Ремонт полимерными материалами
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.
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.
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.
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, детали протачивают канавки, делают сверления.
Упрочнение деталей
Термические методы упрочнения деталей
Термическому упрочнению подлежат детали, изготавливаемые из стали, чугуна и сплавов цветных металлов. Термообработка осуществляется путём отжига, нормализации, закалки и отпуска. (Детально эти виды обработки изучаются в курсе технологии металлов.) Из всех методов отжига: полного, неполного, диффузионного, низкого и рекристаллизационного в ремонтной практике применяется в основном: полный отжиг
(нагрев до t° на 30-50° С выше критической точки по диаграмме состояний «железо-углерод», выдержка и последующее медленное охлаждение в печи, горячем песке или пепле) для стальных отливок, сварных конструкций, поковок, штамповок и проката при повышенных требованиях к механическим свойствам и микроструктуре металла);
Этот метод обработки поверхности детали изменяет химический состав металла путём насыщения его элементами, улучшающими механические свойства. Такую обработку проводят в соляных ваннах, в газовых и твердых средах.
Сущесгвует несколько методов химико-термического упрочнения.
Цементация является процессом насыщения поверхности детали углеродом для обеспечения возможности её закалки. Цементацию осуществляют твердым карбюризатором (смесь мелких зерен древесного угля – 85% и одной из углекислых солей бария, натрия и калия – 15%); жидкостью (в соляных ваннах) или газом (природным или полученным путём разложения бензола, нитробензола или керосина.)
Цементацию применяют при ремонте зубьев шестерён; облицовочных пластин прессформ прессов сухого прессования керамических изделий; пальцев дезинтеграторов и т.п.
Покрытие поверхностей трения износостойкими материалами
К этому виду обработки относятся: наплавка, напыление, электроискровое упрочнение и электролитическое наращивание металла.
Наплавка является разновидностью сварки и ее часто применяют при ремонтных работах для деталей, подверженных образивному износу. Стойкие к износу наплавки представляет собой твердые зёрна (карбиды), вкраплённые в менее твердую, но более вязкую основу. Наплавку осуществляют стержневыми, трубчатыми, ячейковыми электродами, а также порошковыми и сплошными твердыми сплавами и пастами.
Напылением могут наноситься покрытия из металла, пластмасс, резины.
Металлизация напылением. Достоинства: при этом не изменяется структура основного материала, остающегося холодным; толщина слоя до 10-15 мм, это важно при восстановл. деталей с большим износом. Недостаток- малая прочность соединения с пов-тью и большая трудоемкость.
Напыление полимерами – эти покрытия имеют высокие антифрикционные свойства.
Гуммирование – покрытие деталей резиной. Применяется для деталей, работающих в образивных или агрессивных средах (роликов транспортёров), срок службы которых вместо 5-6 месяцев возрастает до 5 лет.
Электроискровое упрочнение. Основан на явлении электроискрового разряда в цепи выпрямленного и пульсирующего тока.
Существует два осн. вида электроискровой обработки:
1. Электроискровое упрочнение поверхности детали хромом графитом или разными сплавами.
2. Размерная обработка деталей: прошивка отверстий различной формы в крупных деталях, крупногабаритных валах (шпоночные канавки и т.д.) за счёт эрозии (разрушения) металла электрическим током.
Электролитическое (гальваническое) наращивание металла.
К электролитическим методам покрытия деталей относятся осаждение сплавов, хромирование, железнение, никелирование, меднение, цинкование и т.д. Максимальная толщина покрытия при хромировании 0.2-0.3 мм, а при железнении 2-3 мм. Объясняется это тем, что железо осаждается в 10-20 раз быстрее чем хром.
прочнение деталей поверхностным пластическим деформированием
Этот вид упрочнения резко повышает усталостную прочность деталей и уничтожает чувствительность высокопрочных сталей к поверхностным концентраторам напряжений путём пластической деформации поверхностных слоев, что создаёт в них высокие напряжения сжатия и повышает предел выносливости поверхностных слоев.
Зона увеличения твердости проникает на глубину 0.1-3 мм.
Долговечность деталей повышается в 1.5–2 раза.
При ремонтных работах в качестве основных методов упрочнения деталей поверхностной пластической деформацией применяют обкатку и дробеструйное упрочнение.
Обкатка осуществляется стальными роликами. Скорость подачи роликов 0.2-0.8 мм за один оборот. Кол-во проходов не более 3-4, чтобы не допустить перенаклёпа.
Источник
Полимерные материалы, применяемые при ремонте
Восстановление деталей полимерными материалами
Применение полимерных материалов при ремонте автомобильной техники по cравнению с другими способами позволяет снизить:
· трудоемкость восстановления – на 20…30 %;
· себестоимость ремонта – на 15…20 %;
· расход материалов – на 40…50 %.
Это обусловлено следующими особенностями их использования:
· не требуется сложного оборудования и высокой квалификации рабочих;
· возможностью восстановления деталей без разборки агрегатов;
· отсутствие нагрева детали;
· не вызывает снижения усталостной прочности восстановленных деталей;
· во многих случаях позволяет не только заменить сварку или наплавку, но и восстанавливать детали, которые другими известными способами восстанавливать практически невозможно или нецелесообразно;
· позволяет миновать сложные технологические процессы нанесения материала и его обработку.
К недостаткам полимерных материалов следует отнести довольно низкую теплостойкость, теплопроводность, твердость и модуль упругости, наличие остаточных внутренних напряжений, изменение физико-механических свойств с изменением температуры и времени работы.
Полимеры – это высокомолекулярные органические соединения искусственного или естественного происхождения.
Пластмассы – композиционные материалы, изготовленные на основе полимеров, способные при заданной температуре и давлении принимать определенную форму, которая сохраняется в условиях эксплуатации. Кроме полимера, являющегося связующим веществом, в состав пластмассы входят: наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители, красители и другие добавки.
Полимеры делят на две группы:
· термопластичные (термопласты) – полиэтилен, полиамиды и другие материалы – при нагревании способны размягчаться и подвергаться многократной переработке;
· термореактивные (реактопласты) – эпоксидные композиции, текстолит и другие материалы – при нагревании вначале размягчаются, а затем в результате химических реакций затвердевают и необратимо переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.
Пластмассы применяют для:
· восстановления размеров деталей;
· заделки трещин и пробоин;
· герметизации и стабилизации неподвижных соединений;
· изготовления некоторых деталей и пр.
Пластмассы наносят: намазыванием, газопламенным напылением, вихревым и вибрационным способами, литьем под давлением, прессованием и др.
Наибольшее распространение в ремонтном производстве получили клеевые композиции на основе эпоксидных смол, эластомеры, герметики и анаэробные полимерные составы.
Клеевые композиции бывают холодного и горячего отверждения. В подвижных ремонтных мастерских применяются эпоксидные композиции холодного отверждения, содержащие в своем составе в качестве связующего вязкие эпоксидные смолы, например ЭД-20, ЭД-16, а также наполнители, пластификаторы и отвердители.
Наполнители входят в композиции для повышения вязкости, сближения коэффициентов термического линейного расширения композиций и ремонтируемых деталей, улучшения теплопроводности, удешевления композиции. В качестве наполнителей используют железный и чугунный порошок, алюминиевую пудру, молотую следу, кристаллический графит, тальк, сажу, цемент, асбест и другие материалы. Количество вводимого в композицию наполнителя зависит от его марки и вида и составляет 20…200 % массы смолы.
В качестве отвердителей применяют различные ди- и полиамины жирного и ароматического ряда, низкомолекулярные полиамиды, производные аминов, например отвердители типа ПЭПА – полиэтиленполиамин или АФ-2 – продукт на основе венола, этилендиамина и формалина. Основным недостаткам этих отвердителей является то, что при температурах, близких к 0 0 С, время отверждения композиции исчисляется сутками. Это ограничивает их применение в полевых условиях.
Для быстрого отверждения эпоксидных смол применяют катионную полимеризацию. Эффективным катализатором катионной полимеризации является трехфтористый бор, который позволяет создавать клеевые композиции для восстановления деталей машин при пониженных температурах.
Для понижения хрупкости композиции, повышения ударной вязкости и прочности на изгиб в смолу вводят пластификаторы. В качестве пластификаторов применяют дибутилфталат ДБФ, полиэфирную смолу МГФ-9, полусульфидный каучук-тиокол НВТ-1 и др.
Подбор компонентов для эпоксидных композиций и их количественное соотношение зависят от характера дефекта и условий работы отремонтированных деталей. Составы эпоксидных композиций для заделки трещин, пробоин, восстановления неподвижных соединений и др. приведены в табл. 5.7.
Технология приготовления эпоксидной композиции включает:
· разогрев эпоксидной смолы до жидкого состояния (60…80 0 С) в термо-
шкафу или в емкости с горячей водой;
· добавление небольшими порциями пластификатора (дибутилфталат);
Состав эпоксидных композиций (в частях по массе)
| Компонент | А | Б | В | Г | Д | Е |
| Смола ЭД-16 | — | |||||
| Компаунд — 115 | — | — | — | — | — | |
| Дибутилфталат | 10…15 | — | — | |||
| Полиэтиленполиамин | 8…9 | — | — | |||
| Олигоамид Л-19 | — | — | — | — | — | |
| Отвердитель АФ-2 | — | — | — | — | — | |
| Железный порошок | — | — | — | — | ||
| Цемент | — | — | — | — | — | |
| Алюминиевая пудра | — | — | — | — | — | |
| Графит | — | — | — | — | — |
· перемешивание смеси в течение 5…8 мин;
· введение в состав необходимых наполнителей;
· перемешивание смеси в течение 8…10 мин.
Полученная композиция (состав) сохраняется длительное время (до одного года в закупоренной таре) в прохладном темном месте. Непосредственно перед ее применением добавляют отвердитель и тщательно перемешивают в течение 5…7 мин. Время использования полученного состава находится в пределах 20…30 мин.
К клеевым композициям, предназначенным для ремонта армейских машин, предъявляются следующие требования:
· отвердевать как при низких положительных, так и при отрицательных температурах;
· обеспечивать надежную работу отремонтированных деталей в интервалах температур от -50 0 С до +120 0 С;
· быть стойкими к действию воды и горюче-смазочных материалов;
· обеспечивать прочность в условиях вибрационных нагрузок;
· позволять выполнение ремонта в короткие сроки при минимальных затратах сил и средств.
Для герметизации и восстановления посадок неподвижных соединений находят широкое распространение эластомеры и герметики (табл. 5.8), в том числе анаэробные. Эластомеры представляют собой вальцованные листы типа твердой резины, толщиной 2…5 мм. Раствор эластомера приготавливают растворением в ацетоне. Одну весовую часть, например ГЭН-150 (В) или 6Ф, растворяют в 6,2 или 5 частях ацетона. Необходимое количество эластомера режут на кусочки 10 
10 мм и помещают в стеклянную емкость, заливают расчетным количеством ацетона и оставляют на 10…12 ч для разбухания и растворения. Емкость должна быть плотно закрыта резиновой или притертой стеклянной пробкой.
Характеристики эластомеров и герметиков
| Марка | Максимальный зазор соединения, мм | Разрушающее напряжение при сдвиге, МПа | Время набора полной прочности (при 20 0 С), ч |
| «Анатерм-1» (АН-1) | 0,07 | ||
| «Анатерм-4» (АН-4) | 0,15 | ||
| «Анатерм-6» (АН-6) | 0,7 | 8…15 | |
| «Анатерм-8» (АН-8) | 0,6 | ||
| «Анатерм-17» (АН-17) | 0,1…0,45 | 0,5…3 | |
| «Уникерм-1» (УГ-1) | 0,4 | 5…12,5 | |
| «Уникерм-3» (УГ-3) | 0,4 | 4…12 | |
| «Уникерм-7» (УГ-7) | 0,15 | 3…5 | |
| «Уникерм-8» (УГ-8) | 0,45 | 1…6 | |
| «Уникерм-11» (УГ-11) | 0,25 | — | 1…6 |
| Эластомер ГЭН-150 (В) | 0,12…0,16 | — | 0,7 (при 115 0 С) |
| «Герметик 6Ф» | 0,2 | — | 3 (при 160 0 С) |
| «Эластосил 137-83», компаунд ПТ-75Т | 0,8 | — | |
| Замазка У-20А | 0,25 | 0,015 | — |
Анаэробные полимерные составы – это смеси жидкостей различной вязкости, способные длительное время оставаться в исходном состоянии без изме-
нения свойств и быстро отвердевать с образованием прочного полимерного
Условия получения и характеристики клеевых соединений
| Марка | Условие нанесения | Условие затвердевания | Характеристика соединения | |||
| Температура, 0 С | Время выдержки, мин | Давление, МПа | Температура, 0 С | Время, ч | Рабочая температура, 0 С | Прочность на сдвиг, МПа |
| БФ-2 | 15…25 | 30…60 | 1…2 | 140…150 | 1…2 | |
| 80…90 | ||||||
| БФ-4 | 15…25 | 30…60 | 1…2 | 140…150 | 1…2 | |
| ВС-ЮТ | 15…25 | 0,05-0,2 | 1…2 | |||
| ВС350 | 0,1…0,2 | 180…200 | ||||
| БФ-6 | 0,02 | — | — | |||
| № 88 | 15…25 | 8…10 | 0,01-0,05 | 15…20 | — |
слоя в узких зазорах между поверхностями при температурах 15…35 0 С при условии прекращения контакта с кислородом воздуха. Скорость отверждения и время достижения максимальной прочности соединений зависит от температуры окружающей среды. При температуре ниже 15 0 С полимеризация замедляется. Благодаря высокой проникающей способности анаэробные полимерные материалы плотно заполняют трещины, микродефекты сварных швов, зазоры. В табл. 5.9 приведены условия получения и характеристики некоторых клеевых соединений, применяемых при ремонте машин.
Примерные области применения полимерных материалов при ремонте машин приведены в табл. 5.10.
Источник