Способы ремонта деталей полимерными материалами

Способы ремонта деталей полимерными материалами

Полимеры — это высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа одинаковых группировок, соединенных химическими связями.

Профессор, доктор технических наук Г. В. Мотовилин разработал технологию восстановления деталей полимерными материалами в виде эпоксидных композиций в авторемонтном производстве. Эпоксидные композиции широко применяют для заделки трещин и пробоин в корпусных деталях.

В состав эпоксидных композиций входят эпоксидная смола ЭД-16 или ЭД-20, пластификатор, наполнители и отвердители. Пластификаторами служат дибутилфталат ДБФ , полиэфир МГФ -9, тиокол НВБ -2. В качестве отвердителей применяются полиэтиленполиамин ПЭПА , отвердитель УП-583. Одновременно и пластификатором, и отвердителем являются низкомолекулярные полиамидные смолы Л-18, Л-19, Л-20. В табл. 11 приведены некоторые составы эпоксидных композиций.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Для ремонтных целей также могут быть использованы клеи холодного отверждения УП-5-177 и УП-5-177-1 —композиции на основе модифицированной эпоксидной смолы и отвердителя УП-5-159, отверждающиеся как на воздухе, так и в воде (пресной и морской).

Для приготовления композиций эпоксидная смола ЭД-16 подогревается до жидкотекучего состояния (при температуре 60… 70 °С) в ванне с горячей водой или у источника с равномерным нагревом. В фарфоровом или металлическом сосуде в горячую смолу вводится пластификатор и состав перемешивается в течение 5—8 мин. После этого по частям добавляется наполнитель, который должен быть сухим, и приготовленная смесь тщательно перемешивается.

Полученный состав может длительно (1—2 года) храниться в закупоренной таре в прохладном и темном месте. Непосредственно перед употреблением в тройную смесь вводится отвердитель. При этом температура смеси не должна превышать 30 °С. Срок нанесения композиции после введения ПЭПА составляет 30—60 мин при комнатной температуре.

Полимерные материалы и их свойства. При восстановлении деталей машин в ремонтной практике все шире применяют пластмассы. Полимерные материалы имеют большой диапазон положительных свойств: простота восстановления и изготовления деталей, хорошие фрикционные и антифрикционные качества, достаточная прочность, масло-, бензо- и водостойкость, небольшая трудоемкость и низкая стоимость. К недостаткам полимерных материалов можно отнести изменение их физико-механических свойств с изменением температуры и срока службы, сравнительно низкие твердость, усталостная прочность и теплостойкость.

При ремонте машин наибольшее применение получили композиции материалов на основе эпоксидных смол, полиамиды (68, НД, ВД и др.), волокнит АГ-4, текстолит, эластомер ГЭН -150(В), герметики типа «Эластосил» и синтетические клеи. Промышленность выпускает специальные аптечки и наборы полимерных материалов для ремонта машин.

Ремонтная аптечка АРПК ГОСНИТИ предназначена для ремонта тракторов, автомобилей и других машин в полевых условиях. В ее состав входят эпоксидная смола ЭД-16 с отвердителем и пластификатором, железный порошок, алюминиевый порошок ПАК -1, стеклолента, стеклоткань, герметик «Эластосил» 137—83, стальные, алюминиевые пластины и вспомогательные материалы для выполнения необходимых операций при ремонте.

Набор полимерных материалов для ремонта сельскохозяйственной техники (ТУ 6-09-4090—75) предназначен для заделки трещин, пробоин, восстановления изношенных поверхностей неподвижных сопряжений, резьбовых соединений, ремонта трубопроводов и других операций в мастерских. Набор содержит эпоксидную смолу, отвердитель (полиэтиленполиамин) и пластификатор (дибутилфталат).

Восстановление деталей составами на основе эпоксидных смол.

Составы на основе смолы ЭД-16 применяют для склеивания хорошо подогнанных одна к другой деталей, заделки трещин, пробоин и нанесения покрытий на изношенные поверхности. Составы изготавливают в зависимости от требуемых механических свойств поверхности и условий работы. Для восстановления деталей, работающих пРи температуре от —70 °С до +120 °С, рекомендуют следующие составы. На 100 частей (по массе) эпоксидной смолы ЭД-16 берут —8 частей отвердителя (полиэтиленполиамина), 12…15 частей пластификатора (дибутилфталата) и в качестве наполнителя используют железный порошок, алюминиевый порошок ПАК -1 или Цемент марки «500».

Состав без наполнителей применяют для закрепления втулок и колец при восстановлении с использованием дополнительных деталей. При заделке трещин и пробоин в стальных и чугунных деталях в качестве наполнителя вводят железный порошок— 160 частей или цемент — 120 частей, а при восстановлении алюминиевых деталей — алюминиевый порошок — 30…40 частей.

Приготовление составов заключается в следующем. Эпоксидную смолу разогревают в таре до температуры 60…80°С, добавляют дибутилфталат и смесь перемешивают. Затем, если необходимо, вносят наполнитель, предварительно высушенный в течение 2…3 ч при температуре 100 …120 °С. Отвердитель (полиэтиленполиамин) добавляют перед употреблением состава. Его так же, как и напол: нитель, перед внесением в состав выпаривают в вакуум-сушильном шкафу в течение 3 ч при температуре 110… 115 °С. Готовый состав необходимо использовать в течение 20…25 мин. Перед нанесением состава поверхности должны быть очищены до металлического блеска и обезжирены.

Заделка трещин и пробоин. После определения размеров трещины концы ее засверливают сверлом диаметром 3 мм, а трещину по всей длине разделывают под углом 60…70° на глубину 2…3 мм. Если толщина стенки детали менее 2 мм, разделку трещин не делают. Вдоль трещины зачищают поверхность на расстоянии 40…50 мм по обе стороны трещины. Приготовленный состав наносят на обезжиренную поверхность слоем 0,1…0,15 мм, а шов уплотняют шпателем. Накладывают заплату из стеклоткани так, чтобы она перекрывала трещину на 20…25 мм по обе стороны, и прикатывают заплату роликом. Затем наносят второй слой состава, накладывают вторую заплату и также прикатывают ее роликом. На вторую заплату снова наносят слой состава и оставляют для отверждения.

Рис. 1. Заделка трещин полимерными материалами:
а — разделка трещины; б — нанесение состава; в — прикатывание заплаты роликом; г — заделанная трещина; 1 — ролик; 2 — заплата; 3 — слой состава.

Рис. 2. Заделка пробоин с помощью полимерных материалов:
а — наращиванием заподлицо; б — наращиванием накладок внахлестку; 1 — накладки из стекловолокна; 2 — проволока; 3 — металлическая накладка.

Пробоины заделывают обычно на необработанных поверхностях и площадью не более 600 см2 по двум вариантам.
1. При наращивании стенки заподлицо применяют металлическую накладку и закрепляют ее проволокой. Стеклоткань укладывают по всей толщине стенки.
2. При наложении накладки внахлестку сверлят отверстия диаметром 3 мм вокруг пробоины или закрепляют металлическую накладку болтами.

Технологические процессы нанесения состава, наложения накладок и отверждения такие же, как и при заделке трещин.

Восстановление изношенных отверстий эпоксидными составами. На подготовленную поверхность изношенных отверстий наносят состав и через 30 мин при помощи специальной оправки заданного размера протягиванием формируют размер отверстия. Оправку предварительно смазывают тонким слоем масла. Отверждение нанесенного слоя выполняют по одному из режимов: выдержка 4…5 ч при температуре 60°С или 2 ч при 100 °С.

Склеивание деталей синтетическими клеями. Для склеивания деталей чаще всего применяют клеи ВС-10Т и типа БФ.

Клеи ВС-ЮТ используют в основном для приклеивания накладок к тормозным колодкам и дискам сцепления, но их можно успешно использовать также и для склеивания металлов, стекло-текстолитов и других материалов. Режим отверждения: давление прижатия склеиваемых поверхностей 0,2…0,4 МПа, температура — 175…185 °С, продолжительность 1,5…2,0 ч.

Клеи БФ-2, БФ-4 и БФ-6 используют для тех же целей, что и клей ВС-ЮТ. Клей БФ-4 дает более пластичные соединения, а клей БФ-6 — еще более эластичные соединения, поэтому его применяют в основном для склеивания фетра, резины, тканей, войлока и других эластичных материалов. Режим отверждения этих клеев: давление 0,5…1,0 МПа, температура 140…160 °С, продолжительность 1,0…1,5 ч.

Поверхности, подлежащие склеиванию, тщательно очищают от грязи, масла и оксидов. Остатки старых полимерных материалов удаляют механической обработкой резцами и специальными порошками. Металлические поверхности зачищают до блеска наждачными кругами и создают достаточную шероховатость. После этого поверхности протирают ацетоном или бензином и сушат в течение 10 мин. Наносят клей тонким слоем (0,1…0,15 мм) и выдерживают при комнатной температуре 10… 15 мин, затем наносят второй слой клея и снова сушат. Склеиваемые поверхности накладывают одна на другую и сжимают их специальными приспособлениями. Сжатые поверхности подвергают термообработке (отверждению клеевого шва) в шахтных печах, специальных шкафах и другими способами по режиму, соответствующему применяемому клею.

Нанесение толстых (более 0,5 мм) слоев клея резко снижает прочность соединения. Для уменьшения остаточных напряжений склеенное соединение после нагрева и выдержки медленно охлаждают вместе с печью до температуры 100 °С в течение 50…60 мин, затем на воздухе до температуры 20…25°С в течение 2…3 ч.

По такой технологии приклеивают фрикционные накладки на диски сцепления, тормозные колодки и другие детали с использованием клея ВС-10Т.

Существуют и другие способы приклеивания фрикционных накладок. Например, все более широкое применение получает способ приклеивания накладок с использованием готовой клеевой ленты. Хлопчатобумажную ленту пропитывают клеем ВС-ЮТ в специальных установках и просушивают по определенному режиму. При склеивании отрезают необходимый размер ленты, прокладывают ее между поверхностями, подлежащими склеиванию, сжимают их в приспособлении под давлением 0,2…0,3 МПа и подвергают термообработке по режиму: нагрев до температуры 180 ±5°С и выдержка в течение 1,5 ч.

В клеевых соединениях возможны дефекты: непроклеи, слишком тонкие («голодные») или толстые клеевые швы, неотвердевшие клеевые швы и др. Поэтому после склеивания любым способом детали подвергают контролю вибрационным, вакуумным, акустическим или ультразвуковым методом. Тормозные колодки часто проверяют выборочно под прессом. Качество приклеивания накладок оценивают по усилию, выдерживаемому без разрушения. Для машин разных марок оно различно.

В последние годы в ремонтном производстве широко при­меняют различные виды синтетических материалов. Их исполь­зуют при устранении механических повреждений на деталях (трещины, пробоины, отколы), компенсации износа рабочих поверхностей деталей, а также при соединении деталей склеива­нием.

Пластмассы подразделяются на две большие группы: тер­мореактивные (реактопласты) и термопластические (термоплас­ты) . Термореактивные пластмассы при нагревании отверждаются и теряют свои пластические свойства, а термопластические — размягчаются, и в этом состоянии им можно придать любую форму. При охлаждении они снова затвердевают. Из термо­реактивных пластмасс наиболее широко применяют эпоксидные составы, состоящие из связующих веществ, отвердителей, пласти­фикаторов и наполнителей.

В качестве связующего вещества в эпоксидные составы вхо­дит эпоксидная смола, представляющая собой вязкую жидкость светло-коричневого цвета. Для придания эпоксидным составам требуемых физико-механических свойств в них вводят наполни­тели: стальной или чугунный порошок, алюминиевую пудру, по­рошки талька, асбеста, графита и др.

На эпоксидной основе с наполнителем в виде порошка железа и портландцемента готовят клеевую композицию. В качестве растворителя применяют дибутилфталат. Непосредственно перед употреблением в раствор добавляют полиэтиленполиамин и тщательно перемешивают в течение 5—10 мин. Клеевую компо­зицию наносят на обе склеиваемые детали, соединяют их и стя­гивают болтами для фиксации. После отверждения состава де­таль обретает нужные свойства.

Для восстановления изношенных цилиндрических поверх­ностей в корпусных деталях трансмиссий тракторов приме­няют ремонтные кольца, устанавливаемые в корпус на эпоксид­ных смолах. Кольца изготовляют из стальной ленты толщиной 0,5 мм (ширина зависит от длины и диаметра восстанавли­ваемого отверстия).

Изношенные отверстия корпуса обрабатывают до размера, обеспечивающего свободное (с зазором) размещение в них вту­лок (колец) при центрировании. Кольца устанавливают в соответствующие отверстия корпуса, на внутреннюю поверх­ность которого нанесен клеевой состав, и центрируют с помощью специальных приспособлений. Можно также наносить клеевой состав на наружную поверхность кольца, при центрировании которого в корпусе лишнее количество состава будет вытеснено из зазора. После установки корпус выдерживают до отверждения состава при температуре 20° С в течение 72 ч.

Технологический процесс можно использовать для восста­новления. посадочных мест корпусов, коробок передач, корпусов трансмиссии, переднего и заднего мостов тракторов и строи­тельных машин.

Для ремонта промышленностью выпускается набор синтети­ческих материалов, в который входят: эпоксидная смола ЭД-16 (связующее) —3 кг; дибутилфталат (пластификатор) —0,5 кг; полиэтиленполиамин (отвердитель) — 0,37 кг. Набор предназна­чен для приготовления эпоксидных составов, используемых при ремонте техники на ремонтных предприятиях и в мастерских.

Тонкослойные полимерные покрытия на основе эпоксидных порошковых материалов применяют при ремонте посадочных мест подшипников корпусных деталей, например постелей корен­ных подшипников блоков цилиндров двигателей, и при ремонте деталей типа «вал» с восстановлением номинальных размеров.

Для ремонта кабин и облицовки тракторов и строительных машин используют газопламенный способ нанесения пластмассы ПФН -12 и ТПФ -37 с помощью установки УПН -6-63.

В качестве клеев, растворов, паст, замазок с любой вязкостью и необходимыми наполнителями может применяться гермети­зирующий эластомер ГЭН -150(В), состоящий из каучука и смо­лы. Его применяют также в виде пленок толщиной от 10 мкм до 10 мм с различной твердостью и пластичностью в зависи­мости от добавки наполнителя или без него и применяемой термообработки.

Эластомер ГЭН -150(В) обладает высокой адгезией и хорошей эластичностью, выдерживает высокие давления и значительные перегрузки, создает большое сопротивление прохождению тока.

Распрессовочные усилия при применении пленки эластомера в зависимости от натяга и обработки сопрягаемых деталей повышаются в 2—3 раза по сравнению с прессовой посадкой без пленки. Детали, на которые нанесена пленка эластомера, могут работать, храниться и транспортироваться при темпера­туре —20 и +145 °С.

Источник

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