Ремонт трещин блока цилиндров полимерными материалами

Восстановление изношенных деталей полимерными материалами

По данным ГОСНИТИ применение полимерных материалов при ремонте машин снижает трудоемкость работ на 20…30 %, себестоимость на 15…20 %, а расход металлов при этом сокращается на 40…50 %.

Полимерные материалы условно делят на термореактивные и термопластичные.

Термопластичные полимеры способны многократно размягчаться при нагреве и твердеть при охлаждении. Физико-механические свойства при этом меняются незначительно.

Термореактивные полимеры, в отличие от термопластичных, в растворителях не растворяются и при нагреве остаются твердыми до полного термического разложения. Различное поведение полимеров обусловлено межмолекулярными силами. В термопластичных полимерах при нагреве Ван-дерВаальсовы силы ослабляются и материал становится мягким и пластичным. Термореактивные полимеры дополнительно имеют ковалентные связи между молекулами, благодаря чему при нагреве материал остается твердым.

1. Ремонт корпусных деталей, имеющих трещины и пробоины, эпоксидными композициями

При ремонте корпусных деталей (корпус редуктора, крышка редуктора, блок-картер, головка блока двигателя, корпус коробки передач и др.) и трубопроводов, имеющих трещины и пробоины, используют композиции на основе эпоксидных смол.

Эпоксидные смолы марок ЭД-14, ЭД-15, ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22 представляют собой вязкие жидкости, которые получают из дифенилолпропана и эпихлоргидрина . Отверждение смол происходит под действием отвердителей, которые вводят непосредственно перед использованием смол.

Различают отвердители холодного отверждения (температура отверждения от 16 до 20 °C) и горячего отверждения (температура отверждения от 100 до 200 °С). К первому классу относятся амины (полиэтиленполиамин и др.) и низкомолекулярные полиамиды (Л-18, Л-19, Л-20 и др.). Наибольшее распространение получил отвердитель холодного отверждения – полиэтиленполиамин.

Отвержденные эпоксидные смолы находятся в стеклообразном состоянии, обладают хрупкостью и низкой ударной прочностью. Для улучшения этих свойств в состав смол вводят пластификаторы: дибутилфталат, диоктилфталат, трикрезилфосфат и др. Наиболее широко используют дибутилфталат.

С целью улучшения физико-механических свойств, повышения теплостойкости, теплопроводности и снижения стоимости композиции в эпоксидные смолы вводят наполнители. К ним относятся: железный, чугунный и алюминиевый порошки, графит, асбест, цемент и др. материалы.

Качество эпоксидных покрытий во многом определяется их составом, приведенным в табл 1.

Таблица 1. Состав эпоксидной композиции

Компонента	Состав композиции (в частях по массе)
	А	Б	В	Г	Д
Смола ЭД-16	100	100	100	100	–
Компаунд К-115	–	–	–	–	120
Дибутилфталат	10…15	15	15	–	–
Полиэтиленполиамин	8	10	10	–	–
Олигоамид	–	–	–	30	–
Отвердитель АФ-2	–	–	–	–	30
Железный порошок	–	160	–	120	–
Цемент	–	–	–	60	–
Алюминиевая пудра	–	–	25	–	–
Графит	–	–	–	–	70

Необходимо точно выдерживать концентрацию компонентов композиции. Эпоксидную композицию приготовляют на рабочем столе с вытяжным шкафом ОП-2076-ГОСНИТИ. Тару с эпоксидной смолой нагревают в термошкафу или в емкости с горячей водой до температуры 60…80 °С в течение 15 мин, после чего производят отбор необходимого количества смолы в ванночку. Согласно составу композиции в отобранную смолу добавляют пластификатор – дибутилфталат. Смесь тщательно перемешивают стеклянной или деревянной палочкой в течение 5…8 мин.

При необходимости в смесь небольшими порциями вводят наполнитель, тщательно перемешивая ее в течение 8…10 мин. Приготовленную композицию можно хранить длительное время.

Перед применением в композицию добавляют небольшими порциями отвердитель, производя перемешивание в течение 5 мин. После введения отвердителя эпоксидная композиция должна быть использована в течение 20…25 мин.

Заделку трещин чугунных и стальных деталей производят составом Б, деталей из алюминиевых сплавов – составом В (табл 1).

В зависимости от длины трещины восстановление деталей производят различным образом. При длине трещины до 20 мм определяют ее границы лупой 8…10-кратного увеличения. В концах трещины рассверливают отверстия диаметром от 2,5 до 3 мм. При толщине детали более 1,5 мм, вдоль трещины с помощью крейцмейселя снимают фаску под углом 60…70° и глубиной 1…3 мм (рис 1, а). На расстоянии 40…50 мм по обе стороны трещины поверхность детали зачищают до металлического блеска и обдувают сжатым воздухом. Поверхность трещины и зачищенный участок обезжиривают тампоном, смоченным в ацетоне, с последующим просушиванием в течение 8…10 мин. Затем обезжиривание и просушивание повторяют.

Восстанавливаемую деталь 1 (рис 1, б) устанавливают таким образом, чтобы поверхность с трещиной 2 находилась в горизонтальном положении.

Рис 1. Схема заделки трещин: 1 – деталь; 2 – трещина; 3 – слой эпоксидной композиции; 4, 6 – накладки из стеклоткани; 5 – ролик; 7 – металлическая накладка; 8 – болт

Приготовленный состав наносят шпателем на поверхность трещины и зачищенный участок детали.

Трещины длиной 20…150 мм заделывают аналогичным образом, дополнительно укладывая на нанесенную эпоксидную композицию 3 накладку 4 из стеклоткани, которая перекрывает трещину со всех сторон на 20…25 мм. Затем накладку прикатывают роликом 5, наносят на ее поверхность тонкий слой состава, накладывают вторую накладку 6 (рис 1, в) с перекрытием 10…15 мм, прикатывают роликом и наносят окончательный слой эпоксидной композиции.

Заделку трещин длиной более 150 мм (толщина стенки детали более 4 мм) производят эпоксидной композицией с наложением металлической накладки и закреплением ее болтами. Накладку 7 вырезают из листовой стали толщиной 1,5…2 мм. Размеры накладки должны обеспечивать перекрытие трещины на 40…50 мм. Вдоль трещины сверлят отверстия диаметром 6,8 мм с межцентровым расстоянием 60…80 мм. Затем нарезают в отверстиях резьбу 1М8×1. В накладке сверлят отверстия диаметром 10 мм, центры которых должны отстоять от краев на расстоянии не менее 10 мм. Поверхность детали и накладки зачищают до металлического блеска и обезжиривают ацетоном с последующим просушиванием в течение 8…10 мин.

Отверждение эпоксидной композиции проводят по режимам, приведенным в табл 2. Склеиваемые поверхности детали и накладки покрывают тонким слоем композиции, устанавливают накладку на деталь и вворачивают болты, резьбовые поверхности которых были предварительно покрыты тонким слоем состава.

Ремонт корпусных деталей с пробоинами производят эпоксидными композициями с наложением металлических накладок заподлицо и в нахлестку.

При заделке пробоины заподлицо (рис 2, а) изготавливают накладку из листовой стали толщиной 0,5…0,8 мм, которая должна перекрывать пробоину на 10…20 мм. Острые кромки пробоины притупляют, поверхность детали вокруг нее на расстоянии 10…20 мм зачищают до металлического блеска и обезжиривают ацетоном с последующим просушиванием в течение 8…10 мин.

Рис 2. Схема заделки пробоин: 1, 6 – металлическая накладка; 2, 5 – слой эпоксидного состава; 3 – проволока; 4 – накладка; 7 – болт

К центру накладки 1 крепят проволоку 3 диаметром 0,3…0,5 мм и длиной 100…150 мм. По контуру пробоины из стеклоткани изготавливают накладку 4. После вторичного обезжиривания и просушивания обработанных поверхностей деталей на поверхность металлической накладки 1 наносят тонкий слой эпоксидной композиции. Накладку 1 устанавливают под пробоину и крепят проволокой 3. Затем на нее укладывают накладку 4 из стеклоткани, которую прикатывают роликом, наносят эпоксидную композицию и укладывают вторую накладку из стеклоткани с последующим прикатыванием роликом. После заполнения пробоины по всей толщине стенки корпусной детали накладками из стеклоткани, на поверхность последней наносят слой стеклоткани, на поверхность последней наносят слой эпоксидной композиции 2 и производят его отверждение.

Таблица 2. Режим отверждения эпоксидной композиции

Температура отверждения, о С	Минимальное время отверждения, ч
	Отверждение полиэтиленполиамином	Отверждение фталевым ангидридом
20	24	–
40	8…10	–
60	2…3	–
80	1…1,5	–
100	1	15
130	–	10
150	–	5
160	–	3
180	0,5	1
200	–	0,7

В случае заделки пробоины с наложением металлической накладки внахлестку (рис 2, б) ее изготавливают из листовой стали толщиной 1,5…2 мм. Размеры накладки 6 должны обеспечивать перекрытие пробоины на 40…50 мм. В ней сверлят отверстия диаметром 10 мм, с расстоянием между центрами по периметру пробоины 50…70 мм. Расстояние центров отверстий от краев накладки должно составлять 10 мм. В детали сверлят отверстия диаметром 6,8 мм и нарезают в них резьбу 1М8×1.Острые края пробоины притупляют. Металлическую накладку и поверхность детали вокруг пробоины на расстоянии 40…80 мм зачищают до металлического блеска. Обработанные поверхности обезжиривают, просушивают и наносят на них тонкий слой эпоксидной композиции 5. Накладку устанавливают на пробоину и заворачивают болты 7, резьбовая поверхность которых предварительно была покрыта эпоксидной композицией. После отверждения производят зачистку подтеков и наплывов и проверяют качество восстановления.

2. Крепление фрикционных накладок к деталям синтетическими клеями

Приклеивание фрикционных накладок к дискам сцепления и тормозным колодкам вместо крепления заклепками, имеет ряд преимуществ. Значительно снижается трудоемкость восстановления, фрикционные накладки более полно используются по толщине, экономятся цветные металлы.

С этой целью используют синтетические клеи BC-10T и БФТ-52. Старые фрикционные накладки удаляют, диски сцепления зачищают до металлического блеска с помощью шлифовальной машины или дробеструйной установки.

Склеиваемые поверхности обезжиривают ацетоном и просушивают на воздухе 10 мин. Затем наносят слой клея ВС-10Т толщиной от 0,1 до 0,2 мм и выдерживают на воздухе не менее 5 мин. Окончание сушки определяют по прилипанию резинового бруска. Брусок не должен прилипать к нанесенному клеевому слою.

Тормозные колодки с фрикционными накладками соединяют при помощи струбцин, а с ведомым диском сцепления в специальном приспособлении (рис 3). Оно состоит из основания 1, направляющей трубы 2, болта 3 с гайкой 4 и динамометрического ключа 5. Между собранными дисками 6 устанавливают промежуточные кольца 7.

Динамометрическим ключом создают на склеиваемых поверхностях давление 0,1 МПа. Не допускается смещение фрикционных накладок относительно диска более 0,5 мм. Собранный узел устанавливают в сушильный шкаф и выдерживают при температуре 180 ± 5 °С в течение 40 мин. Затем охлаждают в шкафу до температуры от 70 до 100 °С, после чего узел с приспособлением вынимают и охлаждают на воздухе до температуры от 30 до 40 °С. Приспособление разбирают, зачищают подтеки и наплывы клея.

Рис 3. Приспособление для приклеивания фрикционных накладок сцепления: 1 – основание; 2 – направляющая труба; 3 – болт; 4 – гайка; 5 – динамометрический ключ; 6 – диск; 7 – кольцо

Качество склеивания проверяют внешним осмотром и остукиванием. Звук, должен быть ровным без дребезжания. Торцевое биение диска более 0,5 мм и коробление более 1 мм не допускаются. В противном случае производят проточку на токарно-винторезном станке. Клееные изношенные накладки удаляют резцом на токарном станке или выдерживают в печи при температуре 350 °С и времени от 5 до 6 ч., с последующим простукиванием молотком.

Источник

Применение полимерных материалов при восстановлении деталей

Общие сведения

При ремонте машин полимерные материалы получили широкое применение. Они имеют большой диапазон положительных свойств:

• хорошие фрикционные и антифрикционные качества
• достаточная прочность
• масло-, бензо- и водостойкость
• сохранение формы детали
• способность выдерживать определенную нагрузку и температуру
• простота восстановления и изготовления деталей и др.

Обладая ценными физико-механическими свойствами, полимерные материалы позволяют снизить трудоемкость ремонта и технического обслуживания машин на 20-30% и сократить расход дефицитных материалов (черного и цветного металла, сварочных и наплавочных материалов, припоя и т. д.) на 40-50%. К недостаткам полимерных материалов можно отнести изменение их свойств в зависимости от срока службы (старение), сравнительно низкую твердость, усталостную прочность и теплостойкость.

Для использования при ремонте машин рекомендованы следующие полимерные материалы: поликапроамид (капрон), полиэтилен, полистирол, полиамид, волокнит, эпоксидные смолы, синтетические клеи, герметики, анаэробные полимерные материалы и др. Промышленность выпускает специальные аптечки и наборы полимерных материалов для ремонта машин.

Использование полимерных материалов не требует сложного оборудования и высокой квалификации рабочих. Оно возможно в условиях специализированных ремонтных предприятий, в мастерских хозяйств, а также в полевых условиях.

Применение эпоксидных композиций при восстановлении деталей

Эпоксидные смолы в чистом виде используют очень редко. В ремонтной практике применяют эпоксидные составы, которые являются многокомпонентными системами. Важнейшим преимуществом композиции перед полимерами является их повышенная жесткость и прочность, стабильность размеров, повышенная ударная вязкость, регулируемые фрикционные и другие свойства. Однако нельзя достигнуть всех этих свойств в одной композиции.

Кроме эпоксидной смолы, в состав композиции в зависимости от назначения могут входить пластификаторы, наполнители, отвердители, ускорители отверждения, пигменты и другие компоненты.

Пластификаторы уменьшают хрупкость и стойкость к резкому изменению температуры, но уменьшают теплопроводность. В качестве пластификатора чаще всего используют дибутилфталат.

Наполнители вводят для повышения физико-механических свойств, снижения внутренних напряжений, возникающих вследствие разницы коэффициентов линейного расширения металла и полимера. Наполнители подразделяют на связующие (стеклоткань, ткани) и порошкообразные (железный порошок, алюминиевая пудра, цемент, тальк, графит и др.).

В качестве отвердителя эпоксидных смол чаще используют полиэтиленполиамин.

Эпоксидные композиции являются универсальным ремонтным материалом. Их применяют для заделки трещин, раковин, пробоин, восстановления подвижных и неподвижных сопряжений, склеивания деталей. Состав композиции зависит от требуемых свойств и условий работы. Для закрепления втулок, колец, ввертышей при восстановлении с использованием ремонтных дополнительных деталей применяют композицию без наполнителей. На 100 частей (по массе) эпоксидной смолы ЭД-16 берут 10 частей дибутилфталата и 12 частей полиэтиленполиамина. При заделке трещин, пробоин, восстановлении посадочных мест под подшипники в композиции вводят наполнители.

Приготовление композиции заключается в следующем. Эпоксидную смолу в таре разогревают до температуры 70-80°С, отливают необходимое количество в сосуд, добавляют пластификатор и перемешивают двухкомпонентный состав. Затем, если необходимо, вносят наполнитель, предварительно высушенный в течение 2-3 ч при температуре 100-120°С, и тщательно перемешивают состав. Отвердитель добавляют перед употреблением композиции.

Приготовленную композицию необходимо использовать в течение 20-25 мин.

Заделка трещин и пробоин

Эпоксидные композиции используют для заделки трещин в корпусных деталях, не проходящих через отверстия под втулки, посадочные места под подшипники, резьбовые отверстия, длиной не более 200 мм. После определения размеров трещины ее края засверливают сверлом диаметром 3 мм, а трещину по всей длине разделывают под углом 60-70°, на глубину 2-3 мм (при толщине стенки более 5 мм). Если толщина стенки менее 2 мм, разделку трещины не делают. Поверхность детали зачищают до металлического блеска на расстоянии 40 мм по обе стороны от трещины и обезжиривают ацетоном. Приготовленный состав наносят на поверхность и уплотняют шпателем. Для заделки мелких трещин (до 20 мм) используют композицию без наполнителя. При восстановлении чугунных деталей с пробоинами и трещинами длиной более 20 мм применяют следующий состав. На 100 частей (по массе) смолы ЭД-16 берут 15 частей дибутилфталата, 120 частей железного порошка и 11 частей полиэтиленполиамина. Для восстановления корпусных деталей из алюминиевых сплавов вместо железного порошка в качестве наполнителя используют алюминиевую пудру (25 частей).

Трещину длиной 20-150 мм на корпусных деталях или баках заделывают эпоксидной композицией, армированной стеклотканью или технической бязью. Первая накладка из ткани должна перекрывать трещину на 20-25 мм по обе стороны, а вторая перекрывать первую на 10-15 мм. После нанесения первого слоя эпоксидной композиции накладывают первую накладку и прикатывают роликом. На поверхность накладки наносят тонкий слой композиции и накладывают вторую накладку, которую тоже прикатывают роликом. На вторую накладку снова наносят слой композиции и оставляют для отверждения.

Рис. Варианты заделки трещин: а — эпоксидным составом; б — эпоксидным составом, армированным стеклотканью; в — эпоксидным составом и металлической накладкой.

Трещины на корпусных деталях длиной более 150 мм заделывают с помощью накладки.из листовой стали толщиной 1,5-2,0 мм. Зачищенные поверхности детали, накладки и винтов покрывают эпоксидной композицией.

Отверждение композиции проводят при температуре 18-20 С» в течение 72 ч. Допускается проводить отверждение при температуре 20 С» в течение 12 ч, а затем по одному из следующих режимов: при 40 С» — 48 ч; при 60 С» — 24 ч; при 80 С» — 52 ч; при 100 С» — 3 ч.

Пробоины в корпусных деталях, бачках радиаторов, топливных баках заделывают наложением заплат внахлестку с применением эпоксидных композиций. При небольших пробоинах накладку изготавливают из стеклоткани. Тонкостенные детали восстанавливают наложением накладки из листовой стали. Пробоины в корпусных деталях заделывают постановкой внахлестку металлической накладки на винтах. Стальная накладка может быть закреплена с помощью эпоксидной композиции, проникающей в дополнительные сверления.

Восстановление посадочных отверстий

Эпоксидные композиции применяют при ремонте неподвижных сопряжений деталей типа корпус — подшипник, корпус — втулка, если зазор в сопряжении не превышает 0,1 мм. Перед нанесением композиции сопрягаемые поверхности отверстия в корпусе, втулки (подшипника) зачищают и обезжиривают. После просушивания наносят композицию (без наполнителя) на подготовленные поверхности слоем толщиной не более 0,5 мм. Через 10-15 мин втулку (подшипник) запрессовывают в отверстие и проводят отверждение по одному из вышеприведенных режимов.

Склеивание деталей синтетическими клеями

Для склеивания применяют клеи ВС-ЮТ и типа БФ, 88Н и др. Клей ВС-ЮТ используют для приклеивания накладок к тормозным колодкам и дискам сцепления. Кроме того, его можно использовать для склеивания металлов, стеклотекстолитов и других материалов. Режим отверждения: давление прижатия склеиваемых поверхностей — 0,2-0,4 МПа, температура — 175-185°С, продолжительность — 1,5-2,0ч.

Клеи БФ-2, БФ-4, БФ-6 применяют для склеивания металлов, древесины и др.

Клей БФ-6 дает более эластичные соединения, поэтому его применяют для склеивания фетра, войлока, тканей и других материалов. Режим склеивания: давление — 0,5- 1,0 МПа, температура — 140-160°С, продолжительность — 1,0— 1,5 ч. Клей БФ-52Т используют для тех же целей, что и клей ВС- ЮТ.

Для склеивания резин и резины с металлом применяют клей 88Н.

Поверхности, подлежащие склеиванию, очищают от загрязнений и старых полимерных материалов. Металлические поверхности зачищают до металлического блеска и обезжиривают ацетоном или бензином. После сушки деталей наносят слой клея толщиной 0,10-0,15 мм на склеиваемые поверхности и выдерживают при комнатной температуре в течение 10-15 мин. Затем наносят второй слой клея и просушивают детали. Окончание сушки проверяют «на отлип». К слою клея прикладывают резиновый брусок, очищенный ацетоном. Если он не прилипает, склеиваемые поверхности накладывают одна на другую и сжимают специальными приспособлениями. Деталь вместе с приспособлениями помещают в специальный шкаф для термообработки (отверждения клеевого состава) и выдерживают в течение 40 мин. Для уменьшения остаточных напряжений в клеевом соединении детали охлаждают вместе со шкафом до температуры 80-100°С, а затем на воздухе до температуры 20—25°С в течение 2—3 ч и снимают с приспособлений.

По такой технологии приклеивают фрикционные накладки на тормозные колодки и диски.

Применение эластомеров при восстановлении посадок

Ремонт подшипниковых узлов часто заключается в восстановлении первоначальных натягов. Нарушению посадки способствует смятие неровностей поверхностей при запрессовке и снятии подшипников и вследствие проворачивания кольца подшипника при работе машины. Для восстановления посадочных мест под подшипники в отверстиях и на валах, а также под втулки и шестерни при износе не более 0,06 мм применяют эластомеры ГЭН-150(B) или 6Ф.

Технологический процесс включает следующие операции: приготовление раствора, зачистка и обезжиривание изношенных поверхностей, нанесение раствора на подготовленные поверхности, термическая обработка и Сборка узлов. Растворы приготовляют по следующей рецептуре: одна часть (по массе) эластомера ГЭН- 150(B) и 6,2 части ацетона; или 2 части эластомера 6Ф, 5 частей ацетона и 5 частей этилацетата.

Раствор эластомера наносят на поверхность детали в вытяжном шкафу кисточкой. Не допускается перекрытия слоев при нанесении раствора. Толщина пленки одного слоя равна 0,01 мм. Деталь с покрытием выдерживают 20 мин, а затем помещают для термообработки в сушильный шкаф. Термообработка проводится при температуре 120 С» в течение 30 мин. Каждый последующий слой до получения необходимой толщины наносят после термообработки предыдущего. Перед сборкой поверхность детали, покрытой эластомером, смазывают графитной смазкой, охватывающую деталь подогревают до температуры 120-140°С.

Источник