Восстановление деталей полимерными материалами
Ремонт деталей полимерными материалами (пластмассами) прост, экономичен и надежен. Ими можно наращивать поверхности для создания натяга в соединении или износостойкого покрытия, заделывать трещины и пробоины, склеивать детали, выравнивать поверхности, герметизировать соединения, надежно закрывать поры в любых деталях, даже в труднодоступных местах. Клеевые составы и пластмассы в ряде случаев успешно заменяют сварку и пайку, хромирование и осталивание, а иногда являются единственно возможными средствами восстановления.
Применяемые в ремонте пластмассы можно разделить на две группы. К первой относятся термореактивные (реактопласты), т.е. пластмассы, которые отвердевают и теряют свои пластические свойства при нагреве. Используют их в виде различных композиций (в жидком или пастообразном состоянии) для наращивания, склеивания, герметизации, заделки трещин и пробоин. Эти композиции составляются преимущественно на основе различных смол.
Вторую группу составляют термопластические пластмассы (термопласты), которые при нагреве не отвердевают и сохраняют свои пластические свойства. Применяют их для наращивания и изготовления различных деталей. К ним относятся полиамиды П68, АК-7, капрон и др.
Жидкие клеевые составы. Клеи типа БФ представляют собой спиртовые растворы термореактивных смол. Клей БФ-2 используется для склеивания и наращивания металлических деталей, работающих при температуре 60. 80 °С и выше, а БФ-4 — в тех случаях, когда требуется большая эластичность и высокая стойкость к вибрациям. Клей БФ-6 применяют для склеивания металлов с пластмассами и тканями. Соединения, выполненные этими клеями, устойчивы по отношению к воде, холоду, действию нефтепродуктов, а также к действию кислот ниже 20 %-ной концентрации. Эти клеи являются хорошими диэлектриками и поставляются в готовом виде, что очень удобно.
Раствор клея не должен содержать нерастворимых частиц, а при выливании на стекло он должен давать ровную однородную пленку. Пленка этого клея имеет высокую адгезию (сцепление с поверхностью) к металлу, обладает хорошей эластичностью и прочностью на растяжение, выдерживает высокие удельные давления, значительные ударные нагрузки, маслостойка. После ее нанесения поверхности деталей не требуют обработки и, кроме того, не подвергаются фреттинг-коррозии. Клей ГЭН-150В является хорошим диэлектриком. Этот клеевой раствор применяется как для наращивания, так и для склеивания деталей. Высокая адгезия, эластичность, вибростойкость и маслостойкость придают пленке хорошие герметизирующие свойства, поэтому клей широко применяется для уплотнения различных полостей, для пропитки уплот-нительных прокладок и т. п. Наиболее целесообразная толщина наращиваемого слоя составляет не более 0,20 мм.
Клей ВС-ЮТ’представляет собой раствор синтетических смол в органических растворителях. Он применяется для наращивания и склеивания различных металлов и неметаллических материалов в любом сочетании. Пленка этого клея обладает высокой термостойкостью. Полученные соединения могут выдерживать температуру 200 °С до 5 ч. Клей ВС-ЮТ устойчив против воды, холода, нефтепродуктов, огнестоек. При ремонте тепловозов он успешно применяется для приклеивания фрикционных накладок муфт сцепления. Поставляется клей в готовом виде.
Пастообразные клеевые составы. Отвердитель в состав пасты вводится для превращения ее из тестообразного состояния в необратимое твердое; пластификатор увеличивает эластичность пленки, повышает ее ударную вязкость и стойкость к температурным колебаниям. Наполнители добавляются для повышения механической прочности и теплостойкости клеевого состава, снижения усадки и приближения коэффициентов термического расширения пасты и восстанавливаемой детали. Введение наполнителей снижает стоимость паст.
Для приготовления пасты эпоксидную смолу подогревают до 120. 160°С и выдерживают при этой температуре некоторое время, чтобы удалить влагу. Затем вводят пластификатор и массу тщательно перемешивают. В процессе перемешивания добавляют наполнители. В течение 10. 15 мин поддерживают температуру 80.100°С и только после этого массу охлаждают до 20 ± 5″С. Отвердитель холодного отвердевания (полиэтиленполиамин) вводят, тщательно перемешивая массу, непосредственно перед применением пасты, так как примерно через 30 мин после введения отвердителя паста начинает затвердевать. Полное отвердение пасты при температуре 20″С происходит в течение 24.70 ч, а при температуре 80. 100 °С это время сокращается до 1. 5 ч. Прогревать пасту открытым огнем нельзя. Клеевой состав без отвердителя можно хранить неограниченное время. Пасты чаще всего применяют для заделки трещин и пробоин, наращивания поверхностей деталей для устранения неровностей (забоин, вмятин, задиров и т. п.).
Порошковые термопласты. В ремонтной практике для нанесения покрытий нашли применение следующие термопласты.
Капрон — представитель полиамидных смол. Применяется для изготовления различных подшипников, шестерен и других деталей, а также для нанесения износостойких и декоративных покрытий на металлические поверхности. Этот термопласт недефицитен, имеет хорошие физико-химические свойства. Одно из наиболее ценных свойств капрона — высокая износостойкость и малый коэффициент трения. Температура плавления равна 215 «С. При температурах ниже нуля он приобретает повышенную жесткость. Капрон стоек к щелочам, маслам, ацетону, бензину и имеет хорошие диэлектрические свойства. Капрон имеет низкую теплопроводность — примерно в 250.300 раз меньше, чем металлы и высокий коэффициент линейного расширения — примерно в 10 раз больше, чем у стали.
Поставляется в виде гранул размером 7. 8 мм. Для размельчения гранул используют шаровую мельницу, в которую засыпают капроновую крошку и измельченную твердую углекислоту («сухой лед») с температурой кипения минус 78,5 °С. Капрон при такой температуре становится хрупким и легко перемалывается в порошок.
Термопласт ПФ11-12 представляет собой порошкообразную смесь, состоящую из 54% поливинилбутиралевой смолы, 23% графита, 21% идитола и 2% уртопина. Температура плавления порошка 210. 220 °С. Этот термопласт применяется при газопламенном нанесении покрытий на поверхность деталей для их наращивания, устранения вмятин, углублений, неровностей и других повреждений.
Склеивание деталей. Опыт показывает, что прочность клеевого соединения деталей зависит главным образом от качества подготовки склеиваемых поверхностей, толщины клеевого слоя — с уменьшением его толщины прочность клеевого шва повышается, а также от площади прилегания двух деталей и режима термообработки в период отвердевания клеевого шва.
Увеличение площади прилегания склеиваемых поверхностей достигается созданием на них шероховатости и обжатием деталей в специальных приспособлениях. Усилие обжатия зависит от материала и гибкости деталей. Склеенные детали рекомендуется подвергать эксплуатационным нагрузкам не раньше, чем через 20. 30 ч после термообработки и охлаждения. В течение этого времени повышается прочность клеевого шва.
Преимущества соединения деталей клеевыми составами: возможность соединения друг с другом различных материалов в любом сочетании (металлы, фрикционные материалы, пластмассы, ткани и т.д.); возможность получения соединений герметичных, устойчивых к воздействию нефтепродуктов и вибростойких; отсутствие внутренних напряжений в клеевом шве. Процесс ведется при температуре не более 180 °С. Недостатки склеивания — низкая теплостойкость и недостаточно высокая прочность.
Заделка трещин и пробоин в деталях. Технологический процесс заделки трещин и пробоин в деталях или устранения повреждений кавитационного характера в корпусных деталях, таких, как корпуса турбокомпрессоров и воздуходувок, блоки цилиндров и др., отличается от процесса наращивания деталей пастами, главным образом, предварительной разделкой мест повреждения (рис. 3.5, а).
По концам трещин при их разделке сверлят отверстия диаметром 3.4 мм, а кромки трещин раскрывают под углом 60.90°. Если необходима высокая прочность детали, шов по длине усиливают скобами (рис. 3.5, г), через каждые 20. 30 мм сверлят технологические отверстия для клеевых заклепок (рис. 3.5, в) или на шов накладывают 2. 3 слоя стеклоткани (рис. 3.5, б). При разделке пробоин острые кромки у краев притупляют, а у корпусных деталей с толстыми стенками по периферии пробоины через каждые 20.30 мм сверлят отверстия диаметром 2.3 мм для клеевых заклепок. Зону вокруг разделки трещины или пробоины на расстоянии 15.20 мм зачищают до металлического блеска. Поверхности для наращивания и нанесения пасты подготавливают как обычно.
При заделывании трещин наносят два слоя пасты. Второй слой наносят с таким расчетом, чтобы он заполнил всю трещину и перекрыл ее по обеим сторонам на 10. 15 мм при толщине слоя 2. 3 мм. Стеклоткань толщиной 0,1. 0,3 мм накладывают между слоями пасты и обязательно прокатывают роликом.
Заделывание пробоин начинают с заполнения пастой просверленных отверстий и намазывания пасты вокруг пробоины. Пробоину закрывают стальной накладкой (рис. 3.5, д), слегка ее прижимают и наносят поочередно 2.3 слоя пасты, каждый из которых покрывают любой сетчатой тканью и прокатывают роликом. При заделке пробоины заподлицо (рис. 3.5, ё), чтобы паста не проваливалась, снизу к детали приклеивают или удерживают на проволоке
Рис. 3.5. Разделка и способы заделывания трещин и пробоин пастами: а — разделка трещин; б — усиление шва стеклотканью; в — то же клеевыми заклепками; г — то же скобами; д — заделка пробоины стальной накладкой; е — то же заподлицо; 1 — стеклоткань; 2 — клеевая заклепка; 3 — скоба; 4 — стальная накладка; 5 — проволока; 6 — поддерживающая пластина; 7 — ткань
поддерживающую пластину. Затем поочередно накладывают слои пасты и ткани. После затвердения пасты поддерживающую пластину снимают, а выступающий конец проволоки обрезают.
Источник
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