадь проекции изделия на плоскость разъёма формы; no = 2 - количество изделий в форме; k2 = 1,1 - коэффициент, учитывающий площадь литниковой системы в плане; k3 = 1,25 - коэффициент, учитывающий использование максимального усилия смыкания плит на 80 - 90 %.

На основании полученных расчётов видно, что на термопластавтомате Д 3134 - 500П с объёмом впрыска 500 см3 можно произвести отливку одновременно 2 изделий. Это возможно исходя из объёма впрыска и требуемого усилия смыкания.

Приступая к проработке формы, прежде всего необходимо правильно расположить в ней изделие, выбирая при этом оптимальное количество отливаемых изделий. Для этого следует учитывать конкретные условия производства (в том числе инструментального), план выпуска изделий, требуемую степень механизации и автоматизации формы,

Основные требования к положению изделия:

проекция в плане изделия или группы изделий должна располагаться симметрично относительно оси разъема пресса (термопластавтомата);

ориентировать изделие необходимо таким образом, чтобы при литье после разъема формы оно оставалось в ее в подвижной части;

окончательный выбор расположения изделия должен быть увязан с местом подвода впуска литниковой системы, системой охлаждения и товарным видом изделия.

Рисунок 5. Схема расположения деталей в форме.

На основании полученных расчётов прорисовываем схему расположения изделий в форме (рис. 5) После выбора схемы расположения изделия в литьевой форме приступаем к проектированию элементов литьевой формы в программном обеспечении Компас 3-d. Из справочной литературы (табл. 7, стр. 24 ) мы выбираем присоединительные размеры установочных элементов термопластавтомата, длину хода подвижной плиты, а также предельные размеры литьевой формы. В качестве материала для полуматриц, плиты знаков выбираем сталь 45, назначаем термообработку - закалка, с последующим отпуском. Для остальных плит (верхняя и нижняя, подкладочная плита, плиты толкателей) выбираем материал Ст 3. Колонки, литниковую и направляющие втулки, выталкиватели из стали У8 с последующей термообработкой.

Сначала вычерчиваем верхнюю и нижнюю полуматрицы располагая в них изделия согласно выбранной схемы. Толщину полуматриц принимаем предварительно 50 мм, исходя из того что минимальный размер формы в сборе должен составить 250 мм. Также предварительно принимаем что верхняя и нижняя плиты будут по 30 мм.

Ориентировочно ход подвижной части формы Lx можно определить по формуле для детали, требующей применения стержневых выталкивателей (стр 325 )

Lx = I + с = 48 + 60 = 108 мм < LM = 500 мм,

где I -- высота детали; с -- величина, учитывающая высоту центрального литника, просвет, необходимый для удаления детали, и т. д.; в формах со стержневой и точечно-стержневой литниковой системой величина с принимается равной 60 мм; LM = 500 мм -- ход подвижкой плиты машины (приводится в паспорте машины).

Одним из основных элементов формы является литниковая система, при помощи которой осуществляются соединение цилиндра с формой и ее заполнение.

d1 = dc +(0,4 - 0,6) = 4 +0,5 = 4,5 мм.

Оптимальная длина L центрального литникового канала зависят от его диаметра d1 и составляет 20 - 40 мм. Центральный литниковый канал обязательно выполняют коническим. Угол конуса определяется усадкой полимера и его адгезионными свойствами. Рекомендуемый угол конуса б = 3°. Следует отметить, что радиус сферы втулки r надо делать на 1 мм больше, чем радиус сферы сопла машины r1 для нормального прилегания втулки к соплу при смыкании. Непосредственно за втулкой для улавливания первой охлажденной порции массы и удержания литниковой системы в подвижной части формы обычно предусматривается специальное гнездо с обратным конусом.

Разводящие каналы располагаются в обеих полуформах. Площадь поперечного сечения разводящего канала определяется по эмпирической формуле (стр. 326 ):

Fрк? = = 16,235 мм2,

где Fnp = 3,14 3,122 = 32,47 мм2 -- наибольшая площадь поперечного сечения той части канала, которая предшествует рассчитываемой; nрк = 2 -- количество разветвляющихся разводящих каналов.

Наиболее благоприятная форма поперечного сечения таких каналов -- круглая, потому что в них наименьшая поверхность контакта массы со стенками канала, чем обеспечиваются наименьшие потери давления и тепла.

Поперечное сечение впускного канала в зависимости от принятой литниковой системы может быть трапециевидным, круглым (точечные литники), кольцевым. Площадь этого сечения определяется по формуле (стр. 328 ):

Fвк? = = 8,49 мм2,

где F0 = 3,14 2,33 = 16,98 мм2 -- площадь сечения входного отверстия основного канала; nвк = 2 -- количество впускных каналов.

Площадь поперечного сечения вентиляционных каналов определяется по следующей эмпирической формуле:

F, = 0,05 V = 0,05 134,774 = 6,739 мм2,

где V = 134,774 см3 -- обьем детали без полостей, арматуры; 0,05 -- коэффициент, имеющий размерность см-1.

Вентиляционные каналы выполняются прямоугольными с шириной меньшей, чем ширина впускного канала и глубиной от 0,03 до 0,06 мм. Каналы выполняются в форме после ее испытания только тогда, когда поперечное сечение зазоров в подвижных соединениях оказывается меньше рассчитанной величины Fв.

Смоделировав отдельные элементы формы посредством компьютерной программы собираем их в единое целое, визуально оценивая несовпадения и зазоры. По мере сборки смоделированной литьевой формы корректируем толщину плит. Длину хода выталкивателей определяем методом подбора, проверяя при этом согласованность движения отдельных элементов. На основе полученных 3-d моделей создается конструкторская и технологическая документация, необходимая для изготовления технологической оснастки.

Литература

полимерный материал деталь автотракторный

Дой М., Эдвардс С. - Динамическая теория полимеров. Пер. с англ. - М.: «Мир», 1998.

Крыжановский В. К., Бурлов В. В., Паниматченко А. Д., Крыжановская Ю. В., - Технические свойства полимерных материалов. - СПб. «Профессия», 2005.

Мирзоев Р. Г., Кугушев И. Д., Брагинский В. А. и др. - Основы конструирования и расчёта деталей из пласмасс и технологической оснастки для их изготовления. - Л. «Машиностроение» 1972.

А.П. Пантелеев, Ю.М. Шевцов, И.А. Горячев - Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс. - М.: «Машиностроение». 1986г.

Тагер А. А., - Физико-химия полимеров. - М. «Химия», 1968.

“Технические свойство полимерных материалов” Уч.- справ.пос. В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко, Ю.В. Крыжановская.-Спб., Издательство “Профессия”, 2003г.

“Конструирование литьевых форм в 130 примерах”. Под редакцией дипл.-инж. Э. Линднер, канд. тех. наук П. Унгер. Санкт-Петербург 2006г.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

    Характеристика оборудования для изготовления резиновых изделий. Расчет гнездности оснастки, исполнительных размеров формообразующих деталей, параметров шины, установленного ресурса оснастки. Материалы деталей, их свойства, технология переработки.

    курсовая работа , добавлен 30.10.2011

    Классификация механизмов, узлов и деталей. Требования, предъявляемые к машинам, механизмам и деталям. Стандартизация деталей машин. Технологичность деталей машин. Особенности деталей швейного оборудования. Общие положения ЕСКД: виды, комплектность.

    шпаргалка , добавлен 28.11.2007

    Технология изготовления деталей и узлов подсвечника, выбор материалов. Обоснование технологии изготовления деталей, выбор технологических переходов и операций. Последовательность изготовления художественного изделия методом обработки деталей давлением.

    курсовая работа , добавлен 04.01.2016

    Оценка технологичности изделия. Обзор методов изготовления деталей. Операции технологического маршрута. Обоснование сортамента заготовки и метода ее изготовления. Расчет режимов резания при токарной обработке. Разработка технологической оснастки.

    курсовая работа , добавлен 12.01.2016

    Технологическая карта изготовления карандашницы. Выбор материала, технологического маршрута обработки деталей по минимуму приведенных затрат, оборудования и технологической оснастки. Технико-экономические обоснование процесса изготовления изделия.

    презентация , добавлен 06.04.2011

    Методика выполнения кинематических, силовых и прочностных расчетов узлов и деталей энергетического оборудования. Особенности выбора материалов, вида термической обработки для узлов и деталей оборудования электростанций, а также системы их обеспечения.

    курсовая работа , добавлен 14.12.2010

    Определение трудоемкости выполнения работ по изготовлению тонколистовых деталей. Расчет численности персонала. Расчет количества необходимого технологического оборудования. Планировка участка. Разработка графика технологической подготовки производства.

    курсовая работа , добавлен 02.12.2009

    Назначение и конструктивные особенности деталей "шестерня" и "крышка". Выбор и обоснование способов получения заготовок; химические, механические и технологические свойства стали. Подбор оборудования и оснастки для отливки деталей; аналитический расчет.

    курсовая работа , добавлен 18.09.2013

    Расчет и разработка конструкции технологической оснастки для изготовления изделия "Гофра". Расчет гнездности оснастки. Конструирование формообразующих полостей. Расчет усадки и исполнительных размеров формообразующих деталей. Тепловой расчет оснастки.

    курсовая работа , добавлен 23.08.2014

    Особенности технологии изготовления типовых конструкций на примере корпуса цистерны. Изучение характера соединения деталей между собой, выбор способа сварки и оборудования. Способы транспортировки, установки и закрепления деталей, свойства материалов.

Изготовляют методом литья под давлением втулки подшипников скольжения и другие детали. Основными технологическими свойствами пластмасс являются: текучесть способность материала заполнять форму при определенной температуре и давлении; усадка уменьшение размеров готовой детали по сравнению с соответствующими размерами прессформы; скорость отверждения которая зависит от свойств и соотношения смолы и отвердителя а также температуры при которой происходит процесс отверждения. Поликапроамид обладая достаточной прочностью и стойкостью...


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Виды полимерных материалов и область их применения

При производстве, техническом обслуживании и ремонте машин широко используются полимеры, пластические массы и другие искусственные композиционные материалы.

Полимеры — это высокомолекулярные органические соединения искусственного или естественного происхождения, имеющие обычно аморфную структуру.

Пластмассы — композиционные материалы, изготовленные на основе полимеров, способные при заданных температуре и давлении принимать определенную форму, которая сохраняется в условиях эксплуатации. В зависимости от числа компонентов пластмассы бывают однокомпонентные (простые) и многокомпонентные (композиционные). Простыми являются, например, полиэтилен, полистирол, состоящие из синтетической смолы. В композиционных пластмассах (фенопласты, аминопласты и др.) смола является связующим для других компонентов. Ими являются наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители (активаторы), красители, смазочные вещества и другие компоненты, придающие пластмассе необходимые свойства.

Доля дополнительных компонентов может достигать 70 %. Это позволяет создавать композиционные материалы, обладающие в соответствии с потребностями производства совокупностью тех или иных свойств: достаточной прочностью, виброустойчивостью, хорошей химической стойкостью против действия кислот, щелочей и других агрессивных сред, высокими фрикционными или антифрикционными, шумопоглощающими, диэлектрическими, теплоизоляционными и другими свойствами.

В ремонтном производстве полимерные материалы применяют для: заделки в деталях трещин, пробоин и раковин; склеивания; восстановления формы и размеров изношенных деталей; герметизации стыков; изготовления быстроизнашивающихся деталей или отдельных их частей.

В зависимости от способности возвращаться под действием температуры в исходное состояние различают термореактивные и термопластичные полимерные материалы.

Термопластичные материалы или термопласты при повышении температуры переходят в пластическое состояние, а при охлаждении восстанавливают свои свойства. Поэтому они могут многократно перерабатываться. Применяя различные термические способы, термопласты наносят на поверхности деталей в виде покрытий различного назначения (антифрикционные, защитные, изоляционные и т.д.). Из некоторых термопластов (полиамидов типа капролактан, АК-7 и др.) изготовляют методом литья под давлением втулки подшипников скольжения и другие детали.

Важным эксплуатационным свойством термопластов является термостабильность — время, в течение которого термопласт может выдерживать определенную температуру, сохраняя свои свойства. Основными технологическими свойствами пластмасс являются: текучесть (способность материала заполнять форму при определенной температуре и давлении); усадка (уменьшение размеров готовой детали по сравнению с соответствующими размерами пресс-формы); скорость отверждения, которая зависит от свойств и соотношения смолы и отвердителя, а также температуры, при которой происходит процесс отверждения.

При ремонте широко применяются полиэтилен, поликапроамид, фторопласт и другие термопласты.

Полиэтилен отличается хорошей пластичностью, которая сохраняется даже при низкой температуре, что позволяет применять его для изготовления и восстановления гибких изделий (труб) и защитных покрытий.

Поликапроамид, обладая достаточной прочностью и стойкостью против воздействия щелочей и различных горючесмазочных материалов, применяется в качестве конструкционного материала для изготовления шестерен и втулок, нанесения на детали износостойких покрытий.
Фторопласт , благодаря высокой температуре плавления (327 °С), низкому коэффициенту трения, высокой износостойкости и практически отсутствию адгезии при контакте с металлами, применяется для изготовления втулок подшипников скольжения, работающих при температуре до 250 °С. По химической стойкости он превосходит все материалы, что обуславливает широкую область его применения в различных агрессивных средах. Отсутствие адгезионного взаимодействия с металлами затрудняет применение фторопласта для нанесения на них защитных покрытий напылением. Поэтому обычно применяют механическое крепление фторопластовых накладок к восстанавливаемым изделиям.

Термореактивные материалы или реактопласты (текстолит, волокнит, стекловолокнит, эпоксидные композиции и др.) отличаются тем, что при нагревании в результате химических реакций они необратимо переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. При повторном нагревании они могут разрушиться. Из термореактивных пластмасс при ремонте широко применяются композиции, включающие эпоксидные (ЭД-16, ЭД-20), фенольно-формальдегидные и другие смолы, отвердители, пластификаторы и иные компоненты.

При смешивании с отвердителем (полиэтиленполиамин, ароматические амины и др.) эпоксидная смола переходит в твердое и нерастворимое состояние. Этот процесс в зависимости от отвердителя может происходить при различной температуре. Например, при использовании в качестве отвердителя фтористого бора отвердение происходит при отрицательной температуре. С увеличением доли отвердителя повышается хрупкость композиционного материала, а при ее уменьшении процесс отвердения удлиняется, поэтому для получения качественного полимерного материала необходимо соблюдать установленные инструкциями рекомендации по соотношению смолы и отвердителя. Это относится и к другим компонентам полимерного состава.

Пластификаторы (дибутилфталат, триэтиленгликоль, тиокол и др.) служат для повышения ударной вязкости и прочности композиционного материала, снижения его чувствительности к термоциклическим напряжениям, придания эластичности и других требуемых свойств.

Наполнители неорганические (металлический порошок, графит, кварцевая и слюдяная мука, тальк, асбест, волокна углерода, стекловолокно, стеклоткань и др.) и органические (бумага, целлюлоза, древесная мука, хлопчатобумажная ткань и др.) позволяют управлять физико-механическими свойствами композиционного материала для повышения прочности, износостойкости, теплостойкости и т.д. Например, изменяя соотношение между содержанием металлических и неметаллических порошков, можно уменьшить усадку нанесенного полимерного покрытия и различие в значениях коэффициентов линейного расширения детали и покрытия, а за счет введения графита повысить его износостойкость. Применение волокнистых наполнителей позволяет получать на основе фенольно-формальдегидных смол широко применяемые для изготовления деталей машин волокнит, стекловолокнит и другие материалы повышенной прочности.

Термореактивные пластмассы применяют для заделки вмятин, трещин, пор и раковин в деталях из металлических и неметаллических материалов, для восстановления в корпусных деталях посадочных поверхностей под подшипники, а также изготовления новых деталей.

В зависимости от свойств пластмассы могут перерабатываться в детали в вязкотекучем состоянии (литье под давлением, выдавливание, прессование), в высокоэластичном состоянии (штамповка, пневмо- и вакуум формовка); в твердом состоянии (обработка, резание, склеивание, сварка) и другими методами.

Применение полимерных материалов при ремонте машин по сравнению с другими способами восстановления позволяет на 20—30 % снизить трудоемкость и на 15—20 % себестоимость ремонта, а также исключить сложные технологические процессы, характерные при нанесении металлических материалов и их обработке. Существенно (на 40—50 %) уменьшается расход конструкционных материалов (зачастую дефицитных и дорогих — цветных металлов и нержавеющих сталей) и соответственно — вес деталей. При этом полимерные материалы не снижают усталостную прочность восстановленных ими деталей, что во многих случаях позволяет не только заменить сварку или наплавку, но и восстанавливать детали, которые другими технологическими способами восстановить или невозможно, или невыгодно, или это сопряжено с тяжелыми условиями труда.

Для практического применения полимерных материалов обычно не требуется сложное технологическое оборудование, что важно в условиях ремонтного производства.

Недостатками полимерных материалов по сравнению с металлами являются меньшая прочность, интенсивное старение, низкая теплопроводность и тепловая стойкость отдельных материалов.

Эластомеры и герметики . Для герметизации и восстановления посадок неподвижных соединений применяются эластомеры и герметики, в том числе анаэробные. Эластомеры выпускаются в виде листов толщиной 2—5 мм, из которых на основе ацетона готовят рабочий раствор. Для этого необходимое количество эластомера разделяют на мелкие кусочки, которые заливают в стеклянной емкости расчетным в соответствии с инструкцией количеством ацетона и выдерживают в нем до растворения. Полученный раствор необходимо хранить в плотно закрытых емкостях. Удобны готовые к применению эластомеры на основе резины холодного химического отверждения, которые представляют собой двухкомпонентные материалы, поставляемые в жидком или пастообразном состоянии. Их применяют для восстановления резиновых покрытий деталей, шлангов, изоляции, а также для отливки нестандартных форм манжет, уплотнений и прокладок.

Покрываемая поверхность детали подвергается пескоструйной очистке или шлифованию до полной очистки и придания ей повышенной шероховатости для улучшения сцепления с покрытием. Перед нанесением покрытия подготовленную поверхность обезжиривают специальным средством или ацетоном. Оба компонента наносимого материала (основу и активатор) смешивают между собой для обеспечения однородности смеси и удаления из нее воздуха. При устранении больших трещин и сколов рекомендуется покрытие армировать стеклотканью, что увеличивает его прочность.

Наиболее эффективным герметизирующим материалом являются герметики на основе полимеров и олигомеров. Применяются герметики термопластичные и термореактивные, высыхающие и невысыхающие, полимеризующиеся, вулканизирующие и нетвердеющие.

Таблица 4.11

Анаэробные герметики представляют собой однокомпонентные материалы, которые содержат акриловые и сложные метакриловые эфиры и перекись водорода. Они эффективны для герметизации резьбовых и фланцевых соединений пневматических и гидравлических систем с использованием различных материалов в сопрягаемых поверхностях. При этом кроме герметизации увеличиваются прочность и жесткость соединений, устраняются зазоры (0,2—0,7 мм) и обеспечивается защита поверхностей от коррозии. Время полной полимеризации для разных герметиков от 24 до 72 часов. Начало эксплуатации возможно сразу после отверждения. При выборе марки герметика учитывается зазор между уплотняемыми деталями и температура окружающей среды, которая влияет на вязкость состава.

Анаэробные герметики эффективны также при пропитке (заделке) мелких трещин и пор в заготовках, полученных методами литья и давления, и в сварных швах. В этом случае герметик наносится без применения активатора на очищенную и обезжиренную поверхность с дефектами 2—3 раза через 15—20 мин. Для ускорения отверждения герметика изделие выдерживают при температуре 60—90 °С в течение 0,5—2 ч.

В ремонтном производстве широко применяются анаэробные составы типов ДН, Анатерм, Унигерм и др. Они представляют собой композиции, которые могут длительное время находиться в текучем состоянии и отверждаться при отсутствии контакта с кислородом воздуха. Время отверждения зависит от температуры окружающей среды, а максимальная прочность отвержденного материала достигается через 24 ч.

Эти составы обладают высокой проникающей способностью и поэтому способны заполнять микронеровности и микротрещины в деталях, зазоры в сопряжениях между ними, равные 0,05—0,2 мм. При полимеризации они переходят в твердое устойчивое состояние с образованием прочного соединения, стойкого к изменению температуры в диапазоне -60... +150 °С и агрессивному воздействию окружающей среды. Это позволяет пропитывать и заделывать поры в литых и прессованных заготовках, надежно фиксировать взаимное положение деталей в различных соединениях (гладких плоских и цилиндрических, резьбовых, профильных и др.). При этом сопрягаемые детали могут быть изготовлены из разных материалов в любых сочетаниях.

Весьма эффективно применение анаэробных материалов при сборке неподвижных соединений. Например, при установке подшипников с применением анаэробного материала не только устраняются коррозионные и другие разрушения посадочных поверхностей, но также обеспечивается беззазорное сопряжение с ними колец подшипников. После снятия подшипника, установленного таким образом, посадочная поверхность сохраняется чистой, и при последующем ремонте требуется лишь повторно нанести герметик без ее обработки.

Анаэробные материалы не взаимодействуют с водой, растворителями, смазочными материалами и обеспечивают надежную антикоррозионную защиту уплотняемых деталей. Это позволяет значительно повысить надежность конструкций. Важно и то, что большинство из этих материалов являются экологически безопасными.

Перед нанесением анаэробного герметика деталь должна быть тщательно очищена от загрязнений соответствующими методами (механическим, химическим и др.) и обезжирена.

Клеевые материалы . Клеевые материалы часто являются растворами различных синтетических смол в органических растворителях. Их выпускают в виде смешиваемых перед использованием компонентов, а также в виде пленки, порошка, гранул. В ремонтном производстве чаще применяются эпоксидные клеевые материалы, что обусловлено их высокой адгезией и нейтральностью по отношению к склеиваемым материалам, малой усадкой, устойчивостью к коррозионным и другим воздействиям. Армирование стекловолокном расширяет область применения этих клеевых материалов и позволяет устранять большие по размерам пробоины и трещины в деталях, работающих при температуре -70... +120 °С. Недостатком эпоксидных клеевых композиций является токсичность компонентов.

Широко применяются также клеи акриловые (типов АН, КВ), цианакриловые (типов ТК, КМ, МИГ) и силиконовые, которые позволяют прочно соединять между собой детали из различных материалов, уплотнять зазоры и трещины, снижать вибрацию и шум, изготавливать уплотнения и прокладки любой формы. Особенностью цианакриловых клеев является быстрое отверждение (для большинства их марок время схватывания составляет 1 мин). Рабочая температура клеевых соединений может изменяться от -50 до +250 °С.

Применение клеевых композиций позволяет склеивать детали, устранять трещины длиной до 150 мм, пробоины площадью до 2,5 см 2 , сколы, коррозионно-эрозионные и др. разрушения, а также создавать износостойкие графитовые и иные покрытия.

По сравнению со сваркой можно соединять детали из разнородных материалов при отсутствии внутренних напряжений и коробления с применением более простого технологического оборудования, при меньшей трудоемкости и стоимости ремонта.

Металлополимеры представляют двухкомпонентные композиционные материалы, которые на 70—80 % состоят из мелкодисперсных металлических порошков (никель, хром, цинк) и специальных олигомеров (полимеров с низкой молекулярной массой), образующих при отверждении полимерные покрытия повышенной прочности за счет использования поверхностной энергии материалов. Металлополимеры отличаются высокой адгезией к различным металлическим и неметаллическим материалам, включая пластмассы, за исключением фторопласта и полиэтилена, что позволяет производить ими высококачественную холодную молекулярную сварку, относящуюся к прогрессивным высокотехнологичным способам восстановления деталей машин. Она выполняется с помощью композиционных металлополимерных материалов, которые могут подвергаться обработке резанием.

Кроме того, эти материалы надежно защищают детали машин от коррозии и эрозии в агрессивных средах с повышенной влажностью и испаряемостью. Их рабочая температура находится в диапазоне -60... +180 °С при максимальной термостойкости до 200—220 °С. Предел прочности современных металлополимеров составляет (МПа): при сжатии 120—145, при изгибе 90—110, на сдвиг 15—25. Важными преимуществами металлополимерных материалов является отсутствие изменения объема при полимеризации, их эластичность, исключающая негативное влияние различия в коэффициентах линейного расширения материалов детали и покрытия.

Благодаря этим свойствам металлополимеры позволяют создавать методом холодной сварки высокопрочные соединения различных материалов, восстанавливать размеры, форму и целостность деталей, наносить на их рабочие поверхности износостойкие покрытия с эффектом самосмазывания, решать другие задачи ремонта.

Металлополимеры применяются для устранения аварийных течей в трубопроводах и емкостях, восстановления посадочных мест под подшипники качения на валу и в корпусе, резьбовых соединений и «разбитых» шпоночных пазов, устранения дефектов чугунного и стального литья (раковины, трещины), ремонта корпусных деталей (выбоины, сколы и т.д.), а также для защиты деталей машин от коррозии, абразивного износа, эрозии.

Преимущества применения металлополимеров :

— не требуются термическое или механическое воздействие на восстанавливаемую поверхность, специальное технологическое оборудование и защитная среда;

— экологически безопасные условия труда, так как применяемые компоненты металлополимера не содержат и не образуют при взаимодействии между собой и с покрываемым материалом летучие токсичные вещества;

— пожаробезопасность ремонтно-восстановительных работ.

Нанесение полимерных материалов на детали

В ремонтном производстве полимерные покрытия наносят на детали газопламенным методом, а также расплавлением порошка в псевдоожиженном состоянии.

Газопламенное напыление порошковых полимерных материалов осуществляется на установках аналогично напылению порошковых металлических материалов. Покрываемые поверхности тщательно очищают от всех видов загрязнений и окислов, а поверхности, не подлежащие покрытию, защищают экранами из фольги или асбеста. Перед напылением деталь покрывают теплоизоляционным грунтом и нагревают газовой горелкой до температуры, превышающей температуру плавления полимерного порошка, что предохраняет покрытия от растрескивания после охлаждения.

При напылении порошок полимера подается в газовое пламя инжекторной газовой горелки и струей сжатого воздуха под давлением 0,4—0,6 МПа в расплавленном состоянии наносится на поверхность детали. Порошок расплавляется под действием газового пламени и предварительно нагретого изделия. Используются специальные порошки, например, ТПФ-37, ПФН-12, а также полиэтилен, капрон, полистирол и различные составы из этих и других полиамидных материалов с наполнителями. Толщина покрытия может достигать 10 мм. За один проход покрывается поверхность шириной 20—70 мм. После нанесения покрытия его дополнительно прогревают пламенем горелки или в нагревательном устройстве и для уплотнения прокатывают металлическим валиком.

При напылении неметаллических материалов деталь часто не подогревают, а покрывают специальным клеем, обеспечивающим более прочное сцепление покрытия с изделием.

При ремонте машин газопламенное напыление полимерных материалов применяют для заделки мелких дефектов деталей и следов сварки, нанесения антифрикционного, антикоррозионного, электроизоляционного, теплоизоляционного и декоративного покрытий.

Нанесение покрытия в псевдоожиженном слое порошка . Полимерное покрытие на деталях создается за счет расплавления порошка с размером частиц 0,1—0,15 мм, находящегося в псевдоожиженном состоянии, под действием тепла предварительно нагретой детали. Разновидности этого метода различаются способом перевода наплавляемого порошка в псевдоожиженное состояние. Из них получили применение вихревой, вибрационный и комбинированный способы.

При вихревом методе псевдоожиженное (взвихренное) состояние порошка создается потоком воздуха или инертного газа. Оборудование представляет собой камеру 2 (рис. 4.65), которая разделена на две части пористой перегородкой 6 и фильтром 5, обеспечивающими поступление воздуха из нижней части камеры в верхнюю. В верхней части камеры на фильтр насыпают слой наплавляемого порошка, толщина которого должна быть не менее 100 мм. Фильтр 5 препятствует засорению порошком отверстий в перегородке и пересыпанию его из верхней части камеры в нижнюю.

Рис. 4.65. Схема установки для вихревого напыления полимерного покрытия: 1 — баллон; 2 — камера; 3 — порошок; 4 — напыляемая деталь; 5 — тканный фильтр; 6 — пористая перегородка; 7 — вытяжное устройство; 8 — отсасывающее устройство

Из баллона 1 в нижнюю часть камеры подают под давлением 0,1—0,2 МПа инертный газ, который, пройдя через перегородку и фильтр, приводит порошок 3 во взвешенное (псевдоожиженное) состояние.

Восстанавливаемую деталь 4, нагретую до температуры выше температуры плавления данного полимера, помещают в псевдоожиженный слой полимерного порошка, который, контактируя с нагретой деталью, расплавляется, образуя на ней тонкослойное покрытие. Места, не подлежащие покрытию, необходимо изолировать фольгой, жидким стеклом или другим легко удаляемым материалом.

В зависимости от температуры нагрева детали, времени нахождения ее в порошке, теплопроводности и температуры его плавления толщина покрытия может составлять 0,08—1 мм. Качественное покрытие формируется независимо от сложности формы детали, что является существенным преимуществом данного способа. Он находит применение для создания антифрикционных и защитных покрытий.

Для снятия внутренних напряжений деталь после нанесения покрытия нагревают и выдерживают в масле при температуре 150—160 °С в течение 15—60 мин.

Вибрационным способом псевдоожиженное состояние наплавляемого порошка создается за счет сообщения камере специальным вибратором колебаний с частотой 50—100 Гц. Это обеспечивает более равномерное и качественное покрытие толщиной до 1,5 мм. По сравнению с вихревым вибрационный способ является более экономичным, так как не требуется сжатый воздух, а благодаря тому, что деталь не охлаждается потоком газа, исключены связанные с этим потери тепла, накопленного ею при нагревании перед нанесением покрытия. За счет этого, при прочих равных условиях, обеспечивается большая толщина формируемого покрытия. После нанесения покрытия деталь помещают в камеру для оплавления.

Комбинированный (вибровихревой) способ представляет собой сочетание рассмотренных выше. При этом способе камере с псевдоожиженным газом порошком сообщают с помощью специального устройства колебания с частотой 50—100 Гц и амплитудой до 10 мм. Благодаря этому повышается качество покрытия и обеспечивается возможность наносить покрытия большей толщины, чем при вихревом или вибрационном способе.

Достоинства вибровихревого метода по сравнению с вихревым и вибрационным следующие:

— надежное и более равномерное псевдоожижение порошка по всему объему, включая порошки, склонные к слипанию и комкованию;

— увеличение до 2 раз отношения объема порошка в псевдоожиженном состоянии к объему насыпного порошка;

— хорошее псевдоожижение смеси порошков полимеров и наполнителей и отсутствие их расслоения во время формирования покрытия;

— равномерная по высоте детали и увеличенная при тех же условиях толщина покрытия.

Восстановление целостности деталей и герметичности разборных соединений

С применением полимерных материалов восстанавливают целостность деталей путем заделки дефектов в виде трещин и пробоин или склеивания.

Трещины в корпусных деталях устраняют с помощью клеевых композиций на основе эпоксидных смол и других материалов. Они выбираются в зависимости от материала детали и размеров трещин. Существуют клеевые составы для ремонта чугунных, стальных, алюминиевых и пластмассовых деталей, некоторые из них указаны в табл. 4.11. При восстановлении деталей, работающих в условиях вибрации, в эпоксидные составы вводят до 30 % тонко измельченной слюды и резины.

Применение полимерных материалов дает хорошие результаты только при тщательной подготовке поверхности в зоне дефекта. Для обеспечения надежной адгезии полимера с деталью ее поверхность должна быть тщательно очищена от загрязнений, зачищена и обезжирена. Для улучшения сцепляемости полимера с поверхностью детали на ней создают повышенную шероховатость. Следы краски и коррозии на подготовленной поверхности не допускаются.

Типовая технология заделки трещин в корпусной детали включает следующие операции:

1. Подготовка детали к ремонту. Она включает: засверливание на концах трещины отверстий диаметром 2,5—3 мм; разделывание фаски (при толщине стенки свыше 1,5 мм) вдоль трещин под углом 60—70° на глубину 1—3 мм; зачистка до металлического блеска прилегающей к трещине поверхности шириной 25—30 мм; обезжиривание зачищенной поверхности. При длине трещин до 50 мм фаску допускается не снимать.

2. Приготовление полимерного материала в соответствии с рекомендациями для данного материала. Например, эпоксидная композиция готовится в следующей последовательности: разогревание эпоксидной смолы до жидкого состояния; смешивание ее в определенной пропорции с пластификатором; введение в состав необходимых наполнителей и тщательное перемешивание. Непосредственно перед применением в эпоксидный состав добавляют и тщательно перемешивают отвердитель. Полученный состав должен быть использован в течение 20—30 мин.

3. Нанесение полимерного состава, соответствующего материалу детали, и втирание его в трещину. Эпоксидный состав затвердевает при комнатной температуре или с применением дополнительного нагревания после частичного отверждения и выдерживания при температуре 80 °С. Нагревание детали сразу после нанесения состава не допускается, так как приводит к его отеканию, неравномерности по толщине и недостаточной прочности.

4. Испытание на герметичность заделанной трещины под давлением 0,3—0,4 МПа. Просачивание воды через заделанную трещину не допускается.

Для повышения прочности соединения при длине трещин более 30 мм применяют стеклотканевые накладки, которые укладывают в несколько слоев с нанесением между ними клея. Предварительно их очищают в кипящей воде в течение 2—3 ч и обезжиривают ацетоном. Первая накладка должна перекрывать трещину на 15—20 мм, а каждая последующая — перекрывать контур предыдущей накладки на 5—10 мм. Каждую накладку прокатывают валиком для удаления из-под нее воздуха и уплотнения соединения. Количество накладок зависит от длины трещины и обычно не превышает трех. Отставание накладок не допускается.

При длине трещины более 150 мм применяют дополнительно металлическую накладку толщиной 1,5—2 мм с перекрытием трещины на 40—50 мм. Ее устанавливают на клеевой состав с последующим механическим скреплением с восстанавливаемой деталью винтами, расположенными на расстоянии 50—70 мм друг от друга.

Детали с пробоинами также ремонтируют с установкой накладок. При диаметре пробоин до 25 мм их изготавливают из стеклоткани, а при большем диаметре применяют металлические пластины, которые должны плотно прилегать к детали. Для этого их прикрепляют винтами, а также предусматривают дополнительные сверления в пластине и стенке корпуса, которые заполняются клеевым составом, повышающим после отверждения прочность заделки пробоины.

Рассмотренный способ заделки трещин и пробоин может применяться, если дефекты расположены на плоских поверхностях деталей. На фасонных поверхностях эти дефекты устраняют обычно сваркой или комбинированным способом, когда на сварочный шов для его герметизации наносят слой эпоксидной композиции.

Хорошие результаты при заделке трещин дает применение фигурных стягивающих вставок с последующей герметизацией трещины нанесением полимерного материала.

Склеивание при ремонте машин применяется для соединения между собой частей детали или разных деталей из одинаковых и различных (металлических и неметаллических) материалов. Применяют клеи типов БФ, ВС, ВК, эпоксидные составы и др. Технология склеивания включает подготовку соединяемых поверхностей, нанесения на них клеевого состава, соединение деталей между собой и при необходимости термообработку для полного его отверждения и повышения прочности.

Подготовка поверхностей при склеивании проводится аналогично, как при заделке трещин. Для обеспечения одинаковой толщины клеевого слоя требуется более тщательная пригонка склеиваемых поверхностей друг к другу, а их шероховатость после зачистки должна составлять примерно Rz = 20 мкм для лучшего сцепления с клеем.

Для склеивания металлических деталей между собой применяются клеи БФ-2 и БФ-4, представляющие спиртовые растворы термореактивных смол. Они имеют теплостойкость до 80 °С, а предел прочности клеевого соединения при сдвиге составляет 40—60 МПа. Клей наносят в 2—3 слоя так, чтобы их общая толщина составляла 0,1—0,2 мм. При большей толщине сила сцепления клея с деталью уменьшается в 1,5—2 раза. Склеиваемые детали сжимают между собой под давлением 0,5—1 МПа и в этом состоянии выдерживают при температуре 140—150 °С в течение 0,5—1 ч.

Клей БФ-2 применяют также для сборки неподвижных соединений при зазоре между сопрягаемыми деталями до 0,15 мм. При большей величине зазора используется эпоксидный состав, который наносят в один слой.

Клей ВС-10Т, представляющий раствор синтетических смол в органических растворителях, применяется для приклеивания фрикционных накладок, работающих при температуре -60... +100 °С.

Восстановление неподвижных цилиндрических и резьбовых соединений

Для восстановления цилиндрических соединений типа кольцо подшипника — корпус, цилиндрический стакан — корпус применяют полимерные композиции, эластомеры и анаэробные герметики. Во всех случаях поверхности зачищают до чистого металла, обезжиривают ацетоном и высушивают. Применяют два способа восстановления таких соединений с помощью полимерных материалов.

Первый способ характеризуется тем, что отверждение полимерного материала производится после сборки соединения. Он применяется обычно при зазоре в соединении до 0,2 мм. На поверхность детали наносят полимерный материал (эпоксидный состав А или металлополимер), который выдерживают определенное время на открытом воздухе для предварительного отверждения, собирают соединение, удаляют излишки нанесенного материала, а оставшийся между соединяемыми деталями материал подвергается отверждению. В результате создается беззазорное соединение деталей.

Второй способ отличается тем, что нанесенный полимерный материал обрабатывают, обычно растачиванием, после его отверждения для получения номинального или ремонтного размера восстанавливаемой поверхности. Более эффективным и простым в реализации по сравнению с растачиванием является способ восстановления посадочных поверхностей в корпусных деталях методом размерного калибрования отверстий, покрытых полимерным материалом. Калибрование проводится после частичного его отверждения и позволяет исключить операцию растачивания восстанавливаемого отверстия.

При применении этого способа выполняются следующие основные операции: очистка и обезжиривание восстанавливаемого отверстия; нанесение на подготовленную поверхность полимерного материала толщиной 1—1,5 мм и частичное его отверждение; калибрование восстанавливаемого отверстия; окончательное отверждение нанесенного материала и контроль качества покрытия.

Калибрование полимерного покрытия 1 (рис. 4.66) производится на прессовом оборудовании, специальных стендах или металлорежущих станках (вертикально-сверлильных или токарных) с помощью оправки 2, которую под действием усилия Р проталкивают без относительного вращения через восстанавливаемое отверстие. Оправку предварительно смазывают маслом или техническим солидолом для уменьшения трения.

Метод калибрования позволяет формировать покрытое полимерным составом отверстие под заданный (номинальный или ремонтный) размер соединения деталей, обеспечивая высокую производительность и стабильное качество восстановления.

При ремонте неподвижных подшипниковых соединений (корпус-подшипник, вал-подшипник и др.) часто применяют также эластомеры и герметики. Эластомер наносят послойно с определенным интервалом времени между слоями до получения заданной толщины покрытия. Толщина одного слоя находится в пределах 0,01—0,015 мм, а допускаемая его общая толщина зависит от марки наносимого материала и применяемой технологии. При необходимости проводят термообработку покрытия, режим которой зависит от его состава. Неподвижные соединения с покрытием из эластомера или герметика собирают запрессовкой с натягом 0,01—0,03 мм.

Благодаря малой толщине одного слоя покрытия применение эластомеров эффективно также для восстановления неподвижных соединений при ослаблении посадки, например, между кольцом подшипника или стаканом и корпусом.

При износе посадочного отверстия в корпусной детали эластомер наносят на поверхность наружного кольца подшипника (стакана) до получения необходимой посадки в соединении.

Часто посадочные поверхности в корпусах восстанавливают вклеиванием с помощью эпоксидного состава А изготовленных с необходимой точностью втулок. В этом случае последующая механическая обработка не требуется. Посадочные отверстия восстанавливают также с применением полимерных материалов и свертных втулок. Втулку вклеивают в восстанавливаемое отверстие и после частичного отверждения полимерного материала раскатывают до получения необходимого размера.

Для фиксации колец подшипников в корпусе или на валу с помощью анаэробных герметиков подготовленные поверхности сопрягаемых деталей покрывают одинаковым по толщине слоем герметика. Для повышения точности восстанавливаемого соединения сопрягаемые детали центрируют относительно друг друга с помощью специального приспособления и выдерживают в нем при комнатной температуре, пока анаэробный материал не приобретет прочность, обеспечивающую сохранение относительного положения сопрягаемых деталей вне этого приспособления. В зависимости от марки герметик приобретает полную прочность через 3—24 ч. Марку герметика выбирают в зависимости от зазора в соединении. Например, максимальный зазор в соединении при применении герметика АН-1 составляет 0,07 мм, а герметика АН-6 — 0,7 мм. С увеличением толщины слоя герметика долговечность соединения снижается. Для повышения прочности и расширения технологических возможностей в герметики вводят наполнители.

Для восстановления резьбовых поверхностей и соединений применяются эпоксидные составы, металлополимеры и герметики.

Технология восстановления резьбовых поверхностей методом холодной сварки с помощью металлополимеров отличается простотой и малой трудоемкостью. Резьбовую поверхность эталонного болта смачивают специальной разделительной жидкостью (двухпроцентным раствором поли-изобутилена в бензине) и покрывают металлополимером, например, ремонтно-композиционным материалом. Затем болт ввинчивают в очищенное и обезжиренное восстанавливаемое резьбовое отверстие. Благодаря разделительной жидкости, металлополимер сцепляется только с материалом восстанавливаемой детали. После затвердевания металлополимера болт вывинчивают из отверстия. Высокое качество восстановления резьбовых поверхностей возможно только при правильном выборе полимерного материала исходя из его свойств и условий эксплуатации резьбового соединения.

Сильно изношенные резьбовые отверстия в корпусных деталях часто восстанавливают установкой ввертышей, для более надежного закрепления которых в детали используется эпоксидный состав А.

При небольшом износе резьбовое соединение восстанавливают путем нанесения эпоксидного состава на подготовленные резьбовые поверхности обеих деталей соединения. При износе до 0,3 мм применяют состав Е или анаэробный герметик, а при износе более 0,3 мм — составы Б или В в зависимости от материала детали. Для стопорения резьбовых соединений применяют анаэробный герметик или состав Е. Эффективность использования указанных материалов зависит от соблюдения режима их отверждения и требований к подготовке поверхностей.

Восстановление деталей прессованием

Прессование применяется для ремонта деталей с помощью пластмассы. Восстанавливаемую деталь помещают в пресс-форму, рабочая полость которой имеет размеры новой детали, и в нее подают пластмассу. Для термореактивных пластмасс применяют компрессионное, а для термопластичных — литьевое прессование.

При компрессионном прессовании восстанавливаемую деталь 7 (рис. 4.67) устанавливают с базированием по элементу 6 в нижнюю часть 5 пресс-формы на опору 9. На нижнюю часть устанавливают верхнюю часть 3 пресс-формы и через отверстие 2 засыпают термореактивный порошок, который расплавляют нагревательным устройством 4.

Рис. 4.67. Схема компрессионного прессования: 1 — пуансон; 2 — загрузочное отверстие; 3 — верхняя часть пресс-формы; 4 — нагревательное устройство; 5 — нижняя часть пресс-формы; 6 — базирующий элемент; 7 — деталь; 8 — выталкиватель; 9 — опора; 10 — слой пластмассы

Под действием давления, создаваемого пуансоном 1, расплав порошка заполняет в пресс-форме свободные полости, в результате чего на детали 7 создается пластмассовый слой 10. После охлаждения деталь из пресс-формы удаляется выталкивателем 8.

При литьевом прессовании термопластичный полимерный материал расплавляют в литьевой машине и подают под давлением через литник 1 (рис. 4.68) в пресс-форму, между верхней 2 и нижней 3 частями которой предварительно устанавливают восстанавливаемую деталь 4. Пресс-форму до заполнения полимерным материалом подогревают до температуры 80—100 °С. В результате заполнения свободного пространства в пресс-форме полимерным материалом он образует на детали 4 слой 10 необходимой толщины. Прессованием можно восстанавливать вкладыши подшипников, крыльчатки водяных насосов и т.д.

Особенности механической обработки полимерных покрытий

Особенности механической обработки полимерных покрытий обусловлены их свойствами. Из-за абразивного действия наполнителей износ режущего инструмента при обработке полимерных материалов может быть больше, чем при обработке металлов. Низкая теплопроводность полимерного материала является причиной более интенсивного отвода тепла из зоны резания через режущий инструмент, что требует его надежного охлаждения. Для охлаждения инструмента и одновременного удаления стружки рекомендуется использовать не смазочно-охлаждающую жидкость, а сжатый воздух. Во избежание выкрашивания покрытия под действием сил резания необходимо применять остро заточенные инструменты. Диаметр сверла следует выбирать на 0,5—0,15 мм больше диаметра отверстия, указанного на чертеже, так как диаметр отверстия, просверленного в полимере, обычно уменьшается.

Шлифование полимеров выполняют абразивными кругами со скоростью резания 30—40 м/с. Для обработки термопластов рекомендуется применять не цельные из абразивного материала, а круги, набранные из плотных полотняных, суконных и фланелевых кружков. Диаметр кругов 300—500 мм, толщина 80—90 мм. Их пропитывают абразивной пастой из тонко измельченной пемзы с водой. Шлифование должно вестись при легком прижиме круга к обрабатываемой поверхности, чтобы исключить разогревание покрытия.

Для шлифования термореактивных материалов применяют белый электрокорунд с зернистостью 46 и твердостью СМ-1. Глубина резания до 0,5 мм, скорость перемещения детали 0,5 м/мин, скорость резания 35 м/с.

При использовании полимерных материалов, особенно эпоксидных композиций и синтетических клеев, необходимо строго соблюдать меры техники безопасности, так как многие компоненты, входящие в их состав, токсичны и огнеопасны.

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
9460. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН 9.47 MB
Восстановление детали независимо от степени износа возможно различными экономически целесообразными методами. Выбор конкретного метода зависит в первую очередь от того какие эксплуатационные свойства детали должны быть обеспечены при ее восстановлении. К ним относятся: целостность и масса детали распределение массы между отдельными элементами и ее уравновешенность; сплошность состав и структура материала; усталостная прочность жесткость и другие характеристики детали; точность геометрической формы размеров и относительного...
9476. РЕМОНТ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ 8.91 MB
Высокая экономическая значимость этого при ремонте машин обусловлена тем что восстановлению подвергаются их наиболее сложные и дорогие детали. Виды технологических процессов восстановления Технологический процесс восстановления детали представляет совокупность действий направленных на изменение ее состояния как ремонтной заготовки с целью восстановления эксплуатационных свойств. Единичный технологический процесс предназначен для восстановления конкретной детали независимо от типа производства Типовой технологический процесс разрабатывается...
9462. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПРАВКОЙ 9.43 MB
Основное назначение сварки восстановление целостности детали создание неразъемных соединений между частями одной детали или разными деталями. Виды сварки. Основные применяемые в ремонтном производстве виды сварки приведены в табл.1 Разновидности и технические возможности способов сварки.
12119. Получение из высокоуглеродистых шунгитовых пород многофункционального наноразмерного наполнителя полимерных композиционных материалов 17.69 KB
Краткое описание разработки Углеродные наполнители широко используются при создании многофункциональных композиционных материалов работающих в условиях агрессивных сред и высоких температур. Применение шунгитового наполнителя ШН позволяет расширить спектр используемых полимерных матриц и области применения углеродных наполнителей благодаря влиянию ШН на процесс переработки композиционных материалов. В основу получения НШН была положена задача разработки высокотехнологичного экологически безопасного и экономичного способа переработки...
9470. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМИ И ХИМИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ 3.78 MB
Электролитическое наращивание металлов основано на явлении электролиза – химического процесса, происходящего при прохождении постоянного тока через электролит, которым служит раствор солей металла, наращиваемого на изношенную деталь. Электроды 3 и 4 опущены в электролит и подключены к источнику питания...
9466. Восстановление деталей наплавкой твердыми сплавами 1.74 MB
При наплавке сильно изношенных деталей а также чугуна применяют комбинированный способ при котором сначала газопламенной или электродуговой наплавкой восстанавливают размеры детали после чего электродуговой наплавкой с применением угольного электрода наплавляют...
9457. ДЕФЕКТОСКОПИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН 5.03 MB
Дефект - несоответствие изделия требованиям, определенным нормативной или технической документацией, что может быть причиной отказа. По причинам возникновения дефекты подразделяют на конструктивные, производственные и эксплуатационные.
9451. ОЧИСТКА МАШИН, УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ 14.11 MB
Эксплуатационные загрязнения образуются на наружных и внутренних поверхностях машин узлов и деталей. Осадки образуются из продуктов сгорания и физикохимического трансформирования топлива и масла механических примесей продуктов износа деталей и воды. Опыт и исследования показывают что благодаря качественной очистке деталей в процессе их восстановления повышается ресурс отремонтированных машин и возрастает производительность труда.
14777. Выбор посадок и допусков для деталей машин и приборов 1.51 MB
Подшипники качения, работающие при самых разнообразных нагрузках и частотах вращения, должны обеспечивать точность и равномерность перемещений подвижных частей машин и приборов, а также обладать высокой долговечностью. Работоспособность подшипников качения в большой степени зависит от точности их изготовления и характера соединения с сопрягаемыми деталями.
11590. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ПОРОШКОВ 374.49 KB
Приготовление смеси и формообразование заготовок. Классификация и состав пластмасс Пластмассы – материалы получаемые на основе природных или синтетических полимеров смол которые на определенной стадии производства или переработки обладают высокой пластичностью. Пространственные структуры получаются в результате химической связи отдельных цепей полимеров при полимеризации. Полимеры с линейной структурой хорошо растворяются а с пространственной нерастворимы при частом расположении связей полимер практически нерастворим и неплавок.

Современное автомобилестроение немыслимо без широкого применения полимерных материалов, которые позволяют снизить массу автомобилей, уменьшить трудоемкость их изготовления, материалоемкость, повысить надежность и безопасность, улучшить комфортабельность, повысить их конкурентоспособность. Применение полимерных материалов в автомобилях постоянно возрастает, особенно в развитых промышленных странах у наиболее успешных фирм, выпускающих обычные и специальные автомобили.

Полиуретаны, поливинилхлориды, полипропилены, полиэтилены и другие полимеры в чистом виде, а также в виде композиций и такие полимерные композиционные материалы (ПКМ), как стеклопластики, углепластики, органопластики и базальтопластики, находят применение в кузовах, несущих системах, элементах трансмиссий, ходовых частей и в силовой установке. На рис. 1 показаны возможности применения неармированных и армированных полимерных материалов в конструкции современного автомобиля.

В нагруженных элементах автомобилей (панелях кузовов, кабин и корпусов, упругих элементах систем подрессоривания, карданных валов, ободьев колес и других) широко применяются ПКМ. У нас в стране многоосные колесные машины высокой проходимости с элементами из ПКМ выпускались много лет и по количеству и массе используемых в них деталей из ПКМ не имеют себе равных в мире. Кафедра «Колесные машины» принимала активное участие в их создании. На рис. 2 представлена серийная колесная машина ЗИЛ-БАЗ-135 с кабиной, мотоотсеком и оперением из ПКМ, а на рис. 3 - плавающая колесная машина ЗИЛ-1Э5П с несущим (безрамным) корпусом из ПКМ (впервые в мире). Опыт создания из ПКМ многочисленных объектов (корпуса, кузова, рамы, кабины, рессоры, топливные баки, ободья колес и т. д.) показывают широкие возможности применения ПКМ в колесных машинах. Руководителями этих работ являлись профессор Цыбин B.C. и авторы данного учебного пособия.

1 - стекло двери; 2 - зеркало наружное; 3 - брус пояса жесткости; 4 - дверь; 5 - внутренняя панель двери; 6 - капот; 7 - внутреннее зеркало; в - стеклоочиститель; 9 - прозрачная крышка вентиляционного люка; 10- крыша; 11,51 - спойлеры; 12 - крышка багажника; 13 - обтекатель; 14 - задние фонари; 15, 18 - детали задней панели кузова; 16, 52 - бамперы; 17, 25, 47 - противокоррозионные накладки; 19, 58 - крылья; 20 - топливный бак; 21 - рессора подвески; 22 - амортизатор подвески; 23 - грязезащитный фартук; 24 - подголовник; 26 - спинка сиденья; 28 - подушка сиденья; 30 - панель приборов; 31 - кожух рулевой колонки; 32 - рулевое колесо; 33 - кожух тоннеля пола; 34 - труба карданного вала; 35 - цилиндры гидроприводов; 36 - петля двери; 37 - картер сцепления и коробки передач; 38 - пружина подвески; 39 - шина; 40 - диск колеса; 41 - декоративный колпак; 42 - противокоррозионный вкладыш крыла; 43 - вал привода переднего колеса; 44 - рычаг независимой подвески колес; 45 - стабилизатор поперечной устойчивости; 46 - амортизатор бампера; 48 - противотуманная фара; 49 - блок-фара; 50 - рассеиватель блок-фары; 53 - передняя панель кузова; 54 - привод газораспределительного механизма; 55 - толкатели двигателя с нижним распределительным валом; 56 - корпус и крышка аккумулятора; 57 - корпус воздушного фильтра; 59 - впускной коллектор; 60 - шатуны; 61 - расширительный бачок; 62 - бачок омывателя

Интерес к ПКМ чрезвычайно велик благодаря неисчерпаемой возможности вариаций их составов, многообразию полимеров и наполнителей, способам их модификации и взаимораспределения. Диапазоны физико-механических характеристик часто измеряются несколькими порядками величин, что наблюдается даже в пределах основной группы ПКМ - армированных пластиков (АП):

Плотность р, кг-м" 3 ....................................................................................от 900 до 2200

Прочность при растяжении МПа от 1 до 1000

Модуль упругости при растяжении, ГПа..................от 0,01 до 1000

Коэффициент Пуассона v......................................................................от 0,15 до 0,5

Удельная ударная вязкость..............................от 2,5 до 500

Температура эксплуатации °С................................................от -270 до 400

Коэффициент теплопроводности....................от 0,8 до 1000

Удельное объемное электросопротивление.... от 10~ 2 до 10 19

Диэлектрическая проницаемость..............................................от 2 до 10

Тангенс угла диэлектрических потерь................ ................................от 1 до 1000

Твердость НВ, МПа....................................................................................от 10 до 500

Фундаментальным принципом создания изделий из АП является разработка одновременно конструкции самого изделия и состава, структуры АП в зависимости от факторов внешнего воздействия на изделие (вид нагружения, уровень нагрузки, воздействие температуры, влаги и других факторов). Именно возможность каждый раз создавать (конструировать) АП, варьируя компоненты по свойствам, взаимодействию, схемам распределения, сделала правомерным употребление понятия «конструирование» в отношении АП.

Принципиальное отличие такого конструирования от традиционного конструирования деталей и сборочных единиц заключается в том, что создателям АП приходится оперировать понятиями и величинами, принятыми в микромеханике материалов. Составными частями этого уровня являются армирующие наполнители, микронные соединительные слои матрицы, межфазные области и включения, невидимые невооруженным глазом, в виде пор, трещин, инородных фрагментов.

В учебном пособии излагаются основные положения создания нагруженных элементов конструкций колесных машин с применением АП.

Композиционные материалы

Основные понятия и определения

Ведущее положение среди композиционных материалов на основе синтетических полимеров занимают АП.

В науке о ПКМ (теоретическая систематизация, вывод общих закономерностей, математическое описание) еще кет строгого опреде-

Литье без давления различают и по механизму реакции полимеризации: радикальному, ионному или координационно-ионному. Все зависит от типа применяемого мономера, природы активного центра и механизма роста цепи. Практическими трудностями этого метода являются чувствительность полимеризационных смесей к ничтожным примесям различных веществ, разрушающих активные центры полимеризации.

К числу наиболее перспективных материалов, перерабатываемых данным методом, относятся полиамиды, поликрилаты, эфиры целлюлозы, полимеры аллиловых соединений и др.

При замешивании композиций для холодной полимеризации вводят растворенную в порции мономера навеску активатора, что обеспечивает отверждение изделий без подвода внешнего тепла. После этого непосредственно в форме протекают процессы набухания и растворения полимерных частиц, полимеризация мономера и формование изделия.

При выборе материала форм большое значение имеют условия протекания процесса полимеризации (холодная или горячая полимеризация). Для осуществления горячей полимеризации (140 °С) применяют формы из алюминиевых сплавов, для холодной (80 °С) формы из пластмасс, гипса, цемента, листового стекла, фанеры, картона. При изготовлении небольших изделий серийного и массового производств используют формы из стали или медных сплавов с обязательным хромированием и полировкой рабочих поверхностей. Особенностью форм из пластмасс является тот факт, что они могут быть жесткими или эластичными (с жестким ограждением).

Формы для получения сложных по конфигурации изделий делают разборными (при серийном производстве) или цельными разового использования (при единичном производстве).

Полимерные материалы в ремонте машин


Полимерные материалы при ремонте машин применяются для восстановления размеров изношенных деталей, заделки трещин и пробоин, упрочнения резьбовых соединений и неподвижных посадок, антикоррозионной защиты, склеивания деталей и материалов, а также для изготовления деталей. Для этих целей наиболее часто применяются полиамидные смолы в виде гранул с белым или просвечивающим желтым оттенком (капроновый порошок). Они отличаются от других полимеров малым коэффициентом трения, значительной термоста-, бильностью, хорошей прорабатываемостью, высокой антикоррозионной и химической стойкостью, безвредны для работающих.

Полимерные материалы применяют как в чистом виде (полиэтилен, полистирол, капрон, полипропилен), так и в виде пластмасс. Для образования пластмасс к полимерному материалу добавляют ряд компонентов: наполнители (стеклянное волокно, асбест, цемент, металлические порошки), улучшающие физико-механические свойства пластмасс; пластификаторы (дибутилфталат, диакрилфталат, жидкий тиокол и другие), улучшающие пластичность и эластичность пластмасс; отвердители (полиэтиленполиамин и др.) для отвердения (полимеризации) пластмасс.

Нанесение полимерных покрытий с целью восстановления изношенных деталей имеет ряд преимуществ перед другими способами. Невысокая температура нагрева деталей (250…320 °С) перед нанесением покрытия не изменяет структуру металла. Полимерными покрытиями можно восстанавливать детали с большим износом (1… 1,2 мм), тогда как при хромировании восстанавливают детали с износом не более 0,5 мм. Покрытие, как правило, не нуждается в механической обработке, так как имеет чистую глянцевую поверхность и незначительную разницу в толщине слоя.

Основные операции восстановления деталей полимерными материалами включают подготовку деталей к восстановлению, нанесение покрытия, термическую обработку и контроль.

Подготовка детали к восстановлению заключается в изоляции мест, не подлежащих покрытию, и создании условий, обеспечивающих хорошую адгезию (прилипание) полимерного покрытия с металлом. Изоляцию производят алюминиевой либо латунной фольгой или жидким стеклом с мелом. Места же, подлежащие покрытию, обрабатывают абразивной крошкой или крошкой отбеленного чугуна и обезжиривают ацетоном или бензином.

В ремонтной практике применяется несколько способов нанесения полимерных покрытий на металлические поверхности. Наиболее распространены газопламенный, вихревый и вибрационный.

При газопламенном способе используют факел ацетиленового пламени. Струя воздуха с частицами полимерного порошка продувается через этот факел. Порошок расплавляется и, попадая на предварительно нагретую до температуры 2Ю…260 °С (в зависимости от марки применяемого порошка) поверхность детали, сращивается с ней, образуя наплавленный слой. После нанесения покрытия требуемой толщины подачу порошка прекращают и дополнительно прогревают деталь для того, чтобы сделать слой более ровным и плотным. Газопламенное напыление удобно применять для покрытия крупных деталей, используя установки УПН -4Л, УПН -6-63. Толщина покрытия практически не ограничена.

Покрытие металлических деталей полимерными материалами вихревым способом проводится на установках типа А-67М. Подготовленные детали нагревают в термопечи либо газовыми горелками до температуры 280… 300 °С и помещают в камеру установки. На высоте 50…100 мм от днища установки укреплена пористая перегородка, на которую насыпают порошкообразный слой капрона толщиной не менее 100 мм. Для изготовления пористой перегородки используют стеклоткань, керамику, войлок.

Через перегородку в камеру подается сжатый воздух, азот или углекислый газ под давлением 0,1…0,2 МПа. Частицы порошка равномерно покрывают деталь, плавятся и образуют равномерное покрытие. Напыление длится 8…10 с, во время напыления детали сообщается возвратно-поступательное движение. Чтобы получить требуемую толщину наносимого слоя, каждую деталь необходимо погружать в камеру несколько раз. После каждого погружения ее извлекают, чтобы порошок оплавился, и вслед за этим помещают в камеру установки вторично. Охлаждение восстановленной детали производят на воздухе, в воде или в минеральном масле при комнатной температуре.

Вибрационный способ напыления основан на свойстве сыпучих материалов течь под воздействием колебания, В вибрационной установке якорь и днище вибрируют с частотой 50 Гц. При этом происходят разрыхление и переход порошка капрона в псевдосжиженное состояние. Нагретую деталь, так же как и в вихревом способе, погружают в слой порошка и извлекают для его оплавления. Повторением этих операций обеспечивают требуемую толщину полимерного покрытия.

При быстром охлаждении расплавленного полиамида он затвердевает в виде прозрачной массы, обладающей пониженной износостойкостью. Поэтому охлаждать изделие и нанесенное на его поверхность полимерное покрытие следует медленно. При этом происходит его помрнение и образование более или менее крупных кристаллов. Такой хорошо кристаллизованный полиамид более тверд, чем прозрачный, а следовательно, и более износостоек.

Меньшее распространение получил струйный беспламенный метод напыления пластмасс, который заключается в том, что распыление порошка производится пистолетом-распылителем без нагрева порошка на предварительно подготовленную и нагретую поверхность. Детали, подлежащие восстановлению, после подготовки поверхности (обезжиривание, накатка, химическая очистка и травление, промывка) укладываются в алюминиевую оправку. На электропечи оправка вместе с деталями нагревается до температуры 240 °С, после чего пистолетом-распылителем с помощью подогретого сжатого воздуха порошок наносится на поверхность деталей. Частицы порошка расплавляются и образуют сплошное покрытие. В качестве пистолета-распылителя используют распылители, применяемые для окрасочных работ.

Недостатком этого способа является значительная потеря порошковых материалов при напылении и загрязнение воздуха.

Методом литья под давлением термопластичных материалов в ремонтной практике восстанавливают и изготовляют детали. Данный метод основан на выдавливании из обогревательного цилиндра литьевой машины разогретой пластмассы в гнездо сомкнутой пресс-формы. Литье под давлением проводится на термопластавтоматах ДБ-3329, литьевых машинах ПЛ-71 и др. Изношенная поверхность детали предварительно протачивается, чтобы слой пластмассы был не менее 0,5 мм на сторону. Если возможно, йа детали протачивают канавки, делают сверления.

Подготовленную деталь устанавливают в разогретую пресс-форму, имеющую номинальные размеры восстанавливаемой детали, и нагнетают в нее разогретую пластмассу под давлением 15…125 МПа. Деталь должна быть нагрета до температуры 230…290 °С. Наиболее распространенные термопластичные материалы, применяемые для восстановления деталей литьем под давлением,- капрон (поликапролактам) марки Б, смолы П-68, П-54, АК-7, отходы капрона.

Для улучшения качества полимерного покрытия рекомендуется последующая термическая обработка, например выдержка в течение 2 ч в масле при температуре 100…120 °С с дальнейшим охлаждением вместе с маслом.

Полимерные материалы, имеющие наибольшее применение при ремонте кузовов, условно делят на две группы: клеи и пластмассы.

Клеи предназначены для создания из различных материалов неразъемных соединений. Наиболее часто при ремонте кузовов и их деталей применяют следующие клеи:
— БФ-2 и БФ-4 - для склеивания металлических и неметаллических материалов, эксплуатирующихся при температуре от-60 до 60 °С;
— ФЛ-4С - для герметизации пространства между швами в клеесварных соединениях из стали, алюминиевых и других сплавов, а также для склеивания металлов и неметаллических материалов;
— 88-Н - для приклеивания холодным способом резины к металлам, стеклу и другим материалам, а также для склеивания резины с резиной;
— 88-НП-35, 88-НП-43, 88-НП-130 холодного отверждения - для крепления различных материалов к окрашенному металлу, стеклу при сборке кузовов автомобилей ВАЗ .

Детали из органического стекла склеивают путем размягчения склеиваемых поверхностей дихлорэтаном. В качестве клея можно применять раствор, состоящий из 2…3% опилок органического стекла, растворенных в муравьиной кислоте или дихлорэтане. Для предотвращения быстрого испарения и загустения клея его хранят в закрытом сосуде при температуре 18…20 °С. Для получения рабочей вязкости загустевшего клея (концентрированный сироп) его разбавляют дихлорэтаном.

Эпоксидные клеи универсальны, приготовление и применение их несложно, и они не требуют давления при склеивании. При ремонте кузовов используют эпоксидные клеевые композиции, свойства которых зависят от их состава. Эпоксидные композиции изготовляют из составных частей, чаще всего из эпоксидной смолы ЭД-16 или ЭД-20, пластификатора-дибутилфталата, наполнителя и отвердителя. Эпоксидные смолы в полимерных композициях являются связующими, пластификаторы уменьшают хрупкость, увеличивают эластичность отвержденных эпоксидных смол, наполнители увеличивают теплопроводность, повышают коэффициент линейного расширения и снижают усадку смолы. Поэтому наполнители влияют на физико-механические и технологические свойства компаунда. В качестве наполнителей применяют слюдяную пыль, измельченный асбест, стальной или чугунный порошок и другие. Вид и количество отвердителя определяют скорость и степень изменения физического состояния композиции. Для заделки вмятин в кузовах и оперении обычно используют в качестве отвердителя полиэтиленполиамин или гексаметилендиамин, при которых отверждение композиции происходит без подогрева в нормальных температурных условиях.

Пластмассы используют для нанесения покрытий, заделки вмятин и сварных швов в кузовах. Термостойкая масса ТПФ -37 в виде термопорошка состоит из поливинилбутиральной смолы, полиэтилена, фенолформальдегидной смолы, наполнителя и стабилизатора. Термопорошок наносят на поверхности кузова газопламенным напылением.

К атегория: - Ремонтирование строительных машин