8.3. Сущность и экономическая оценка технологических процессов переработки топлива
Топливом называются твердые, жидкие и газообразные горючие вещества, являющиеся источником тепловой энергии и сырьем для химической промышленности.
В результате химической переработки различных топлив получают огромное количество углеводородного сырья для производства пластических масс, химических волокон, синтетических каучуков, лаков, красителей, растворителей и т.п. Так, например, при коксовании углей получают: бензол, толуол, ксилолы, фенол, нафталин, антрацит, водород, метан, этилен и другие продукты. При добыче нефти из нее выделяют "попутные" газы, которые содержат метан, этан, пропан, бутан и другие углеводороды, используемые в химической промышленности.
Источниками углеводородного сырья служат также газы, полученные в результате переработки нефти (крекинге, пиролизе, риформинге). Эти газы содержат предельные углеводороды - метан, этан, пропан, бутан и непредельные углеводороды - этилен, пропилен и др. Кроме того, при переработке нефти могут быть получены и ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилол и их смеси.
Одним из важнейших видов химического сырья является природный газ, содержащий до 98% метана. Древесина и древесные отходы являются источником получения целлюлозы, этилового спирта, уксусной кислоты, фурфурола и ряда других продуктов. Из сланцев и торфа производят горючие газы, сырье для производства масел, моторных топлив, высокомолекулярных соединений и т.п.
Сжигание топлива обеспечивает энергией тепловые электростанции, промышленные предприятия, транспорт, быт. Значение топлива как химического сырья с каждым годом растет.
Поскольку в мировом топливном балансе повышается роль твердого топлива, то во всем мире разрабатывают методы получения из углей и сланцев дешевого жидкого и газообразного топлива, а также химического сырья.
Развитие угольной и ядерной энергетики даст в будущем возможность прекратить потребление нефти и природного газа в энергетических целях и полностью передать эти виды топлива в сферу промышленности как сырье для химической промышленности, а также для синтеза белков и жиров.
Все топлива по агрегатному состоянию делятся на твердые, жидкие и гааообразные; по происхождению - на естественные и искусственные {См.табл.}.
Искусственные топлива получают в результате переработки естественных топлив.
Виды топлива
|
Агрегатное состояние топлива |
Т О П Л И В О |
|
|
естественное |
искусственное |
|
|
Древесина, торф, уголь, сланцы |
Кокс, полукокс, древесный уголь |
|
|
Бензин, керосин, лигроин, мазут |
||
|
Газообразное |
Природный газ, попутные газы |
Кокосовый газ, генераторные газы, газы нефтепереработки |
Твердые топлива состоят из горючей органической массы и негорючей, или минеральных примесей и баласта. Органическая часть топлива состоит из углерода, водорода и кислорода. Помимо этого в ней могут содержаться азот и сера. Негорючая часть топлива состоит из влаги и минеральных веществ. Важнейшим жидким топливом является нефть.
Нефть содержит 80-85% углерода, 10-14% водорода и представляет собой сложную смесь углеводородов. Помимо углеводородной части в нефти имеются небольшая неуглеводородная часть и минеральные примеси. Углеводородная часть нефти состоит из углеводородов трех рядов: парафинового (алканы), нафтенового (циклены) и роматического (арены).
Газообразные парафиновые углеводороды от СН 4 до С 4 Н 10 находятся в нефти в растворенном состоянии и могут быть выделены из нее в виде попутных газов при добыче нефти. Жидкие парафиновые углеводороды от С 5 Н 34 до С 15 Н 34 составляют основную массу жидкой части нефти и жидких фракций, получаемых при ее переработке.
Твердые парафиновые углеводороды от С 16 Н 34 и выше растворены в нефти и могут быть выделены из нее.
Нафтеновые углеводороды представлены в нефти главным образом производными циклопентана и циклогексана.
Ароматические углеводороды содержатся в нефти, в виде бензола, толуола, ксилола в небольших количествах.
Неуглеводородная часть нефти состоит из сернистых, кислородных и азотистых соединений. Кислородные соединения - это нафтеновые кислоты, фенолы, смолистые вещества.
Минеральные примеси - это механические примеси вода, минеральные соли, зола.
Механические примеси - твердые частицы песка, глины, пород - выносятся из недр земли с потоком добываемой нефти. Вода в нефти присутствует в двух видах: свободная, отделяемая от нефти при отстаивании; в виде стойких эмульсий, которые могут быть разрушены только специальными, методами.
Минеральные соли, например, хлориды магния и кальция, растворены в воде, содержащейся в нефти.
Зола составляет в нефти сотые, и даже тысячные доли процента.
Твердые топлива перерабатывают следующими методами: пиролиз, или сухая перегонка, газификация и гидрирование.
Пиролиз осуществляется при нагревании топлива без доступа воздуха. В результате протекают физические процессы, например испарение влаги, и химические процессы - превращение компонентов топлива с получением;ряда химических продуктов. Характер отдельных процессов, протекающих при переработке различных топлив, различен.
В основном все они требуют подвода тепла извне. Нагрев реакционных аппаратов производится горячими дымовыми газами, которые передают тепло топливу через стенку аппарата или же при непосредственном соприкосновении с топливом.
Газификация - процесс переработки топлива, при котором органическая часть его превращается а горючие газы в присутствии воздуха, водяного пара, кислорода и других газов. Этот процесс экзотермический. Температура газификации составляет 900-1100 °С.
Гидрирование - переработка твердого топлива, при которой под влиянием высокой температуры, при действии водорода и в присутствии катализаторов происходят химические реакции, приводящие к образованию продуктов, более, богатых водородом, чем исходное сырье. Качество и количество продуктов, полученных при гидрировании, зависит от вида перерабатываемого топлива, от условий проведения процесса и ряда других факторов.
Методы переработки нефти различны и их можно разделить на две группы: физические и химические.
Физические методы переработки основаны на использовании физических свойств фракций, входящих в состав нефти. Химических реакций при, этих методах переработки не протекает. Наиболее распространенным физическим методом переработки нефти является ее перегонка, при которой нефть разделяет на фракции.
Химические методы переработки основаны на том, что под влиянием высоких температур и давления в присутствии катализаторов углеводороды, содержащиеся в нефти и нефтепродуктах, претерпевают химические превращения, в результате которых образуются новые вещества.
Термический крекинг- химический метод переработки нефти, суть которого заключается в расщеплении длинных молекул тяжелых углеводородов, входящих в высоко-кипящие фракции, на более короткие молекулы легких, низкокипящих продуктов Термический крекинг протекает при высоких температурах 450-500 °С и повышенном давлении. Термический крекинг, проводимый при температуре 670- 1200 °С и при атмосферном давлении называется пиролизом.
Каталитическим называется крекинг с применением катализатора. Применение катализатора позволяет снизить температуру крекинга и не только увеличить количество получаемых продуктов, но и улучшить их качество. Катализаторами служат глины типа бокситов, а также синтетические алюмосиликаты, содержащие 10-25% А1 2 О 3 , SiO 2 . Температура крекинга - 450 - 500 °С. Процесс идет при повышенном давлении.
Разновидностью каталитического крекинга является риформинг. Катализатором служит платина, нанесенная на окись алюминия.
С помощью вышеописанных методов переработки естественных топлив получают искусственные твердые, жидкие и газообразные топлива, а также важнейшие виды нефтепродуктов.
В результате коксования углей получают следующие продукты:
1. Кокс - продукт темно-серого цвета, пористость которого составляет 45-55%, содержит 97-98% углерода. В зависимости от назначения делится на:
а) доменный кокс - крупный, более 40 мм в диаметре, прочный и пористый. По содержанию серы подразделяется на марки КД-I, КД-2, КД-3. Содержание серы не должно превышать 1,3-1,9%;
б) литейный кокс (марки КЛ). Нижний предел крупности- 25 мм в диаметре. Содержание серы в нем допускается не выше 1,2-1,3%. Он имеет меньшую пористость и прочность по сравнению с доменным коксом;
в) коксовый орешек (КО) применяется для производства ферросплавов. Размер 10 - 25 мм в диаметре. Коксик - фракция от 10 до 20 мм - применяется для газификации;
г) коксовая мелочь (фракция диаметром менее 10 мм) применяется для агломерации;
д) кокс, не пригодный для технических нужд из-за большого содержания золы и серы, а также вследствие низких механических свойств, используется в качестве топлива.
Обратный коксовый газ содержит 60% водорода и 25% метана, остальное - азот, окись углерода, углекислый газ, кислород, непредельные углеводороды. Применяется для подогрева воздушного дутья в доменных печах, для обогрева сталеплавильных, коксовых и других печей, а также служит сырьем для производства водорода и аммиака.
Сырой бензол состоит из бензола, толуола, ксилола, сероуглерода, фенолов и др. Вещества, входящие в состав сырого бензола, широко используются в производстве полимеров, красителей, лекарственных препаратов, взрывчатых веществ, ядохимикатов и др.
4. Каменноугольная смола является смесью ароматических углеводородов. Ее используют для производства красителей, химических волокон, пластических масс, в фармацевтической промышленности, а также для производства различных технических масел.
Продукты прямой перегонки нефти можно разделить на три группы: топливные фракции, масляные дистилляты и гудрон. Наиболее ценной топливной фракцией являются бензины, в состав которых входят углеводороды с температурой кипения 180-200 °С. Бензины применяются как компоненты автомобильных и авиационных бензинов и в качестве растворителей.
Лигроины включают углеводороды с температурами кипения 105-220 °С. Легкий лигроин (с температурой кипения 105 - 150 °С) используется как сырье для дальнейшей переработки на бензины, а тяжелый - как компонент реактивных топлив или растворителей для лакокрасочной промышленности.
Керосины - углеводородная фракция с температурами кипения 140-330 °С; Применяются в качестве осветительного керосина, а также в качестве реактивных и дизельных топлив.
Газойль - фракции с температурами кипения до 400 °С. Легкий газойль (соляр) является основой дизельных топлив. Тяжелые газойли являются сырьем для дальнейшей переработки.
Maзут - фракция, включающая углеводороды, парафин, маслянистые и смолистые вещества с температурой кипения свыше 300 °С. Легкие мазуты применяются в качестве котельного топлива и топлива газовых турбин; тяжелые идут на дальнейшую переработку.
Масляные дистилляты - фракции, состоящие из углеводородов С 20 –С 70 . Температуры кипения веществ, входящих в их состав, составляют от 350 до 550 °С. Масляные дистилляты применяют для получения большого количества смазочных и специальных масел.
Гудрон состоит из смолистых веществ, парафинов и некоторого количества тяжелых углеводородов циклического строения. Гудрон - полупродукт для получения битумов и кокса. Некоторые виды гудрона применяются в качестве мягчителей для резиновой промышленности.
Продуктами крекинга являются: крекинг-бензины, крекинг-газы и крекинг-остаток.
Крекинг-бензины применяют в качестве компонентов автомобильных бензинов. Крекинг-газы используются в качестве топлива и как сырье для синтеза органических соединений. Крекинг-остаток является смесью смолистых и асфальтовых веществ с некоторым количеством непрореагировавшего сырья. Применяется крекинг-остаток как котельное топливо и сырье для производства битума.
К технико-экономическим показателям нефтеперерабатывающей и коксохимической промышленности относятся: производительность и мощность оборудования, интенсивность процесса, производительность труда, себестоимость продукции, капитальные затраты. Коксохимическая и нефтеперерабатывающая отрасли промышленности характеризуются высокой материале- и энергоемкостью.
Затраты на сырье при производстве нефтепродуктов составляют 50-75%. Следовательно, основным фактором, влияющим на себестоимость, является снижение затрат на тонну выпускаемой продукции, которое можно осуществить совершенствованием технологических процессов переработки нефти и кокса, применением каталитических процессов, более совершенных аппаратов и комплексной автоматизации, что ведет к сокращению капитальных затрат, затрат на энергию и пар, повышение производительности
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.
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
Машиностроение - одна из немногих базовых отраслей народного хозяйства, определяющая развитие всего хозяйства в целом, как было специально подчеркнуто на XXVI съезде КПСС. Развитию и совершенствованию машиностроения наша партия всегда уделяла первостепенное внимание - от пятилетки индустриализации, даже раньше, от плана ГОЭЛРО, до сегодняшних дней. Во всех современных развитых странах объем продукции машиностроения составляет более четверти всего объема промышленной продукции, основные фонды машиностроения и металлообработки - почти четверть всех основных фондов; в этой отрасли занято от трети до половины всех промышленных рабочих. И это естественно, простой перечень подотраслей машиностроения убедительно подтверждает его базовую роль. Вот этот перечень: энергетическое машиностроение; электротехническое; станкостроительная и инструментальная промышленность; приборостроение; тракторное и сельскохозяйственное машиностроение; транспортное; автомобильная и авиационная промышленность; судостроение и др. Другой убедительный факт: в 1970 г. машиностроение СССР выпустило более 30000 наименований изделий.
Ничего удивительного в том, что эта отрасль - главный потребитель чуть ли не всех материалов, производимых в нашей стране, в том числе и полимеров. Использование полимерных материалов в машиностроении растет такими темпами, какие не знают прецедента во всей человеческой истории. К примеру, в 1978 г. машиностроение нашей страны потребило 800000 т пластмасс, а в 1960 г. - всего 116000 т. При этом интересно отметить, что еще десять лет назад в машиностроение направлялось 37-38% всех выпускающихся в нашей стране пластмасс, а к 1980 г. доля машиностроения в использовании пластмасс снизилась до 28%. И дело тут не в том, что могла бы снизиться потребность, а в том, что другие отрасли народного хозяйства стали применять полимерные материалы в сельском хозяйстве, в строительстве, в легкой и пищевой промышленности и др. еще более интенсивно.
При этом уместно отметить, что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли. Полимерам стали доверять все более и более ответственные задачи. Из полимеров стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применяться в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих значительные нагрузки. Ниже будет подробнее рассказано о применении полимеров в автомобильной и авиационной промышленности, здесь же упомянем лишь один примечательный факт: несколько лет назад по Москве ходил цельнопластмассовый трамвай. А вот другой факт: четверть всех мелких судов - катеров, шлюпок, лодок и т. п. - теперь строится из пластических масс.
До недавних пор широкому использованию полимерных материалов в машиностроении препятствовали два, казалось бы, общепризнанных недостатка полимеров: их низкая (по сравнению с марочными сталями) прочность и низкая теплостойкость. О преодолении температурного рубежа рассказано в главе "Шаги в будущее". Что же касается прочностных свойств полимерных материалов, то этот рубеж удалось преодолеть переходом к композиционным материалам, главным образом стекло- и углепластикам. Так что теперь выражение "пластмасса прочнее стали" звучит вполне обоснованно. В то же время полимеры сохранили свои позиции при массовом изготовлении огромного числа тех деталей, от которых не требуется особенно высокая прочность: заглушек, штуцеров, колпачков, рукояток, шкал и корпусов измерительных приборов. Еще одна область, специфическая именно для полимеров, где четче всего проявляются их преимущества перед любыми иными материалами, - это область внутренней и внешней отделки, Мы уже упоминали об этом, говоря о строительстве.
То же самое можно сказать и о машиностроении. Почти три четверти внутренней отделки салонов легковых автомобилей, автобусов, самолетов, речных и морских судов и пассажирских вагонов выполняется ныне из декоративных пластиков, синтетических пленок и тканей, искусственной кожи и т. п. Более того, для многих машин и аппаратов только использование антикоррозионной отделки синтетическими материалами обеспечило их надежную, долговременную эксплуатацию. К примеру, многократное использование изделия в экстремальных физико-технических условиях (космосе) обеспечивается, в частности, тем, что вся его внешняя поверхность покрыта синтетическими плитками, к тому же приклеенными синтетическим полиуретановым или полиэпоксидным клеем. А аппараты для химического производства? У них внутри бывают такие агрессивные среды, что никакая марочная сталь не выдержала бы. Единственный выход - сделать внутреннюю облицовку из платины или из пленки фторопласта. Гальванические ванны могут работать только при условии, что они сами и конструкции подвески покрыты синтетическими смолами и пластиками.
Широко применяются полимерные материалы и в такой отрасли народного хозяйства, как приборостроение. Здесь получен самый высокий экономический эффект в среднем в 1,5-2,0 раза выше, чем в других отраслях машиностроения. Объясняется это, в частности, тем, что большая часть полимеров перерабатывается в приборостроении самыми прогрессивными способами, что повышает уровень полезного использования (и безотходность) термопластов, увеличивает коэффициент замены дорогостоящих материалов. Наряду с этим значительно снижаются затраты живого труда. Простейшим и весьма убедительным примером может служить изготовление печатных схем: процесс, не мыслимый без полимерных материалов, а с ними и полностью автоматизированный.
Есть и другие подотрасли, где использование полимерных материалов обеспечивает и экономию материальных и энергетических ресурсов, и рост производительности труда. Почти полную автоматизацию обеспечило применение полимеров в производстве тормозных систем для транспорта. Неспроста практически все функциональные детали тормозных систем для автомобилей и около 45% для железнодорожного подвижного состава делаются из синтетических пресс-материалов. Около 50% деталей вращения и зубчатых колес изготовляется из прочных конструкционных полимеров, В последнем случае можно отметить две различных тенденции. С одной стороны, все чаще появляются сообщения об изготовлении зубчатых колес для тракторов из капрона. Обрывки отслуживших свое рыболовных сетей, старые чулки и путанку капроновых волокон переплавляют и формуют в шестерни. Эти шестерни могут работать почти без износа в контакте со стальными, вдобавок такая система не нуждается в смазке и почти бесшумна. Другая тенденция - полная замена металлических деталей в редукторах на детали из углепластиков. У них тоже отмечается резкое снижение механических потерь, долговременность срока службы.
Еще одна область применения полимерных материалов в машиностроении, достойная отдельного упоминания, - изготовление металлорежущего инструмента. По мере расширения использования прочных сталей и сплавов все более жесткие требования предъявляются к обрабатывающему инструменту. И здесь тоже на выручку инструментальщику и станочнику приходят пластмассы. Но не совсем обычные пластмассы сверхвысокой твердости, такие, которые смеют поспорить даже с алмазом. Король твердости, алмаз, еще не свергнут со своего трона, но дело идет к тому. Некоторые окислы (например, из рода фианитов), нитриды, карбиды, уже сегодня демонстрируют не меньшую твердость, да к тому же и большую термостойкость. Вся беда в том, что они пока еще более дороги, чем природные и синтетические алмазы, да к тому же им свойствен "королевский порок" - они в большинстве своем хрупки. Вот и приходится, чтобы удержать их от растрескивания, каждое зернышко такого абразива окружать полимерной упаковкой чаще всего из фенолформальдегидных смол. Поэтому сегодня три четверти абразивного инструмента выпускается с применением синтетических смол.
Таковы лишь некоторые примеры и основные тенденции внедрения полимерных материалов в подотрасли машиностроения. Самое же первое место по темпам роста применения пластических масс среди других подотраслей занимает сейчас автомобильная промышленность. Десять лет назад в автомашинах использовали от 7 до 12 видов различных пластиков, к концу 70-х годов это число перешагнуло за 30. С точки зрения химической структуры, как и следовало ожидать, первые места по объему занимают стирольные пластики, поливинилхлорид и полиолефины. Пока еще немного уступают им, но активно догоняют полиуретаны, полиэфиры, акрилаты и другие полимеры. Перечень деталей автомобиля, которые в тех или иных моделях в наши дни изготовляют из полимеров, занял бы не одну страницу. Кузова и кабины, инструменты и электроизоляция, отделка салона и бамперы, радиаторы и подлокотники, шланги, сиденья, дверцы, капот и т. д. и т. п. Более того, несколько разных фирм за рубежом уже объявили о начале производства цельнопластмассовых автомобилей. Наиболее характерные тенденции в применении пластмасс для автомобилестроения, в общем, те же, что и в других подотраслях. Во-первых, это экономия материалов: безотходное или малоотходное формование больших блоков и узлов. Во-вторых, благодаря использованию легких и облегченных полимерных материалов снижается общий вес автомобиля, а значит, будет экономиться горючее при его эксплуатации. В-третьих, выполненные как единое целое, блоки пластмассовых деталей существенно упрощают сборку и позволяют экономить живой труд.
Кстати, те же преимущества стимулируют и широкое применение полимерных материалов в авиационной промышленности. Например, замена алюминиевого сплава графитопластиком при изготовлении предкрылка крыла самолета позволяет сократить количество деталей с 47 до 14, крепежа - с 1464 до 8 болтов, снизить вес на 22%, стоимость - на 25%. При этом запас прочности изделия составляет 178%. Лопасти вертолета, лопатки вентиляторов реактивных двигателей рекомендуют изготовлять из поликонденсационных смол, наполненных алюмосиликатными волокнами, что позволяет снизить вес самолета при сохранении прочности и надежности. По английскому патенту № 2047188 покрытие несущих поверхностей самолетов или лопастей роторов вертолетов слоем полиуретана толщиной всего 0,65 мм в 1,5-2 раза повышает их стойкость к дождевой эрозии. Жесткие требования были поставлены перед конструкторами первого англо-французского сверхзвукового пассажирского самолета "Конкорд". Было рассчитано, что от трения об атмосферу внешняя поверхность самолета будет разогреваться до 120-150° С, ив то же время требовалось, чтобы она не поддавалась эрозии в течение по меньшей мере 20000 ч. Решение проблемы было найдено с помощью поверхностного покрытия защиты самолета тончайшей пленкой фторопласта. Не меньшие трудности испытали конструкторы "Конкорда" и при решении вопросов герметизации топливных и гидравлических систем. И здесь выход из затруднительного положения обеспечили полисилоксановые и фторуглеродные эластомеры, герметики и мастики. Кстати, об эластомерах. По ходу изложения сведений о применении полимерных материалов в машиностроении мы практически не затрагивали этот тип полимеров. А ведь они тоже широко применяются в форме манжет и сальников, прокладок, трубок и шин. Для автомобиля очень существенна маслобензостойкость этих сальников, прокладок и шлангов, что обеспечивается применением бутадиенакрилонитрильного, полихлоропренового и тому подобных каучуков. Но вот недавно, в связи с повышением цен на нефтепродукты, начали появляться сообщения о применении в автомобилях нового горючего - спирта. В связи с этим можно предполагать, что в ближайшем будущем автомобилестроители потребуют от Химиков спиртоустойчивых резин. Такие резины и иные полимерные материалы создать не так уж и трудно, был бы при этом шофер спиртоустойчив. Ну, а теперь перейдем к описанию нескольких колоритных и малоизвестных случаев применения полимерных материалов в машиностроении. (БСЭ, 3-е изд., т. 15; Plast. World, 1979, 37, № 2).
Режущая нить
Можно ли перерезать стальную болванку синтетической нитью? Чтобы это удалось, надо, чтобы нить была сверхпрочной и высокотвердой, либо сталь помягчала. Да и зачем это нужно? Ту же болванку можно распилить закаленным ножовочным полотном. Но в том-то и беда, что после подобной распилки в стали остаются вредные остаточные напряжения и деформации. А смягчить сталь и другие металлы можно специальными химическими реагентами - для каждого металла свои химикаты. Синтетическая нить будет только доставлять эти химикаты к месту будущего распила. Именно такой метод разработали польские химики. Нить движется по поверхности распиливаемой заготовки с частотой 24 хода в минуту. В конце каждого хода продукты реакции растворителя с металлом удаляются, нить пропитывают свежей порцией, и она делает обратный ход. (Юный техник, 1965, № 8).
Пластмассовые ракеты
Оболочку двигателя ракет изготавливают из углепластика, наматывая на трубу; ленту из углеволокна, предварительно пропитанную эпоксидными смолами. После отверждения смолы и удаления вспомогательного сердечника получают трубу с содержанием углеволокна более двух третей, достаточно прочную на растяжение и изгиб, стойкую к вибрациям и пульсации. Остается начинить заготовку ракетным топливом, приладить к ней отсек для приборов и фотокамер, и можно отправлять ее в полет. (Compsites, 1981, 12, № 1).
Пластмассовый шлюз
На одном из каналов в районе Быгдощи установлен первый в Польше (а вероятно, и первый в мире) цельнопластмассовый шлюз. Работает шлюз безукоризненно.
Пластмассовые элементы рассчитаны на более чем 20-летний срок эксплуатационной службы. Конструкции же из дубовых балок приходилось менять каждые 6 лет. (Наука и жизнь, 1969, № 3).
Сварка без нагрева
Как прикрепить друг к другу две пластмассовые панели? Можно приклеить, но тогда необходимо оборудовать рабочее место системой вентиляции. Можно привинтить или приклепать, но тогда надо загодя сверлить отверстия. Можно приварить, если обе панели термопластичны, но и тут без вентиляции не обойтись, да к тому же из-за локальных перегревов соединение может оказаться продеструктировавшим и непрочным. Самый лучший способ и оборудование для него, разработала французская фирма "Брансон". Генератор ультразвука мощностью 3 кВт, частотой 20 кГц, "звуководы" - сонотроды - и все. Наконечник сонотрода, вибрируя, проникает сквозь верхнюю из скрепляемых деталей толщиной до 8 мм, погружается в нижнюю и увлекает за собой расплав верхнего полимера. Энергия ультразвуковых колебаний превращается в тепло лишь локально, получается точечная сварка. Тот же метод и то же оборудование годятся и для того, чтобы "замуровывать" в пластмассу различные крепежные и фурнитурные детали. Наиболее эффективно применение ультразвуковой сварки при производстве электроосветительной аппаратуры, деталей отделки автомобилей, вентиляционных систем в строительстве резервуаров, в авиапромышленности и т. д. Особенно рекомендуется ультразвуковая сварка при изготовлении изделий из полиолефинов, стирольных пластиков, полиамидов, поликарбонатов, различных виниловых и акриловых смол. (Offic. plast et caoutch., 1979, 26, № 275).
Полиуретаны против хулиганов
Это сообщение не нуждается в комментариях:
"Полиуретановые покрытия обладают высокой твердостью, долговечностью свыше 10 лет и хорошим глянцем. Их применение, возможно, позволит решить проблему долговечной окраски вагонов метрополитена Нью-Йорка. На таких покрытиях не удается писать и рисовать ни карандашом, ни фломастером, что значительно снижает затраты на уборку вагонов". (Mod. Paint and Coat, 1979, 69, № 11).
Универсальные пластмассы
Оригинальную точку зрения на практическое применение полимерных материалов, в частности в приборостроении, высказал недавно обозреватель английского журнала "Мир пластмасс".
По его мнению, все разнообразие требований к свойствам пластмасс можно удовлетворить восемью полимерами: АБС-сополимером, найлоном, фенольными смолами, полиэтиленом и полипропиленом, полиуретановым пенопластом и поливинилхлоридом.
Автор отметил, что отношение стоимости к объему в последнее время закономерно возрастает для всех материалов, но для синтетических органических полимеров этот рост идет медленнее, чем для стали, алюминия и стекла. Основными преимуществами пластмасс при их использовании в приборостроении автор считает:
1. Детали из полимерных материалов можно формовать без их последующей обработки, так как в процессе формования обеспечивается требуемая окраска и внешний вид готового изделия.
2. Конструктору предоставляется возможность разрабатывать детали со сложной конфигурацией при значительной экономии рабочего времени и стоимости.
3. Присущие полимерным материалам характеристики термических и электрофизических свойств предотвращают повреждение электрических приборов и уменьшают их теплоотдачу.
4. Благодаря легкому весу изделий из пластмасс сокращаются транспортные расходы и облегчается их применение.
Автор утверждает также, что наибольшее применение пластмассы получили в пяти группах приборов: в крупногабаритных конструкциях; бытовых электроприборах; радиоэлектронике; кондиционерах и увлажнителях. Именно для этих пяти групп, утверждает обозреватель, достаточно восьми основных полимеров, и тут же иллюстрирует это примерами новейших выставочных экспонатов холодильников, стиральных и посудомоечных машин, вентиляторов, пылесосов, радиоустановок, телевизоров, счетных машин, лабораторного оборудования и т. п., вплоть до домашних масловыжималок, тостеров и кофеварок. К сожалению, перечень полимеров, из которых изготовлены эти приборы, оказывается намного шире того восьмичленного списка, что приведен в начале обзора. Тут и ацетальные смолы, и разнообразные полиэфиры, и поликарбонат, и полифениленоксид и т. д., к тому же еще многие, как правило, не в чистом виде, а в составе композиций друг с другом и различными волокнистыми и порошкообразными наполнителями.
Полимерные материалы в ремонте машин
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.
Основные операции восстановления деталей полимерными материалами включают подготовку деталей к восстановлению, нанесение покрытия, термическую обработку и контроль.
Подготовка детали к восстановлению заключается в изоляции мест, не подлежащих покрытию, и создании условий, обеспечивающих хорошую адгезию (прилипание) полимерного покрытия с металлом. Изоляцию производят алюминиевой либо латунной фольгой или жидким стеклом с мелом. Места же, подлежащие покрытию, обрабатывают абразивной крошкой или крошкой отбеленного чугуна и обезжиривают ацетоном или бензином.
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.
Покрытие металлических деталей полимерными материалами вихревым способом проводится на установках типа А-67М. Подготовленные детали нагревают в термопечи либо газовыми горелками до температуры 280… 300 °С и помещают в камеру установки. На высоте 50…100 мм от днища установки укреплена пористая перегородка, на которую насыпают порошкообразный слой капрона толщиной не менее 100 мм. Для изготовления пористой перегородки используют стеклоткань, керамику, войлок.
Через перегородку в камеру подается сжатый воздух, азот или углекислый газ под давлением 0,1…0,2 МПа. Частицы порошка равномерно покрывают деталь, плавятся и образуют равномерное покрытие. Напыление длится 8…10 с, во время напыления детали сообщается возвратно-поступательное движение. Чтобы получить требуемую толщину наносимого слоя, каждую деталь необходимо погружать в камеру несколько раз. После каждого погружения ее извлекают, чтобы порошок оплавился, и вслед за этим помещают в камеру установки вторично. Охлаждение восстановленной детали производят на воздухе, в воде или в минеральном масле при комнатной температуре.
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.
При быстром охлаждении расплавленного полиамида он затвердевает в виде прозрачной массы, обладающей пониженной износостойкостью. Поэтому охлаждать изделие и нанесенное на его поверхность полимерное покрытие следует медленно. При этом происходит его помрнение и образование более или менее крупных кристаллов. Такой хорошо кристаллизованный полиамид более тверд, чем прозрачный, а следовательно, и более износостоек.
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, йа детали протачивают канавки, делают сверления.
Подготовленную деталь устанавливают в разогретую пресс-форму, имеющую номинальные размеры восстанавливаемой детали, и нагнетают в нее разогретую пластмассу под давлением 15…125 МПа. Деталь должна быть нагрета до температуры 230…290 °С. Наиболее распространенные термопластичные материалы, применяемые для восстановления деталей литьем под давлением,- капрон (поликапролактам) марки Б, смолы П-68, П-54, АК-7, отходы капрона.
Для улучшения качества полимерного покрытия рекомендуется последующая термическая обработка, например выдержка в течение 2 ч в масле при температуре 100…120 °С с дальнейшим охлаждением вместе с маслом.
Полимерные материалы, имеющие наибольшее применение при ремонте кузовов, условно делят на две группы: клеи и пластмассы.
Клеи предназначены для создания из различных материалов неразъемных соединений. Наиболее часто при ремонте кузовов и их деталей применяют следующие клеи:
— БФ-2 и БФ-4 - для склеивания металлических и неметаллических материалов, эксплуатирующихся при температуре от-60 до 60 °С;
— ФЛ-4С - для герметизации пространства между швами в клеесварных соединениях из стали, алюминиевых и других сплавов, а также для склеивания металлов и неметаллических материалов;
— 88-Н - для приклеивания холодным способом резины к металлам, стеклу и другим материалам, а также для склеивания резины с резиной;
— 88-НП-35, 88-НП-43, 88-НП-130 холодного отверждения - для крепления различных материалов к окрашенному металлу, стеклу при сборке кузовов автомобилей ВАЗ
.
Детали из органического стекла склеивают путем размягчения склеиваемых поверхностей дихлорэтаном. В качестве клея можно применять раствор, состоящий из 2…3% опилок органического стекла, растворенных в муравьиной кислоте или дихлорэтане. Для предотвращения быстрого испарения и загустения клея его хранят в закрытом сосуде при температуре 18…20 °С. Для получения рабочей вязкости загустевшего клея (концентрированный сироп) его разбавляют дихлорэтаном.
Эпоксидные клеи универсальны, приготовление и применение их несложно, и они не требуют давления при склеивании. При ремонте кузовов используют эпоксидные клеевые композиции, свойства которых зависят от их состава. Эпоксидные композиции изготовляют из составных частей, чаще всего из эпоксидной смолы ЭД-16 или ЭД-20, пластификатора-дибутилфталата, наполнителя и отвердителя. Эпоксидные смолы в полимерных композициях являются связующими, пластификаторы уменьшают хрупкость, увеличивают эластичность отвержденных эпоксидных смол, наполнители увеличивают теплопроводность, повышают коэффициент линейного расширения и снижают усадку смолы. Поэтому наполнители влияют на физико-механические и технологические свойства компаунда. В качестве наполнителей применяют слюдяную пыль, измельченный асбест, стальной или чугунный порошок и другие. Вид и количество отвердителя определяют скорость и степень изменения физического состояния композиции. Для заделки вмятин в кузовах и оперении обычно используют в качестве отвердителя полиэтиленполиамин или гексаметилендиамин, при которых отверждение композиции происходит без подогрева в нормальных температурных условиях.
Пластмассы используют для нанесения покрытий, заделки вмятин и сварных швов в кузовах. Термостойкая масса ТПФ -37 в виде термопорошка состоит из поливинилбутиральной смолы, полиэтилена, фенолформальдегидной смолы, наполнителя и стабилизатора. Термопорошок наносят на поверхности кузова газопламенным напылением.
К атегория: - Ремонтирование строительных машин
Изготовляют методом литья под давлением втулки подшипников скольжения и другие детали. Основными технологическими свойствами пластмасс являются: текучесть способность материала заполнять форму при определенной температуре и давлении; усадка уменьшение размеров готовой детали по сравнению с соответствующими размерами прессформы; скорость отверждения которая зависит от свойств и соотношения смолы и отвердителя а также температуры при которой происходит процесс отверждения. Поликапроамид обладая достаточной прочностью и стойкостью...
Поделитесь работой в социальных сетях
Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Виды полимерных материалов и область их применения
При производстве, техническом обслуживании и ремонте машин широко используются полимеры, пластические массы и другие искусственные композиционные материалы.
Полимеры это высокомолекулярные органические соединения искусственного или естественного происхождения, имеющие обычно аморфную структуру.
Пластмассы композиционные материалы, изготовленные на основе полимеров, способные при заданных температуре и давлении принимать определенную форму, которая сохраняется в условиях эксплуатации. В зависимости от числа компонентов пластмассы бывают однокомпонентные (простые) и многокомпонентные (композиционные). Простыми являются, например, полиэтилен, полистирол, состоящие из синтетической смолы. В композиционных пластмассах (фенопласты, аминопласты и др.) смола является связующим для других компонентов. Ими являются наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители (активаторы), красители, смазочные вещества и другие компоненты, придающие пластмассе необходимые свойства.
Доля дополнительных компонентов может достигать 70 %. Это позволяет создавать композиционные материалы, обладающие в соответствии с потребностями производства совокупностью тех или иных свойств: достаточной прочностью, виброустойчивостью, хорошей химической стойкостью против действия кислот, щелочей и других агрессивных сред, высокими фрикционными или антифрикционными, шумопоглощающими, диэлектрическими, теплоизоляционными и другими свойствами.
В ремонтном производстве полимерные материалы применяют для: заделки в деталях трещин, пробоин и раковин; склеивания; восстановления формы и размеров изношенных деталей; герметизации стыков; изготовления быстроизнашивающихся деталей или отдельных их частей.
В зависимости от способности возвращаться под действием температуры в исходное состояние различают термореактивные и термопластичные полимерные материалы.
Термопластичные материалы или термопласты при повышении температуры переходят в пластическое состояние, а при охлаждении восстанавливают свои свойства. Поэтому они могут многократно перерабатываться. Применяя различные термические способы, термопласты наносят на поверхности деталей в виде покрытий различного назначения (антифрикционные, защитные, изоляционные и т.д.). Из некоторых термопластов (полиамидов типа капролактан, АК-7 и др.) изготовляют методом литья под давлением втулки подшипников скольжения и другие детали.
Важным эксплуатационным свойством термопластов является термостабильность время, в течение которого термопласт может выдерживать определенную температуру, сохраняя свои свойства. Основными технологическими свойствами пластмасс являются: текучесть (способность материала заполнять форму при определенной температуре и давлении); усадка (уменьшение размеров готовой детали по сравнению с соответствующими размерами пресс-формы); скорость отверждения, которая зависит от свойств и соотношения смолы и отвердителя, а также температуры, при которой происходит процесс отверждения.
При ремонте широко применяются полиэтилен, поликапроамид, фторопласт и другие термопласты.
Полиэтилен отличается хорошей пластичностью, которая сохраняется даже при низкой температуре, что позволяет применять его для изготовления и восстановления гибких изделий (труб) и защитных покрытий.
Поликапроамид,
обладая достаточной прочностью и стойкостью против воздействия щелочей и различных горючесмазочных материалов, применяется в качестве конструкционного материала для изготовления шестерен и втулок, нанесения на детали износостойких покрытий.
Фторопласт
, благодаря высокой температуре плавления (327 °С), низкому коэффициенту трения, высокой износостойкости и практически отсутствию адгезии при контакте с металлами, применяется для изготовления втулок подшипников скольжения, работающих при температуре до 250 °С. По химической стойкости он превосходит все материалы, что обуславливает широкую область его применения в различных агрессивных средах. Отсутствие адгезионного взаимодействия с металлами затрудняет применение фторопласта для нанесения на них защитных покрытий напылением. Поэтому обычно применяют механическое крепление фторопластовых накладок к восстанавливаемым изделиям.
Термореактивные материалы или реактопласты (текстолит, волокнит, стекловолокнит, эпоксидные композиции и др.) отличаются тем, что при нагревании в результате химических реакций они необратимо переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. При повторном нагревании они могут разрушиться. Из термореактивных пластмасс при ремонте широко применяются композиции, включающие эпоксидные (ЭД-16, ЭД-20), фенольно-формальдегидные и другие смолы, отвердители, пластификаторы и иные компоненты.
При смешивании с отвердителем (полиэтиленполиамин, ароматические амины и др.) эпоксидная смола переходит в твердое и нерастворимое состояние. Этот процесс в зависимости от отвердителя может происходить при различной температуре. Например, при использовании в качестве отвердителя фтористого бора отвердение происходит при отрицательной температуре. С увеличением доли отвердителя повышается хрупкость композиционного материала, а при ее уменьшении процесс отвердения удлиняется, поэтому для получения качественного полимерного материала необходимо соблюдать установленные инструкциями рекомендации по соотношению смолы и отвердителя. Это относится и к другим компонентам полимерного состава.
Пластификаторы (дибутилфталат, триэтиленгликоль, тиокол и др.) служат для повышения ударной вязкости и прочности композиционного материала, снижения его чувствительности к термоциклическим напряжениям, придания эластичности и других требуемых свойств.
Наполнители неорганические (металлический порошок, графит, кварцевая и слюдяная мука, тальк, асбест, волокна углерода, стекловолокно, стеклоткань и др.) и органические (бумага, целлюлоза, древесная мука, хлопчатобумажная ткань и др.) позволяют управлять физико-механическими свойствами композиционного материала для повышения прочности, износостойкости, теплостойкости и т.д. Например, изменяя соотношение между содержанием металлических и неметаллических порошков, можно уменьшить усадку нанесенного полимерного покрытия и различие в значениях коэффициентов линейного расширения детали и покрытия, а за счет введения графита повысить его износостойкость. Применение волокнистых наполнителей позволяет получать на основе фенольно-формальдегидных смол широко применяемые для изготовления деталей машин волокнит, стекловолокнит и другие материалы повышенной прочности.
Термореактивные пластмассы применяют для заделки вмятин, трещин, пор и раковин в деталях из металлических и неметаллических материалов, для восстановления в корпусных деталях посадочных поверхностей под подшипники, а также изготовления новых деталей.
В зависимости от свойств пластмассы могут перерабатываться в детали в вязкотекучем состоянии (литье под давлением, выдавливание, прессование), в высокоэластичном состоянии (штамповка, пневмо- и вакуум формовка); в твердом состоянии (обработка, резание, склеивание, сварка) и другими методами.
Применение полимерных материалов при ремонте машин по сравнению с другими способами восстановления позволяет на 2030 % снизить трудоемкость и на 1520 % себестоимость ремонта, а также исключить сложные технологические процессы, характерные при нанесении металлических материалов и их обработке. Существенно (на 4050 %) уменьшается расход конструкционных материалов (зачастую дефицитных и дорогих цветных металлов и нержавеющих сталей) и соответственно вес деталей. При этом полимерные материалы не снижают усталостную прочность восстановленных ими деталей, что во многих случаях позволяет не только заменить сварку или наплавку, но и восстанавливать детали, которые другими технологическими способами восстановить или невозможно, или невыгодно, или это сопряжено с тяжелыми условиями труда.
Для практического применения полимерных материалов обычно не требуется сложное технологическое оборудование, что важно в условиях ремонтного производства.
Недостатками полимерных материалов по сравнению с металлами являются меньшая прочность, интенсивное старение, низкая теплопроводность и тепловая стойкость отдельных материалов.
Эластомеры и герметики . Для герметизации и восстановления посадок неподвижных соединений применяются эластомеры и герметики, в том числе анаэробные. Эластомеры выпускаются в виде листов толщиной 25 мм, из которых на основе ацетона готовят рабочий раствор. Для этого необходимое количество эластомера разделяют на мелкие кусочки, которые заливают в стеклянной емкости расчетным в соответствии с инструкцией количеством ацетона и выдерживают в нем до растворения. Полученный раствор необходимо хранить в плотно закрытых емкостях. Удобны готовые к применению эластомеры на основе резины холодного химического отверждения, которые представляют собой двухкомпонентные материалы, поставляемые в жидком или пастообразном состоянии. Их применяют для восстановления резиновых покрытий деталей, шлангов, изоляции, а также для отливки нестандартных форм манжет, уплотнений и прокладок.
Покрываемая поверхность детали подвергается пескоструйной очистке или шлифованию до полной очистки и придания ей повышенной шероховатости для улучшения сцепления с покрытием. Перед нанесением покрытия подготовленную поверхность обезжиривают специальным средством или ацетоном. Оба компонента наносимого материала (основу и активатор) смешивают между собой для обеспечения однородности смеси и удаления из нее воздуха. При устранении больших трещин и сколов рекомендуется покрытие армировать стеклотканью, что увеличивает его прочность.
Наиболее эффективным герметизирующим материалом являются герметики на основе полимеров и олигомеров. Применяются герметики термопластичные и термореактивные, высыхающие и невысыхающие, полимеризующиеся, вулканизирующие и нетвердеющие.
Таблица 4.11
Анаэробные герметики представляют собой однокомпонентные материалы, которые содержат акриловые и сложные метакриловые эфиры и перекись водорода. Они эффективны для герметизации резьбовых и фланцевых соединений пневматических и гидравлических систем с использованием различных материалов в сопрягаемых поверхностях. При этом кроме герметизации увеличиваются прочность и жесткость соединений, устраняются зазоры (0,20,7 мм) и обеспечивается защита поверхностей от коррозии. Время полной полимеризации для разных герметиков от 24 до 72 часов. Начало эксплуатации возможно сразу после отверждения. При выборе марки герметика учитывается зазор между уплотняемыми деталями и температура окружающей среды, которая влияет на вязкость состава.
Анаэробные герметики эффективны также при пропитке (заделке) мелких трещин и пор в заготовках, полученных методами литья и давления, и в сварных швах. В этом случае герметик наносится без применения активатора на очищенную и обезжиренную поверхность с дефектами 23 раза через 1520 мин. Для ускорения отверждения герметика изделие выдерживают при температуре 6090 °С в течение 0,52 ч.
В ремонтном производстве широко применяются анаэробные составы типов ДН, Анатерм, Унигерм и др. Они представляют собой композиции, которые могут длительное время находиться в текучем состоянии и отверждаться при отсутствии контакта с кислородом воздуха. Время отверждения зависит от температуры окружающей среды, а максимальная прочность отвержденного материала достигается через 24 ч.
Эти составы обладают высокой проникающей способностью и поэтому способны заполнять микронеровности и микротрещины в деталях, зазоры в сопряжениях между ними, равные 0,050,2 мм. При полимеризации они переходят в твердое устойчивое состояние с образованием прочного соединения, стойкого к изменению температуры в диапазоне -60... +150 °С и агрессивному воздействию окружающей среды. Это позволяет пропитывать и заделывать поры в литых и прессованных заготовках, надежно фиксировать взаимное положение деталей в различных соединениях (гладких плоских и цилиндрических, резьбовых, профильных и др.). При этом сопрягаемые детали могут быть изготовлены из разных материалов в любых сочетаниях.
Весьма эффективно применение анаэробных материалов при сборке неподвижных соединений. Например, при установке подшипников с применением анаэробного материала не только устраняются коррозионные и другие разрушения посадочных поверхностей, но также обеспечивается беззазорное сопряжение с ними колец подшипников. После снятия подшипника, установленного таким образом, посадочная поверхность сохраняется чистой, и при последующем ремонте требуется лишь повторно нанести герметик без ее обработки.
Анаэробные материалы не взаимодействуют с водой, растворителями, смазочными материалами и обеспечивают надежную антикоррозионную защиту уплотняемых деталей. Это позволяет значительно повысить надежность конструкций. Важно и то, что большинство из этих материалов являются экологически безопасными.
Перед нанесением анаэробного герметика деталь должна быть тщательно очищена от загрязнений соответствующими методами (механическим, химическим и др.) и обезжирена.
Клеевые материалы . Клеевые материалы часто являются растворами различных синтетических смол в органических растворителях. Их выпускают в виде смешиваемых перед использованием компонентов, а также в виде пленки, порошка, гранул. В ремонтном производстве чаще применяются эпоксидные клеевые материалы, что обусловлено их высокой адгезией и нейтральностью по отношению к склеиваемым материалам, малой усадкой, устойчивостью к коррозионным и другим воздействиям. Армирование стекловолокном расширяет область применения этих клеевых материалов и позволяет устранять большие по размерам пробоины и трещины в деталях, работающих при температуре -70... +120 °С. Недостатком эпоксидных клеевых композиций является токсичность компонентов.
Широко применяются также клеи акриловые (типов АН, КВ), цианакриловые (типов ТК, КМ, МИГ) и силиконовые, которые позволяют прочно соединять между собой детали из различных материалов, уплотнять зазоры и трещины, снижать вибрацию и шум, изготавливать уплотнения и прокладки любой формы. Особенностью цианакриловых клеев является быстрое отверждение (для большинства их марок время схватывания составляет 1 мин). Рабочая температура клеевых соединений может изменяться от -50 до +250 °С.
Применение клеевых композиций позволяет склеивать детали, устранять трещины длиной до 150 мм, пробоины площадью до 2,5 см 2 , сколы, коррозионно-эрозионные и др. разрушения, а также создавать износостойкие графитовые и иные покрытия.
По сравнению со сваркой можно соединять детали из разнородных материалов при отсутствии внутренних напряжений и коробления с применением более простого технологического оборудования, при меньшей трудоемкости и стоимости ремонта.
Металлополимеры представляют двухкомпонентные композиционные материалы, которые на 7080 % состоят из мелкодисперсных металлических порошков (никель, хром, цинк) и специальных олигомеров (полимеров с низкой молекулярной массой), образующих при отверждении полимерные покрытия повышенной прочности за счет использования поверхностной энергии материалов. Металлополимеры отличаются высокой адгезией к различным металлическим и неметаллическим материалам, включая пластмассы, за исключением фторопласта и полиэтилена, что позволяет производить ими высококачественную холодную молекулярную сварку, относящуюся к прогрессивным высокотехнологичным способам восстановления деталей машин. Она выполняется с помощью композиционных металлополимерных материалов, которые могут подвергаться обработке резанием.
Кроме того, эти материалы надежно защищают детали машин от коррозии и эрозии в агрессивных средах с повышенной влажностью и испаряемостью. Их рабочая температура находится в диапазоне -60... +180 °С при максимальной термостойкости до 200220 °С. Предел прочности современных металлополимеров составляет (МПа): при сжатии 120145, при изгибе 90110, на сдвиг 1525. Важными преимуществами металлополимерных материалов является отсутствие изменения объема при полимеризации, их эластичность, исключающая негативное влияние различия в коэффициентах линейного расширения материалов детали и покрытия.
Благодаря этим свойствам металлополимеры позволяют создавать методом холодной сварки высокопрочные соединения различных материалов, восстанавливать размеры, форму и целостность деталей, наносить на их рабочие поверхности износостойкие покрытия с эффектом самосмазывания, решать другие задачи ремонта.
Металлополимеры применяются для устранения аварийных течей в трубопроводах и емкостях, восстановления посадочных мест под подшипники качения на валу и в корпусе, резьбовых соединений и «разбитых» шпоночных пазов, устранения дефектов чугунного и стального литья (раковины, трещины), ремонта корпусных деталей (выбоины, сколы и т.д.), а также для защиты деталей машин от коррозии, абразивного износа, эрозии.
Преимущества применения металлополимеров :
не требуются термическое или механическое воздействие на восстанавливаемую поверхность, специальное технологическое оборудование и защитная среда;
экологически безопасные условия труда, так как применяемые компоненты металлополимера не содержат и не образуют при взаимодействии между собой и с покрываемым материалом летучие токсичные вещества;
пожаробезопасность ремонтно-восстановительных работ.
Нанесение полимерных материалов на детали
В ремонтном производстве полимерные покрытия наносят на детали газопламенным методом, а также расплавлением порошка в псевдоожиженном состоянии.
Газопламенное напыление порошковых полимерных материалов осуществляется на установках аналогично напылению порошковых металлических материалов. Покрываемые поверхности тщательно очищают от всех видов загрязнений и окислов, а поверхности, не подлежащие покрытию, защищают экранами из фольги или асбеста. Перед напылением деталь покрывают теплоизоляционным грунтом и нагревают газовой горелкой до температуры, превышающей температуру плавления полимерного порошка, что предохраняет покрытия от растрескивания после охлаждения.
При напылении порошок полимера подается в газовое пламя инжекторной газовой горелки и струей сжатого воздуха под давлением 0,40,6 МПа в расплавленном состоянии наносится на поверхность детали. Порошок расплавляется под действием газового пламени и предварительно нагретого изделия. Используются специальные порошки, например, ТПФ-37, ПФН-12, а также полиэтилен, капрон, полистирол и различные составы из этих и других полиамидных материалов с наполнителями. Толщина покрытия может достигать 10 мм. За один проход покрывается поверхность шириной 2070 мм. После нанесения покрытия его дополнительно прогревают пламенем горелки или в нагревательном устройстве и для уплотнения прокатывают металлическим валиком.
При напылении неметаллических материалов деталь часто не подогревают, а покрывают специальным клеем, обеспечивающим более прочное сцепление покрытия с изделием.
При ремонте машин газопламенное напыление полимерных материалов применяют для заделки мелких дефектов деталей и следов сварки, нанесения антифрикционного, антикоррозионного, электроизоляционного, теплоизоляционного и декоративного покрытий.
Нанесение покрытия в псевдоожиженном слое порошка . Полимерное покрытие на деталях создается за счет расплавления порошка с размером частиц 0,10,15 мм, находящегося в псевдоожиженном состоянии, под действием тепла предварительно нагретой детали. Разновидности этого метода различаются способом перевода наплавляемого порошка в псевдоожиженное состояние. Из них получили применение вихревой, вибрационный и комбинированный способы.
При вихревом методе псевдоожиженное (взвихренное) состояние порошка создается потоком воздуха или инертного газа. Оборудование представляет собой камеру 2 (рис. 4.65), которая разделена на две части пористой перегородкой 6 и фильтром 5, обеспечивающими поступление воздуха из нижней части камеры в верхнюю. В верхней части камеры на фильтр насыпают слой наплавляемого порошка, толщина которого должна быть не менее 100 мм. Фильтр 5 препятствует засорению порошком отверстий в перегородке и пересыпанию его из верхней части камеры в нижнюю.
Рис. 4.65. Схема установки для вихревого напыления полимерного покрытия: 1 баллон; 2 камера; 3 порошок; 4 напыляемая деталь; 5 тканный фильтр; 6 пористая перегородка; 7 вытяжное устройство; 8 отсасывающее устройство
Из баллона 1 в нижнюю часть камеры подают под давлением 0,10,2 МПа инертный газ, который, пройдя через перегородку и фильтр, приводит порошок 3 во взвешенное (псевдоожиженное) состояние.
Восстанавливаемую деталь 4, нагретую до температуры выше температуры плавления данного полимера, помещают в псевдоожиженный слой полимерного порошка, который, контактируя с нагретой деталью, расплавляется, образуя на ней тонкослойное покрытие. Места, не подлежащие покрытию, необходимо изолировать фольгой, жидким стеклом или другим легко удаляемым материалом.
В зависимости от температуры нагрева детали, времени нахождения ее в порошке, теплопроводности и температуры его плавления толщина покрытия может составлять 0,081 мм. Качественное покрытие формируется независимо от сложности формы детали, что является существенным преимуществом данного способа. Он находит применение для создания антифрикционных и защитных покрытий.
Для снятия внутренних напряжений деталь после нанесения покрытия нагревают и выдерживают в масле при температуре 150160 °С в течение 1560 мин.
Вибрационным способом псевдоожиженное состояние наплавляемого порошка создается за счет сообщения камере специальным вибратором колебаний с частотой 50100 Гц. Это обеспечивает более равномерное и качественное покрытие толщиной до 1,5 мм. По сравнению с вихревым вибрационный способ является более экономичным, так как не требуется сжатый воздух, а благодаря тому, что деталь не охлаждается потоком газа, исключены связанные с этим потери тепла, накопленного ею при нагревании перед нанесением покрытия. За счет этого, при прочих равных условиях, обеспечивается большая толщина формируемого покрытия. После нанесения покрытия деталь помещают в камеру для оплавления.
Комбинированный (вибровихревой) способ представляет собой сочетание рассмотренных выше. При этом способе камере с псевдоожиженным газом порошком сообщают с помощью специального устройства колебания с частотой 50100 Гц и амплитудой до 10 мм. Благодаря этому повышается качество покрытия и обеспечивается возможность наносить покрытия большей толщины, чем при вихревом или вибрационном способе.
Достоинства вибровихревого метода по сравнению с вихревым и вибрационным следующие:
надежное и более равномерное псевдоожижение порошка по всему объему, включая порошки, склонные к слипанию и комкованию;
увеличение до 2 раз отношения объема порошка в псевдоожиженном состоянии к объему насыпного порошка;
хорошее псевдоожижение смеси порошков полимеров и наполнителей и отсутствие их расслоения во время формирования покрытия;
равномерная по высоте детали и увеличенная при тех же условиях толщина покрытия.
Восстановление целостности деталей и герметичности разборных соединений
С применением полимерных материалов восстанавливают целостность деталей путем заделки дефектов в виде трещин и пробоин или склеивания.
Трещины в корпусных деталях устраняют с помощью клеевых композиций на основе эпоксидных смол и других материалов. Они выбираются в зависимости от материала детали и размеров трещин. Существуют клеевые составы для ремонта чугунных, стальных, алюминиевых и пластмассовых деталей, некоторые из них указаны в табл. 4.11. При восстановлении деталей, работающих в условиях вибрации, в эпоксидные составы вводят до 30 % тонко измельченной слюды и резины.
Применение полимерных материалов дает хорошие результаты только при тщательной подготовке поверхности в зоне дефекта. Для обеспечения надежной адгезии полимера с деталью ее поверхность должна быть тщательно очищена от загрязнений, зачищена и обезжирена. Для улучшения сцепляемости полимера с поверхностью детали на ней создают повышенную шероховатость. Следы краски и коррозии на подготовленной поверхности не допускаются.
Типовая технология заделки трещин в корпусной детали включает следующие операции:
1. Подготовка детали к ремонту. Она включает: засверливание на концах трещины отверстий диаметром 2,53 мм; разделывание фаски (при толщине стенки свыше 1,5 мм) вдоль трещин под углом 6070° на глубину 13 мм; зачистка до металлического блеска прилегающей к трещине поверхности шириной 2530 мм; обезжиривание зачищенной поверхности. При длине трещин до 50 мм фаску допускается не снимать.
2. Приготовление полимерного материала в соответствии с рекомендациями для данного материала. Например, эпоксидная композиция готовится в следующей последовательности: разогревание эпоксидной смолы до жидкого состояния; смешивание ее в определенной пропорции с пластификатором; введение в состав необходимых наполнителей и тщательное перемешивание. Непосредственно перед применением в эпоксидный состав добавляют и тщательно перемешивают отвердитель. Полученный состав должен быть использован в течение 2030 мин.
3. Нанесение полимерного состава, соответствующего материалу детали, и втирание его в трещину. Эпоксидный состав затвердевает при комнатной температуре или с применением дополнительного нагревания после частичного отверждения и выдерживания при температуре 80 °С. Нагревание детали сразу после нанесения состава не допускается, так как приводит к его отеканию, неравномерности по толщине и недостаточной прочности.
4. Испытание на герметичность заделанной трещины под давлением 0,30,4 МПа. Просачивание воды через заделанную трещину не допускается.
Для повышения прочности соединения при длине трещин более 30 мм применяют стеклотканевые накладки, которые укладывают в несколько слоев с нанесением между ними клея. Предварительно их очищают в кипящей воде в течение 23 ч и обезжиривают ацетоном. Первая накладка должна перекрывать трещину на 1520 мм, а каждая последующая перекрывать контур предыдущей накладки на 510 мм. Каждую накладку прокатывают валиком для удаления из-под нее воздуха и уплотнения соединения. Количество накладок зависит от длины трещины и обычно не превышает трех. Отставание накладок не допускается.
При длине трещины более 150 мм применяют дополнительно металлическую накладку толщиной 1,52 мм с перекрытием трещины на 4050 мм. Ее устанавливают на клеевой состав с последующим механическим скреплением с восстанавливаемой деталью винтами, расположенными на расстоянии 5070 мм друг от друга.
Детали с пробоинами также ремонтируют с установкой накладок. При диаметре пробоин до 25 мм их изготавливают из стеклоткани, а при большем диаметре применяют металлические пластины, которые должны плотно прилегать к детали. Для этого их прикрепляют винтами, а также предусматривают дополнительные сверления в пластине и стенке корпуса, которые заполняются клеевым составом, повышающим после отверждения прочность заделки пробоины.
Рассмотренный способ заделки трещин и пробоин может применяться, если дефекты расположены на плоских поверхностях деталей. На фасонных поверхностях эти дефекты устраняют обычно сваркой или комбинированным способом, когда на сварочный шов для его герметизации наносят слой эпоксидной композиции.
Хорошие результаты при заделке трещин дает применение фигурных стягивающих вставок с последующей герметизацией трещины нанесением полимерного материала.
Склеивание при ремонте машин применяется для соединения между собой частей детали или разных деталей из одинаковых и различных (металлических и неметаллических) материалов. Применяют клеи типов БФ, ВС, ВК, эпоксидные составы и др. Технология склеивания включает подготовку соединяемых поверхностей, нанесения на них клеевого состава, соединение деталей между собой и при необходимости термообработку для полного его отверждения и повышения прочности.
Подготовка поверхностей при склеивании проводится аналогично, как при заделке трещин. Для обеспечения одинаковой толщины клеевого слоя требуется более тщательная пригонка склеиваемых поверхностей друг к другу, а их шероховатость после зачистки должна составлять примерно Rz = 20 мкм для лучшего сцепления с клеем.
Для склеивания металлических деталей между собой применяются клеи БФ-2 и БФ-4, представляющие спиртовые растворы термореактивных смол. Они имеют теплостойкость до 80 °С, а предел прочности клеевого соединения при сдвиге составляет 4060 МПа. Клей наносят в 23 слоя так, чтобы их общая толщина составляла 0,10,2 мм. При большей толщине сила сцепления клея с деталью уменьшается в 1,52 раза. Склеиваемые детали сжимают между собой под давлением 0,51 МПа и в этом состоянии выдерживают при температуре 140150 °С в течение 0,51 ч.
Клей БФ-2 применяют также для сборки неподвижных соединений при зазоре между сопрягаемыми деталями до 0,15 мм. При большей величине зазора используется эпоксидный состав, который наносят в один слой.
Клей ВС-10Т, представляющий раствор синтетических смол в органических растворителях, применяется для приклеивания фрикционных накладок, работающих при температуре -60... +100 °С.
Восстановление неподвижных цилиндрических и резьбовых соединений
Для восстановления цилиндрических соединений типа кольцо подшипника корпус, цилиндрический стакан корпус применяют полимерные композиции, эластомеры и анаэробные герметики. Во всех случаях поверхности зачищают до чистого металла, обезжиривают ацетоном и высушивают. Применяют два способа восстановления таких соединений с помощью полимерных материалов.
Первый способ характеризуется тем, что отверждение полимерного материала производится после сборки соединения. Он применяется обычно при зазоре в соединении до 0,2 мм. На поверхность детали наносят полимерный материал (эпоксидный состав А или металлополимер), который выдерживают определенное время на открытом воздухе для предварительного отверждения, собирают соединение, удаляют излишки нанесенного материала, а оставшийся между соединяемыми деталями материал подвергается отверждению. В результате создается беззазорное соединение деталей.
Второй способ отличается тем, что нанесенный полимерный материал обрабатывают, обычно растачиванием, после его отверждения для получения номинального или ремонтного размера восстанавливаемой поверхности. Более эффективным и простым в реализации по сравнению с растачиванием является способ восстановления посадочных поверхностей в корпусных деталях методом размерного калибрования отверстий, покрытых полимерным материалом. Калибрование проводится после частичного его отверждения и позволяет исключить операцию растачивания восстанавливаемого отверстия.
При применении этого способа выполняются следующие основные операции: очистка и обезжиривание восстанавливаемого отверстия; нанесение на подготовленную поверхность полимерного материала толщиной 11,5 мм и частичное его отверждение; калибрование восстанавливаемого отверстия; окончательное отверждение нанесенного материала и контроль качества покрытия.
Калибрование полимерного покрытия 1 (рис. 4.66) производится на прессовом оборудовании, специальных стендах или металлорежущих станках (вертикально-сверлильных или токарных) с помощью оправки 2, которую под действием усилия Р проталкивают без относительного вращения через восстанавливаемое отверстие. Оправку предварительно смазывают маслом или техническим солидолом для уменьшения трения.
Метод калибрования позволяет формировать покрытое полимерным составом отверстие под заданный (номинальный или ремонтный) размер соединения деталей, обеспечивая высокую производительность и стабильное качество восстановления.
При ремонте неподвижных подшипниковых соединений (корпус-подшипник, вал-подшипник и др.) часто применяют также эластомеры и герметики. Эластомер наносят послойно с определенным интервалом времени между слоями до получения заданной толщины покрытия. Толщина одного слоя находится в пределах 0,010,015 мм, а допускаемая его общая толщина зависит от марки наносимого материала и применяемой технологии. При необходимости проводят термообработку покрытия, режим которой зависит от его состава. Неподвижные соединения с покрытием из эластомера или герметика собирают запрессовкой с натягом 0,010,03 мм.
Благодаря малой толщине одного слоя покрытия применение эластомеров эффективно также для восстановления неподвижных соединений при ослаблении посадки, например, между кольцом подшипника или стаканом и корпусом.
При износе посадочного отверстия в корпусной детали эластомер наносят на поверхность наружного кольца подшипника (стакана) до получения необходимой посадки в соединении.
Часто посадочные поверхности в корпусах восстанавливают вклеиванием с помощью эпоксидного состава А изготовленных с необходимой точностью втулок. В этом случае последующая механическая обработка не требуется. Посадочные отверстия восстанавливают также с применением полимерных материалов и свертных втулок. Втулку вклеивают в восстанавливаемое отверстие и после частичного отверждения полимерного материала раскатывают до получения необходимого размера.
Для фиксации колец подшипников в корпусе или на валу с помощью анаэробных герметиков подготовленные поверхности сопрягаемых деталей покрывают одинаковым по толщине слоем герметика. Для повышения точности восстанавливаемого соединения сопрягаемые детали центрируют относительно друг друга с помощью специального приспособления и выдерживают в нем при комнатной температуре, пока анаэробный материал не приобретет прочность, обеспечивающую сохранение относительного положения сопрягаемых деталей вне этого приспособления. В зависимости от марки герметик приобретает полную прочность через 324 ч. Марку герметика выбирают в зависимости от зазора в соединении. Например, максимальный зазор в соединении при применении герметика АН-1 составляет 0,07 мм, а герметика АН-6 0,7 мм. С увеличением толщины слоя герметика долговечность соединения снижается. Для повышения прочности и расширения технологических возможностей в герметики вводят наполнители.
Для восстановления резьбовых поверхностей и соединений применяются эпоксидные составы, металлополимеры и герметики.
Технология восстановления резьбовых поверхностей методом холодной сварки с помощью металлополимеров отличается простотой и малой трудоемкостью. Резьбовую поверхность эталонного болта смачивают специальной разделительной жидкостью (двухпроцентным раствором поли-изобутилена в бензине) и покрывают металлополимером, например, ремонтно-композиционным материалом. Затем болт ввинчивают в очищенное и обезжиренное восстанавливаемое резьбовое отверстие. Благодаря разделительной жидкости, металлополимер сцепляется только с материалом восстанавливаемой детали. После затвердевания металлополимера болт вывинчивают из отверстия. Высокое качество восстановления резьбовых поверхностей возможно только при правильном выборе полимерного материала исходя из его свойств и условий эксплуатации резьбового соединения.
Сильно изношенные резьбовые отверстия в корпусных деталях часто восстанавливают установкой ввертышей, для более надежного закрепления которых в детали используется эпоксидный состав А.
При небольшом износе резьбовое соединение восстанавливают путем нанесения эпоксидного состава на подготовленные резьбовые поверхности обеих деталей соединения. При износе до 0,3 мм применяют состав Е или анаэробный герметик, а при износе более 0,3 мм составы Б или В в зависимости от материала детали. Для стопорения резьбовых соединений применяют анаэробный герметик или состав Е. Эффективность использования указанных материалов зависит от соблюдения режима их отверждения и требований к подготовке поверхностей.
Восстановление деталей прессованием
Прессование применяется для ремонта деталей с помощью пластмассы. Восстанавливаемую деталь помещают в пресс-форму, рабочая полость которой имеет размеры новой детали, и в нее подают пластмассу. Для термореактивных пластмасс применяют компрессионное, а для термопластичных литьевое прессование.
При компрессионном прессовании восстанавливаемую деталь 7 (рис. 4.67) устанавливают с базированием по элементу 6 в нижнюю часть 5 пресс-формы на опору 9. На нижнюю часть устанавливают верхнюю часть 3 пресс-формы и через отверстие 2 засыпают термореактивный порошок, который расплавляют нагревательным устройством 4.
Рис. 4.67. Схема компрессионного прессования: 1 пуансон; 2 загрузочное отверстие; 3 верхняя часть пресс-формы; 4 нагревательное устройство; 5 нижняя часть пресс-формы; 6 базирующий элемент; 7 деталь; 8 выталкиватель; 9 опора; 10 слой пластмассы
Под действием давления, создаваемого пуансоном 1, расплав порошка заполняет в пресс-форме свободные полости, в результате чего на детали 7 создается пластмассовый слой 10. После охлаждения деталь из пресс-формы удаляется выталкивателем 8.
При литьевом прессовании термопластичный полимерный материал расплавляют в литьевой машине и подают под давлением через литник 1 (рис. 4.68) в пресс-форму, между верхней 2 и нижней 3 частями которой предварительно устанавливают восстанавливаемую деталь 4. Пресс-форму до заполнения полимерным материалом подогревают до температуры 80100 °С. В результате заполнения свободного пространства в пресс-форме полимерным материалом он образует на детали 4 слой 10 необходимой толщины. Прессованием можно восстанавливать вкладыши подшипников, крыльчатки водяных насосов и т.д.
Особенности механической обработки полимерных покрытий
Особенности механической обработки полимерных покрытий обусловлены их свойствами. Из-за абразивного действия наполнителей износ режущего инструмента при обработке полимерных материалов может быть больше, чем при обработке металлов. Низкая теплопроводность полимерного материала является причиной более интенсивного отвода тепла из зоны резания через режущий инструмент, что требует его надежного охлаждения. Для охлаждения инструмента и одновременного удаления стружки рекомендуется использовать не смазочно-охлаждающую жидкость, а сжатый воздух. Во избежание выкрашивания покрытия под действием сил резания необходимо применять остро заточенные инструменты. Диаметр сверла следует выбирать на 0,50,15 мм больше диаметра отверстия, указанного на чертеже, так как диаметр отверстия, просверленного в полимере, обычно уменьшается.
Шлифование полимеров выполняют абразивными кругами со скоростью резания 3040 м/с. Для обработки термопластов рекомендуется применять не цельные из абразивного материала, а круги, набранные из плотных полотняных, суконных и фланелевых кружков. Диаметр кругов 300500 мм, толщина 8090 мм. Их пропитывают абразивной пастой из тонко измельченной пемзы с водой. Шлифование должно вестись при легком прижиме круга к обрабатываемой поверхности, чтобы исключить разогревание покрытия.
Для шлифования термореактивных материалов применяют белый электрокорунд с зернистостью 46 и твердостью СМ-1. Глубина резания до 0,5 мм, скорость перемещения детали 0,5 м/мин, скорость резания 35 м/с.
При использовании полимерных материалов, особенно эпоксидных композиций и синтетических клеев, необходимо строго соблюдать меры техники безопасности, так как многие компоненты, входящие в их состав, токсичны и огнеопасны.
Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм> |
|||
| 9460. | ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН | 9.47 MB | |
| Восстановление детали независимо от степени износа возможно различными экономически целесообразными методами. Выбор конкретного метода зависит в первую очередь от того какие эксплуатационные свойства детали должны быть обеспечены при ее восстановлении. К ним относятся: целостность и масса детали распределение массы между отдельными элементами и ее уравновешенность; сплошность состав и структура материала; усталостная прочность жесткость и другие характеристики детали; точность геометрической формы размеров и относительного... | |||
| 9476. | РЕМОНТ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ | 8.91 MB | |
| Высокая экономическая значимость этого при ремонте машин обусловлена тем что восстановлению подвергаются их наиболее сложные и дорогие детали. Виды технологических процессов восстановления Технологический процесс восстановления детали представляет совокупность действий направленных на изменение ее состояния как ремонтной заготовки с целью восстановления эксплуатационных свойств. Единичный технологический процесс предназначен для восстановления конкретной детали независимо от типа производства Типовой технологический процесс разрабатывается... | |||
| 9462. | ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПРАВКОЙ | 9.43 MB | |
| Основное назначение сварки восстановление целостности детали создание неразъемных соединений между частями одной детали или разными деталями. Виды сварки. Основные применяемые в ремонтном производстве виды сварки приведены в табл.1 Разновидности и технические возможности способов сварки. | |||
| 12119. | Получение из высокоуглеродистых шунгитовых пород многофункционального наноразмерного наполнителя полимерных композиционных материалов | 17.69 KB | |
| Краткое описание разработки Углеродные наполнители широко используются при создании многофункциональных композиционных материалов работающих в условиях агрессивных сред и высоких температур. Применение шунгитового наполнителя ШН позволяет расширить спектр используемых полимерных матриц и области применения углеродных наполнителей благодаря влиянию ШН на процесс переработки композиционных материалов. В основу получения НШН была положена задача разработки высокотехнологичного экологически безопасного и экономичного способа переработки... | |||
| 9470. | ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМИ И ХИМИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ | 3.78 MB | |
| Электролитическое наращивание металлов основано на явлении электролиза – химического процесса, происходящего при прохождении постоянного тока через электролит, которым служит раствор солей металла, наращиваемого на изношенную деталь. Электроды 3 и 4 опущены в электролит и подключены к источнику питания... | |||
| 9466. | Восстановление деталей наплавкой твердыми сплавами | 1.74 MB | |
| При наплавке сильно изношенных деталей а также чугуна применяют комбинированный способ при котором сначала газопламенной или электродуговой наплавкой восстанавливают размеры детали после чего электродуговой наплавкой с применением угольного электрода наплавляют... | |||
| 9457. | ДЕФЕКТОСКОПИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН | 5.03 MB | |
| Дефект - несоответствие изделия требованиям, определенным нормативной или технической документацией, что может быть причиной отказа. По причинам возникновения дефекты подразделяют на конструктивные, производственные и эксплуатационные. | |||
| 9451. | ОЧИСТКА МАШИН, УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ | 14.11 MB | |
| Эксплуатационные загрязнения образуются на наружных и внутренних поверхностях машин узлов и деталей. Осадки образуются из продуктов сгорания и физикохимического трансформирования топлива и масла механических примесей продуктов износа деталей и воды. Опыт и исследования показывают что благодаря качественной очистке деталей в процессе их восстановления повышается ресурс отремонтированных машин и возрастает производительность труда. | |||
| 14777. | Выбор посадок и допусков для деталей машин и приборов | 1.51 MB | |
| Подшипники качения, работающие при самых разнообразных нагрузках и частотах вращения, должны обеспечивать точность и равномерность перемещений подвижных частей машин и приборов, а также обладать высокой долговечностью. Работоспособность подшипников качения в большой степени зависит от точности их изготовления и характера соединения с сопрягаемыми деталями. | |||
| 11590. | ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ПОРОШКОВ | 374.49 KB | |
| Приготовление смеси и формообразование заготовок. Классификация и состав пластмасс Пластмассы материалы получаемые на основе природных или синтетических полимеров смол которые на определенной стадии производства или переработки обладают высокой пластичностью. Пространственные структуры получаются в результате химической связи отдельных цепей полимеров при полимеризации. Полимеры с линейной структурой хорошо растворяются а с пространственной нерастворимы при частом расположении связей полимер практически нерастворим и неплавок. | |||
