Лекция «Применением полимерных материалов и другие способы восстановлении деталей машин»

Вопросы:

Основные полимерные материалы.

Ремонт деталей полимерами.

Другие способы восстановления деталей.

Литература:

Основная:

1. Ремонт машин/ Под ред. Тельнова Н. Ф. — М.: Агропромиздат, 1992, 560 с.: ил.[с. 193..210]

2. Технология ремонта машин и оборудования. Под общ. ред. И. С. Левитского. Изд.2-е, перераб. и доп. М.: «Колос», 1975.

Дополнительная:

Ремонт машин/ 0.I. Сiдашенко, О. А. Науменко, А. Я. Поicький та ш.;

За ред. 0.I. Сiдашенка, А. Я. Полiського. — К.: Урожай, 1994.- 400с. [с. 138..143 ]

Основные полимерные материалы.

При ремонте машин широко применяют полимерные материалы как для изготовления, так и для восстановления деталей. Это объясняется тем, что они обладают рядом ценных свойств (небольшая объемная масса, значительная прочность, хорошая химическая стойкость, высокие антифрикционные и диэлектрические свойства, вибростойкость, достаточно высокая теплостойкость некоторых из них и т. д.).

Использование полимеров позволяет во многих случаях избежать сложных технологических процессов при восстановлении деталей, таких, как сварка, наплавка, гальванические покрытия и др. Технология применения полимеров проста и доступна для внедрения на ремонтных предприятиях.

Основа пластических масс (пластмасс) — искусственная (синтетическая) или естественная смола, которая играет роль связующего материала и определяет их химические, механические, физические и другие свойства.

Различные пластмассы получают путем добавок к смоле наполнителей, пластификаторов, отвердителей, красителей и других материалов.

К полимерным Материалам относятся пластики, которые, как и пластмассы, делятся на две большие группы: термореактивные (реактопласты) и термопластичные (термопласты).

Реактопласты при нагреве размягчаются, и их можно формовать прессованием или другими способами. После дальнейшего нагрева происходят определенные химические превращения, и они становятся твердыми, плотными, нерастворимыми и неплавкими. Повторно реактопласты по прямому назначению использовать нельзя.

Термопласты Размягчаются при нагреве, формируются литьем под давлением, а затем после охлаждения затвердевают, сохраняя приданную им форму. При повторном нагревании термопласты становятся мягкими и плавкими, т. е. пригодными для повторного использования.

Наполнители служат для улучшения физико-механических, диэлектрических, фрикционных или антифрикционных свойств, для повышения теплостойкости и уменьшения усадки полимерных материалов, а также для удешевления. В качестве наполнителей используют металлические слежку; портландцемент, хлопчатобумажные ткани, стеклоткань, бумагу, асбест, слюду, графит и др.

Пластификаторы — дибутилфталат, камфара, олеиновая кислота, диметил — и ди-этилфталат и другие — придают полимерам эластичность, вязкость и текучесть при переработке.

Отвердители — амины, магнезия, известь и другие — способствуют переходу полимеров в твердое и нерастворимое состояние.

Красители — нигрозин, охра, мумия, сурик и другие — сообщают полимерам определенный цвет.

Среди многих полимерных материалов, применяемых при ремонте машин, все большее значение приобретают полиамиды, полиэтилен, волокнит, стеклопластик, стиракрил, композиции на основе эпоксидных смол и т. д.

Основные полимерные материалы, используемые в ремонтном деле, характеризуются следующими свойствами.

Капроновая смола (капролактам) марки А и Б — твердый роговидный материал белого цвета или с желтоватым оттенком. Поставляется в виде гранул. Предел прочности: при сжатии 70—80 МПа, при растяжении 60—65 МПа, при изгибе 80 МПа.

Капролактам Применяют для изготовления и восстановления деталей с высокими антифрикционными свойствами (подшипники, зубчатые колеса, втулки, ролики, вкладыши), уплотнений, прокладок и т. д.

Основной недостаток капрона — низкая теплопроводность, теплостойкость и усталостная прочность (6,5 МПа). Максимально допустимая рабочая температура капроновых деталей или покрытий на воздухе не должна превышать плюс 70—80°С и минус 20— 30°С.

Полиэтилен Высокого давления марки Г1Э-150 — твердый роговидный материал молочно-белого цвета. Поставляется в виде гранул. Предел прочности при растяжении 12—16 МПа, при сжатии 12,5 МПа, при изгибе 12—17 МПа.

Полиэтилен этой марки обладает высокими диэлектрическими свойствами, значительной сопротивляемостью к действию кислот и щелочей, хорошей стойкостью в среде различных масел, незначительной поглощаемостью влаги.

Полиэтилен ПЭ-150 Применяют для изоляции проводов, кабелей, деталей высокочастотных устройств, радиоаппаратуры, обкладки аппаратов, резервуаров, покрытия металлов. Полиэтиленовые пленки используют в качестве упаковочного материала.

Полиэтилен низкого давления марок Л, Э и П — твердый роговидный материал молочно-белого цвета. Выпускают его в виде гранул. Предел прочности при растяжении 22— 27 МПа (для марки Л), 22—35 МПа (для марки Э), 22—45 МПа (для марки П). Применяют его для изготовления и восстановления колес, крышек, кожухов, трубок и т. д. Пресс-порошки ФКП-1 и ФК. П-2 Выпускают в виде порошков. Временное сопротивление статическому изгибу для порошка ФКП-1 составляет 50—60 МПа. Его применяют для изготовления деталей с повышенной механической прочностью и сопротивляемостью удару (фланцы, крышки, маховики, шестерни, шкивы, рукоятки и т. д.).

Порошок ФКП-2 Имеет предел прочности при изгибе 75—85 МПа. Этот порошок применяют для изготовления деталей с повышенной прочностью на удар и изгиб (фланцы, шестерни, шкивы, кулачки и т. д.).

Клей БФ-2 — однородная вязкая жидкость темно-коричневого цвета. Им можно склеивать металлы и неметаллические материалы, работающие при температуре от —60° до +180°С, фенольно-формальдегидные пластики, текстолит, стеклотекстолит, гетинакс, амипласты, фибру, стекло, эбонит, древесину, фанеру, ткани, кожу, керамику и т. д.

Предел прочности склеенных образцов на растяжение: сталь—сталь 28,5—38,5 МПа; сталь—фарфор 10 МПа, сталь—стекло 13,9 МПа; дюралюминий—дюралюминий 6,5— 10 МПа. Соединения, стойкие в воде, спирте, бензине, керосине, минеральных кислотах. Выпускают клей в готовом для употребления виде.

Клей БФ-6 Применяют для склеивания тканей, фетра и т. д. Клей ВС-10Т—однородная прозрачная жидкость темно-красного цвета, без посторонних примесей и осадков. Им можно склеивать между собой и в любом сочетании различные металлы и неметаллические материалы (сталь, чугун, алюминий, медь и их сплавы, стеклотекстолит, теплостойкие пенопласты, а также асбоцементные материалы), работающие при температуре 200°С в течение 200 ч и при температуре 300°С в течение 5 ч. Предел прочности на сдвиг (сталь ЗОХГСА — сталь ЗОХГСА) составляет при температуре 20°С—15—17 МПа, при температуре 200°С — 6,0—6,5 МПа и при температуре 300°С — 3,5—4,0 МПа.

Ремонт деталей

Ремонт деталей, имеющих трещины и пробоины. Блоки цилиндров, их головки, картеры коробок передач и другие детали ремонтируют с использованием эпоксидных смол.

Широко используется Эпоксидная смола ЭД-16— прозрачная вязкая масса светло-коричневого цвета. В герметически закрытом сосуде при комнатной температуре она может храниться продолжительное время.

Смола отвердевает под действием отвердителя, В качестве последнего служат алифатические амины, ароматические амины (АФ-2), низкомолекулярные полиамиды (Л-18, Л-19 и Л-20). Самым распространенным считается Полиэтиленполиамин — вязкая жидкость от светло-желтого до темно-бурого цвета.

Чтобы повысить эластичность и ударную прочность отвержденной эпоксидной смолы, следует вводить в ее состав пластификатор, например дибутилфталат — желтоватую маслянистую жидкость.

С помощью наполнителей улучшаются физико-механические, фрикционные или антифрикционные свойства, повышаются теплостойкость и теплопроводность и снижается стоимость. К ним относятся чугунный, железный и алюминиевый порошки, асбест, цемент, кварцевый песок, графит, стекловолокно и др.

Эпоксидную композицию готовят следующим образом. Разогревают тару с эпоксидной смолой ЭД-16 в термошкафу или емкости с горячей водой до температуры 60…80°С и наполняют ванночку необходимым количеством смолы. В последнюю добавляют небольшими порциями пластификатор (дибутилфталат), тщательно перемешивая смесь в течение 5…8 мин. Далее так же вводят наполнитель — 8… 10 мин.

Приготовленный состав можно хранить длительное время. Непосредственно перед его применением вливают отвердитель и перемешивают в течение 5 мин, после чего эпоксидная композиция должна быть использована в течение 20…25 мин.

Качество эпоксидных покрытий во многом зависит от состава, композиции. Трещины длиной до 20 мм заделывают Следующим образом.

С помощью лупы 8… 10-кратного увеличения определяют границы трещин и на ее концах сверлят отверстия диаметром 2,5… 3,0 мм. Вдоль нее по всей длине снимают фаску под углом 60… 70 °С на глубину 1,0…3,0 мм. Если толщина детали менее 1,5 мм, то снимать фаску не рекомендуется. Зачищают поверхность на расстоянии 40 … 50 мм от трещины до металлического блеска. Обезжиривают поверхности трещины и зачищенного участка, протирая их смоченным в ацетоне тампоном.

После просушивания в течение 8… 10 мин поверхность детали вновь обезжиривают и вторично просушивают.

Деталь 1 (рис. 1, а) Устанавливают так, чтобы поверхность с трещиной 2 Длиной до 20 мм находилась в горизонтальном положении, и наносят шпателем эпоксидный состав 3 На поверхности трещины и зачищенного участка.

Трещину длиной 20… 150 мм (рис. 1,6) Заделывают так же, но после нанесения эпоксидного состава 3 На нее дополнительно укладывают накладку 4 Из стеклоткани. Последняя перекрывает трещину со всех сторон на 20…25 мм. Затем накладку прикатывают роликом 5. На поверхность наносят слой состава, и накладывают вторую накладку Б (рис. 1, в) С перекрытием первой на 10… 15 мм. Далее прикатывают роликом и наносят окончательный слой эпоксидного состава

Рис.1 Схема заделки трещин:

1 — деталь; 2 — трещина; 1 Эпоксидный состав; 4 и 6-накладки из стеклоткани; 5 — ролик; 7 — Металлическая накладка; 8 ~ болт.

На трещины длиной более 150 мм (рис. 1, г) Наносят эпоксидный состав с наложением металлической накладки и закреплением ее болтами. Подготовка поверхности и разделка трещины такая же, что и для трещины длиной менее 150 мм.

Накладку 7 изготавливают из листовой стали толщиной 1,5… 2,0 мм. Она должна перекрывать трещину на 40… 50 мм. В накладке сверлят отверстия диаметром 10 мм. Расстояние между их центрами вдоль трещины 60… 80 мм. Центры должны отстоять от краев накладки на расстоянии не менее 10 мм.

Накладку устанавливают на трещину. Кернят центры отверстий на детали, снимают накладку, сверлят отверстия диаметром 6,8 мм и нарезают в них резьбу 1М8Х1. Поверхности детали и накладки зачищают до металлического блеска и обезжиривают.

Далее наносят на них слой эпоксидного состава. Размещают накладку на деталь и заворачивают болты, предварительно покрыв резьбовые поверхности тонким слоем эпоксидного состава.

Пробоины на деталях заделывают с помощью этого же состава с наложением металлических накладок заподлицо или внахлестку. В первом случае (рис. 2, а) Притупляют острые кромки пробоины и зачищают поверхность детали вокруг пробоины до металлического блеска на расстоянии 10…20 мм.

Накладку изготавливают из листовой стали толщиной 0,5,.. 0,8 мм. Она должна перекрывать пробоину на 10…20 мм. Обезжиривают и просушивают в течение 8… 10 мин кромки пробоины и зачищенный вокруг нее участок поверхности.

Рис.2 Схема заделки пробоин с наложением накладок:

А — заподлицо; б Внахлестку; 1 и б — металлические накладки; 2 и 5 — слои эпоксидного состава; 3 — проволока; 4 Накладка из стеклоткани; 7 Болт.

Прикрепляют к центру накладки проволоку диаметром 0,3…0,5 мм и длиной 100… 150 мм. Выполняют из стеклоткани накладки по контуру пробоины. Наносят тонкий слой эпоксидного состава после вторичного обезжиривания кромок пробоины и зачищенного участка и просушивания.

Устанавливают накладку 1 Под пробоину и закрепляют проволокой 3. Затем укладывают на накладку 1 Накладку 4 Из стеклоткани, прикатывают ее роликом, наносят эпоксидный состав, укладывают вторую накладку из стеклоткани и прикатывают ее роликом. Операции по нанесению эпоксидного состава и укладке накладок из стеклоткани повторяют до тех пор, пока пробоина не будет заполнена по всей толщине стенки. На верхнюю накладку наносят слой 2 эпоксидного состава и проводят его отверждение. Во втором случае (рис. 2,6) Притупляют острые края пробоины, зачищают вокруг нее на расстоянии 40… 50 мм до металлического блеска поверхность детали. Накладку изготавливают из стали толщиной 1,5…2,0 мм. Она должна перекрывать пробоину на 40… 50 мм. Сверлят в ней отверстия диаметром 10 мм. Расстояние между ними по периметру пробоины 50… 70 мм. Центры должны отстоять от краев накладки на расстоянии 10 мм. Сверлят в детали отверстия диаметром 6,8 мм и нарезают в них резьбу 1М8Х1. Зачищают до металлического блеска поверхность накладки, соприкасающуюся с деталью. Обезжиривают поверхности детали и накладки, а затем наносят на них тонкий слой эпоксидного состава. После этого зачищают подтекания и наплывы эпоксидной композиции и проверяют качество ремонта. 3. Способы восстановления деталей Заделка трещин в корпусных деталях. Эту операцию выполняют слесарно-механическими способами: штифтованием, фигурными вставками и постановкой заплат. Заделка трещин Штифтованием — весьма трудоемкая операция и требует высокой квалификации слесаря. Ее используют при ремонте деталей, к которым предъявляются условия герметичности (корпуса коробок передач, задних мостов, водяных рубашек блоков цилиндров). Сущность этого способа состоит в том, что трещину по всей ее длине заделывают резьбовыми штифтами.

Последние изготовляют из красной меди или бронзы. Вначале засверливают концы трещины, нарезают в них резьбу и устанавливают штифты. Затем в порядке, указанном на рисунке 2.50, сверлят отверстия и устанавливают остальные штифты. Концы штифтов рекомендуется расчеканивать, а отремонтированные поверхности — пропаивать. Трещины длиной 50 мм и более заделывать штифтами не следует.

Рис. 3. Схема заделки трещин штифтами.

Заделка трещин фигурными вставками позволяет восстанавливать не только герметичность детали, но и ее прочность.

Технология ремонта включает получение в детали специального паза и запрессовку в него заранее изготовленной фигурной вставки (рис. 4). К основным деталям оснастки, от которых зависит качество работы, относятся кондуктор для сверления отверстий паза и сама фигурная вставка. Трещины заделывают уплотняющими и стягивающими фигурными вставками, которые изготовляют из малоуглеродистой стали 20 или Ст. 3.

Рис.4 Типы фигурных вставок: а и б — уплотняющие; в, г, д, И Е — стягивающие; ж — сверление отверстий поперек трещины.

Заделка трещины уплотняющими фигурными вставками заключается в следующем.

Отступив от конца трещины в сторону ее продолжения на 4 … 5 мм, сверлят отверстия диаметром 4,6 мм для деталей с толщиной стенки до 12 мм и диаметром 6,6 мм свыше 12 мм на глубину соответственно 3,5 и 6,5 мм.

Затем последовательно вдоль трещины сверлят также отверстия с помощью специального кондуктора. Последний переставляют и фиксируют каждый раз по просверленному отверстию. Кроме того, выполняют отверстия и поперек трещины — по два с каждой стороны через каждые пять отверстий.

Устанавливают в паз сначала поперечные, а затем продольные вставки, смазав предварительно торцовые и боковые поверхности эпоксидным Компаундом, И расклепывают их.

Заделка трещины стягивающими фигурными вставками аналогична способу, рассмотренному выше. Фигурный паз под стягивающую фигурную вставку изготовляют только поперек трещины. С помощью специального кондуктора сверлят шесть отверстий диаметром 3.5 мм на глубину 10 или 15 мм (в зависимости от толщины стенки детали) с шагом больше чем на 0,1… 0,3 мм, располагая три отверстия с одной стороны и три — с другой.

Перемычку между отверстиями удаляют специальным пробойником в виде пластин толщиной 1,8 или 3,0 мм. В полученный паз запрессовывают фигурную вставку, предварительно обезжирив поверхности и смазав их эпоксидным составом.

Трещина стягивается за счет разности размеров шаговмежду осями отверстий фи-гурного паза и фигурной вставки. ‘Данным способом рекомендуется восстанавливать перегородки между цилиндрами блок-картера, корпуса коробок передач и заделывать трещины в головках цилиндров.

Разработан комплект оснастки ОР-11362, в состав которого входят два усовершенствованных кондуктора. Они служат для ремонта наружных стенок деталей и внутренних цилиндрических поверхностей, отличаются от существующих своей универсальностью, простотой устройства и небольшой трудоемкостью при эксплуатации.

Ремонт резьбовых соединений. Работоспособность резьбовых соединений восстанавливают двумя методами: с Изменением первоначального размера Изношенной резьбовой детали (способ ремонтных размеров) и Без его изменения (способы наплавки и заварки, постановки добавочных деталей, замены части детали).

Более прогрессивным считается последний, т. е. без изменения размеров резьбы (под номинальный размер), так как при этом не нарушается взаимозаменяемость и не уменьшается прочность соединения.

Наружную резьбу восстанавливают несколькими способами. Сорванную резьбу (менее 2 ниток) и забоины устраняют прогонкой с помощью резьбонарезного инструмента и слесарной обработки.

Обычно бракуют болты с изношенными головками, сорванную резьбу более 2 ниток, а также изношенную резьбу. При ремонте резьбы на валах заменяют изношенную резьбовую часть детали или наплавляют металл на поверхность различными способами.

Основным недостатком наплавки следует считать снижение усталостной прочности детали (от 10 до 30%) и возможность прожога тонкостенных деталей. Резьбовые отверстия имеют следующие основные дефекты: срыв, забитость, смятие и выкрашивание отдельных витков, износ по внутреннему и среднему диаметрам и др. Для их ремонта применяют различные способы (рис. 5).

Основной недостаток заварки отверстий с последующим сверлением и нарезанием резьбы номинального размера — большая зона термического влияния, что приводит к отбелу чугуна, образованию трещин и короблению, изменению структуры материала и снижению прочности резьбы почти в два раза. Нарезание резьбового отверстия на новом месте возможно только в том случае, когда его расположение может быть изменено без нарушения взаимозаменяемости соединения (ступицы барабана и т. п.).

Стабилизацию резьбовых соединений полимерной композицией используют при суммарном износе соединения шпилька — корпус не более 0,3 мм. Установка спиральной вставки при ремонте ответственных деталей и агрегатов получила широкое применение.

Рис. 5. Способы ремонта резьбовых соединений

Метки: