Современное автомобилестроение немыслимо без широкого применения полимерных материалов, которые позволяют снизить массу автомобилей, уменьшить трудоемкость их изготовления, материалоемкость, повысить надежность и безопасность, улучшить комфортабельность, повысить их конкурентоспособность. Применение полимерных материалов в автомобилях постоянно возрастает, особенно в развитых промышленных странах у наиболее успешных фирм, выпускающих обычные и специальные автомобили.

Полиуретаны, поливинилхлориды, полипропилены, полиэтилены и другие полимеры в чистом виде, а также в виде композиций и такие полимерные композиционные материалы (ПКМ), как стеклопластики, углепластики, органопластики и базальтопластики, находят применение в кузовах, несущих системах, элементах трансмиссий, ходовых частей и в силовой установке. На рис. 1 показаны возможности применения неармированных и армированных полимерных материалов в конструкции современного автомобиля.

В нагруженных элементах автомобилей (панелях кузовов, кабин и корпусов, упругих элементах систем подрессоривания, карданных валов, ободьев колес и других) широко применяются ПКМ. У нас в стране многоосные колесные машины высокой проходимости с элементами из ПКМ выпускались много лет и по количеству и массе используемых в них деталей из ПКМ не имеют себе равных в мире. Кафедра «Колесные машины» принимала активное участие в их создании. На рис. 2 представлена серийная колесная машина ЗИЛ-БАЗ-135 с кабиной, мотоотсеком и оперением из ПКМ, а на рис. 3 - плавающая колесная машина ЗИЛ-1Э5П с несущим (безрамным) корпусом из ПКМ (впервые в мире). Опыт создания из ПКМ многочисленных объектов (корпуса, кузова, рамы, кабины, рессоры, топливные баки, ободья колес и т. д.) показывают широкие возможности применения ПКМ в колесных машинах. Руководителями этих работ являлись профессор Цыбин B.C. и авторы данного учебного пособия.

1 - стекло двери; 2 - зеркало наружное; 3 - брус пояса жесткости; 4 - дверь; 5 - внутренняя панель двери; 6 - капот; 7 - внутреннее зеркало; в - стеклоочиститель; 9 - прозрачная крышка вентиляционного люка; 10- крыша; 11,51 - спойлеры; 12 - крышка багажника; 13 - обтекатель; 14 - задние фонари; 15, 18 - детали задней панели кузова; 16, 52 - бамперы; 17, 25, 47 - противокоррозионные накладки; 19, 58 - крылья; 20 - топливный бак; 21 - рессора подвески; 22 - амортизатор подвески; 23 - грязезащитный фартук; 24 - подголовник; 26 - спинка сиденья; 28 - подушка сиденья; 30 - панель приборов; 31 - кожух рулевой колонки; 32 - рулевое колесо; 33 - кожух тоннеля пола; 34 - труба карданного вала; 35 - цилиндры гидроприводов; 36 - петля двери; 37 - картер сцепления и коробки передач; 38 - пружина подвески; 39 - шина; 40 - диск колеса; 41 - декоративный колпак; 42 - противокоррозионный вкладыш крыла; 43 - вал привода переднего колеса; 44 - рычаг независимой подвески колес; 45 - стабилизатор поперечной устойчивости; 46 - амортизатор бампера; 48 - противотуманная фара; 49 - блок-фара; 50 - рассеиватель блок-фары; 53 - передняя панель кузова; 54 - привод газораспределительного механизма; 55 - толкатели двигателя с нижним распределительным валом; 56 - корпус и крышка аккумулятора; 57 - корпус воздушного фильтра; 59 - впускной коллектор; 60 - шатуны; 61 - расширительный бачок; 62 - бачок омывателя

Интерес к ПКМ чрезвычайно велик благодаря неисчерпаемой возможности вариаций их составов, многообразию полимеров и наполнителей, способам их модификации и взаимораспределения. Диапазоны физико-механических характеристик часто измеряются несколькими порядками величин, что наблюдается даже в пределах основной группы ПКМ - армированных пластиков (АП):

Плотность р, кг-м" 3 ....................................................................................от 900 до 2200

Прочность при растяжении МПа от 1 до 1000

Модуль упругости при растяжении, ГПа..................от 0,01 до 1000

Коэффициент Пуассона v......................................................................от 0,15 до 0,5

Удельная ударная вязкость..............................от 2,5 до 500

Температура эксплуатации °С................................................от -270 до 400

Коэффициент теплопроводности....................от 0,8 до 1000

Удельное объемное электросопротивление.... от 10~ 2 до 10 19

Диэлектрическая проницаемость..............................................от 2 до 10

Тангенс угла диэлектрических потерь................ ................................от 1 до 1000

Твердость НВ, МПа....................................................................................от 10 до 500

Фундаментальным принципом создания изделий из АП является разработка одновременно конструкции самого изделия и состава, структуры АП в зависимости от факторов внешнего воздействия на изделие (вид нагружения, уровень нагрузки, воздействие температуры, влаги и других факторов). Именно возможность каждый раз создавать (конструировать) АП, варьируя компоненты по свойствам, взаимодействию, схемам распределения, сделала правомерным употребление понятия «конструирование» в отношении АП.

Принципиальное отличие такого конструирования от традиционного конструирования деталей и сборочных единиц заключается в том, что создателям АП приходится оперировать понятиями и величинами, принятыми в микромеханике материалов. Составными частями этого уровня являются армирующие наполнители, микронные соединительные слои матрицы, межфазные области и включения, невидимые невооруженным глазом, в виде пор, трещин, инородных фрагментов.

В учебном пособии излагаются основные положения создания нагруженных элементов конструкций колесных машин с применением АП.

Композиционные материалы

Основные понятия и определения

Ведущее положение среди композиционных материалов на основе синтетических полимеров занимают АП.

В науке о ПКМ (теоретическая систематизация, вывод общих закономерностей, математическое описание) еще кет строгого опреде-

Литье без давления различают и по механизму реакции полимеризации: радикальному, ионному или координационно-ионному. Все зависит от типа применяемого мономера, природы активного центра и механизма роста цепи. Практическими трудностями этого метода являются чувствительность полимеризационных смесей к ничтожным примесям различных веществ, разрушающих активные центры полимеризации.

К числу наиболее перспективных материалов, перерабатываемых данным методом, относятся полиамиды, поликрилаты, эфиры целлюлозы, полимеры аллиловых соединений и др.

При замешивании композиций для холодной полимеризации вводят растворенную в порции мономера навеску активатора, что обеспечивает отверждение изделий без подвода внешнего тепла. После этого непосредственно в форме протекают процессы набухания и растворения полимерных частиц, полимеризация мономера и формование изделия.

При выборе материала форм большое значение имеют условия протекания процесса полимеризации (холодная или горячая полимеризация). Для осуществления горячей полимеризации (140 °С) применяют формы из алюминиевых сплавов, для холодной (80 °С) формы из пластмасс, гипса, цемента, листового стекла, фанеры, картона. При изготовлении небольших изделий серийного и массового производств используют формы из стали или медных сплавов с обязательным хромированием и полировкой рабочих поверхностей. Особенностью форм из пластмасс является тот факт, что они могут быть жесткими или эластичными (с жестким ограждением).

Формы для получения сложных по конфигурации изделий делают разборными (при серийном производстве) или цельными разового использования (при единичном производстве).

изделий из плоских

полимерных заготовок: оборудование

и технологии

Одними из основных методов переработки полимерных материалов являются методы термоформования изделий из плоских (листовых или плёночных) заготовок. Термоформование объединяет несколько технологических методов: вакуумное, пневматическое, механическое, а также и некоторые другие виды формования нагретых полимерных листовых или плёночных заготовок, при этом возможны их различные комбинации.

Широкое распространение процессов термоформования объясняется простотой, компактностью, относительной дешевизной используемого оборудования и технологической оснастки. Термоформование используют, прежде всего, при производстве тары и упаковки для пищевой, парфюмерной, фармацевтической, химической, нефтяной промышленностей, одноразовой посуды, а также целого ряда полых полимерных изделий, имеющих различное техническое назначение. Многие виды полимерных изделий, например крупногабаритные и тонкостенные сложной конфигурации, можно изготовить только методами пневматического или вакуумного формования. Все выше изложенные причины позволяет достойно конкурировать процессам термоформования с другими альтернативными методами производства изделий из полимерных материалов.

1.ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ТЕРМОФОРМОВАНИЯ

Реализация методов термоформования достаточно проста: листовую или плёночную полимерную заготовку нагревают до температуры высокоэластического состояния, а затем, деформируя её различными способами, придают последней необходимую форму, фиксация которой осуществляется путём охлаждения отформованного изделия.

В зависимости от способа создания движущей силы процесса деформирования заготовки в готовое изделие различают следующие методы термоформования пластмасс: вакуумный, пневматический, гидравлический, механический, комбинированный.

При вакуум-формовании (рис.1) плоскую заготовку 3 из термопластичного полимерного материала, прижатую по периметру к рабочей камере вакуум-формовочной машины прижимной рамой 2 , сначала с помощью нагревательного устройства 1 разогревают до высокоэластического состояния (рис.1а ). Затем (рис.1б ) в полости, образованной поверхностями заготовки 3 и формующей матрицы 4 (илиформующего пуансона), создают разряжение, в результате чего за счет возникающего перепада давления

Рис.1. Схема реализации процесса вакуумного формования: 1 2 - прижимная рама;

3 4 - формующая матрица;
5 - отформованное изделие

происходит формование изделия 5 . После охлаждения изделия до температуры его формоустойчивости последнее извлекают из формующего инструмента (снимают с формующего инструмента), предварительно открыв прижимную раму 2 .

Реализация процессов пневмоформования отличается от вакуумного формования только тем, что перепад давления создают за счёт использования в качестве рабочей среды сжатого газа, как правило, сжатого воздуха, с избыточным давлением до 2,5 МПа.

При гидравлическом формовании роль рабочей среды выполняет подогретая жидкость, нагнетаемая насосом под давлением 0,15-2,5 МПа.

Механическое формование (механотермоформование) (рис.2) отличается от процессов пневматического

формования тем, что придание плоской разогретой заготовке 3 формы готового изделия 5 осуществляется за счёт

её механической вытяжки металлическим пуансоном 4 .

Рис.2.Схема реализации процесса механотермоформования: 1 - нагревательное устройство; 2 - прижимная рама;

3 - плоская полимерная заготовка; 4 - формующий пуансон;

5 - отформованное изделие

Следует отметить, что современные технологии производства предусматривают и совмещение разных методов формования изделий, например пневмовакуумное, пневмомеханическое и т.п.

Среди всех видов пневмо- и вакуум-формования можно выделить три основных: позитивное, негативное и свободное. При позитивном формовании (формование на пуансоне) внутренняя поверхность изделия в точности воспроизводит форму или рисунок формующего инструмента. Негативное формование (формование в матрице) даёт возможность получать изделия, наружная поверхность которых в точности воспроизводит форму или рисунок внутренней поверхности матрицы. Свободное формование осуществляют в пройме прижимной рамы машины без использования формующего инструмента. Кроме перечисленных основных, существуют и другие разновидности технологических процессов термоформования изделий из плоских полимерных заготовок.

2.ОБОРУДОВАНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ДЛЯ

РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОФОРМОВАНИЯ

Всю номенклатуру формовочных машин, реализую-щих технологические процессы термоформования изделий из плоских полимерных заготовок, разделяют по следующим признакам: методу формования, виду управления, виду перерабатываемого материала, назначению, числу позиций.

Метод формования, как уже отмечалось, определяется способом создания движущей силы процесса деформирования исходной заготовки в готовое изделие.

Вид управления формовочным оборудованием определяет степень автоматизации процесса формования пластмасс. Различают три основных вида управления: машины с ручным управлением, машины-полуавтоматы, машины-автоматы.

Машины с ручным управлением используют в мелкосерийном производстве. Все необходимые операции (вырезка и закрепление заготовки, её нагревание, формование, охлаждение и съем изделия) осуществляет оператор.

В машинах-полуавтоматах зажим заготовки и извлечение готового изделия производят вручную, а остальные операции (нагрев, формование, охлаждение) выполняются по заранее заданной программе.

Машины-автоматы не требуют присутствия оператора, и все операции осуществляются автоматически.

По виду перерабатываемого материала (виду используемых плоских полимерных заготовок) формовочное оборудование разделяют на классы: машины, работающие с отдельными листовыми или пленочными заготовками; машины, работающие с рулонным материалом; машины,

питаемые листом или пленкой, поступающей непосредственно с каландра или экструдера. Следует отметить, что питание машин отдельными плоскими заготовками требу-ет введения в технологический цикл дополнительной операции - предварительной нарезки заготовок, что увеличивает общее время цикла. Обычно питание отдельными заготовками осуществляется на машинах с ручным или полуавтоматическим управлением.

Рулонные заготовки питают формовочное оборудование, работающее в автоматическом режиме.

Формовочные машины, питаемые листом или пленкой, поступающей непосредственно с каландра или экструдера, входят, как правило, в состав автоматических линий. Поступающую с каландра плоскую заготовку из полимерного материала перерабатывают на формовочном оборудовании и направляют на дальнейшую обработку или на склад.

По назначению формовочные машины разделяют на универсальные, специализированные, комбинированные.

На универсальных машинах малыми сериями изготавливают широкий спектр изделий всевозможных габаритов. Они предназначены для работы с одно- и многогнездными формами и перерабатывают различные термопластичные материалы.

Специализированные машины предназначены для производства только определенного типа изделий из конкретного полимерного материала.

На комбинированных формующих машинах выпускают средние и большие серии изделий. При изменении номенклатуры выпускаемых изделий оборудование переналаживают.

По числу позиций формовочные машины разделяют на следующие классы: однопозиционные, двух- и трехпозиционные, многопозиционные.

На однопозиционном оборудовании все технологические операции осуществляют на одном и том же участке машины.

Разделение технологических операций на два или три участка ускоряет процесс выпуска изделий и выполняют его соответственно на двух- или трехпозиционных машинах.

На многопозиционных машинах одновременно осуществляют все технологические операции производства изделий. Такое оборудование наиболее применимо в промышленном производстве и характеризуется высокой производительностью. В свою очередь, многопозиционные машины разделяют на карусельные, ленточные и барабанные.

В карусельной многопозиционной машине использован принцип карусели. Заготовка движется по кругу, последовательно проходя стадии от закрепления, нагрева и формования до охлаждения и съема готового изделия.

Ленточный принцип обычно применяют в тех случаях, когда питание машины осуществляется рулонным материалом. Лента с отформованными изделиями после формовочной машины движется дальше по конвейеру на последующую обработку.

В машинах барабанного типа также используют рулонный материал.

Формовочное оборудование для реализации процессов термоформования часто снабжают дополнительными устройствами: для обрезки кромок, пробивки отверстий, вырубки, предварительной вытяжки и т.д. Такое оборудование может входить в состав технологических линий по производству и заполнению полимерной тары и упаковки.

Более подробные сведения об устройстве и принципах действия разнообразных видов оборудования, используемого для реализации технологических процессов термоформования изделий из плоских полимерных заготовок, изложены в других литературных источниках [ 2 - 7, 9 ].

3.ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

ПРОЦЕССОВ ТЕРМОФОРМОВАНИЯ

Основными технологическими параметрами, определяющими протекание процессов термоформования изделий из плоских полимерных заготовок и влияющими в конечном итоге на качество готовой продукции, являются: температура используемой заготовки, температура формующего инструмента, рабочий перепад давления при формовании, скорость формования, скорость охлаждения отформованной заготовки, геометрия формуемого изделия, свойства используемого полимерного сырья, свойства и термодинамические параметры рабочих сред и др.

Поскольку процессы переработки полимеров в изделия и детали являются, прежде всего, деформационными, то выбор оптимальной температуры для каждого конкретного метода их переработки должен, учитывая его специфику, основываться на особенностях деформационного поведения используемых материалов. Эти особенности легко устанавливают из анализа термомеханической кривой, типичный вид которой для аморфного полимера представлен на рис. 3. Анализ приведённой термомеханической кривой показывает, что для полимерных материалов характерны три ярко выраженные области, определяющие различную степень их деформируемости и

Рис.3. Термомеханическая кривая аморфного полимера:

Т С - температура стеклования; Т Т - температура текучести; 1, 2, 3 - области стеклообразного, высокоэластического и вязкотекучего релаксационных со- стояний полимера соответственно

соответствующие различным релаксационным (термомеханическим) состояниям полимеров: стеклообразному, высокоэластическому и вязкотекучему. Стеклообразное состояние полимеров характеризуется отсутствием движения макромолекулярных цепей или их сегментов. Тепловое движение в материале проявляется лишь в колебаниях атомов. Приложение в таких условиях к полимеру внешней нагрузки может приводить лишь к изменению в его макромолекулярной структуре средних межатомных расстояний и валентных углов химических связей. Поэтому деформационное поведение полимеров в таком состоянии и обычных упругих твёрдых тел ничем не отличается, а развивающиеся в таких условиях в полимерах деформации являются полностью упруго обратимыми.

Если полимерный материал нагреть до температуры, превышающей температуру его стеклования, то он переходит в следующее релаксационное состояние - высокоэластическое, когда появляется подвижность отдельных сегментов макромолекулярной цепи полимера, а материал становится более мягким и эластичным. Однако ещё ста-

бильно существующие в его структуре надмолекулярные образования, например микроблоки, препятствуют относительному смещению молекулярных цепей в целом. Приложение в таком состоянии к полимеру внешней нагрузки

приводит к изменению (уменьшению) конфигурационной энтропии состояния макромолекул, которые, "разворачиваясь" из статистического клубка, лишь ориентируются в направлении приложенной нагрузки, при этом тепловое движение звеньев цепи противодействует внешней нагрузке. При снятии нагрузки цепи возвращаются в исходное состояние, а следовательно, высокоэластическая деформация также, как и упругая, является полностью обратимой деформацией, но в отличие от последней имеет энтропийную природу.

При дальнейшем нагревании полимера выше некоторой температуры, называемой температурой текучести, надмолекулярные образования становятся столь нестабильными, что появляется возможность в относительном смещении цепей макромолекул друг относительно друга при приложении к нему внешней нагрузки. Последнее обстоятельство и обеспечивает течение полимерных сред в этом состоянии, при этом деформации течения являются необратимыми, а само состояние полимера называют вязкотекучим. Особо следует отметить, что деформирование полимеров в вязкотекучем релаксационном состоянии вовсе не означает того, что развивающиеся в них деформации являются исключительно деформациями течения.

В зависимости от режимов и кинематики деформирования, реологических свойств полимерных сред в последних, наряду с деформациями течения, развиваются и высокоэластические деформации определённого уровня.

Поскольку все процессы термоформования предусматривают стадию разогрева заготовки, поверхность которой находится в свободном состоянии, то, чтобы заготовка не имела возможности сильно деформироваться на этой технологической стадии под действием гравитационных сил, её разогрев ведут до момента достижения полимером высокоэластического состояния. Нагревание заготовки до вязкотекучего состояния приводит к её достаточно быстрой гравитационной вытяжке (провисанию) и, как следствие, к невозможности реализации стадии формования изделия. С другой стороны, температура фор-муемой заготовки не должна находиться вблизи границы стеклообразного и высокоэластического состояний полимера, поскольку при формовании изделия в этом случае возможна неполная его проформовка. Таким образом, рабочая температура формуемой полимерной заготовки является одним из основных технологических параметров, определяющих реализацию процессов термоформования. В табл.1 приведены ориентировочные температурные режимы, при которых проводят термоформование полимерных изделий из плоских заготовок в промышленности.

Кроме того, следует отметить важность реализации самого процесса разогрева заготовок. Во-первых, этот процесс достаточно длителен и составляет примерно

50-80% общего времени цикла формования изделия. Во-вторых, разогрев заготовок следует вести так, чтобы температура во всех точках их поверхности в любой момент времени была одинакова. Неравномерный разогрев ведет к неравномерному деформированию заготовки в процессе её формования в изделие и образованию складок на поверхности последнего. В результате неравномерного разогрева на поверхности заготовки могут образовываться отдельные перегретые области, а при формовании в этих областях может произойти разрыв заготовки.

Температура формующего инструмента влияет на процесс охлаждения отформованного изделия. Очевидно, что она должна быть ниже температуры стеклования полимера, иначе достаточного охлаждения заготовки не произойдет, и изделие может потерять свою форму. Также очевидно, что чем ниже температура формующего инструмента, тем быстрее охлаждение и выше производительность формовочного оборудования.

Таблица 1

Но при очень низкой температуре формующего инструмента на поверхности отформованного изделия появляются пятна переохлаждения, и повышается его склонность к короблению.

При пневматических методах формования изделий такие технологические параметры этих процессов, как текущие значения необходимого для их реализации перепада давления, скорости формования (формообразования) изделия, которое определяется временем, и давление сжатого газа, истекающего в рабочую полость, являются взаимосвязанными.

Реализуемый при формовании изделия текущий рабочий перепад давления определяется эластическими характеристиками полимерного материала, толщиной стенки исходной заготовки, а также развивающимися в процессе её формования в изделие эластическими деформациями. Использование "жестких" полимерных материалов или исходных заготовок, имеющих относительно большую толщину, требует создания и относительно больших перепадов давления, обеспечивающих достаточную проформовку изделия.

При "мягком" материале или тонкостенных заготовках создание высоких скоростей их деформирования может приводить к механическому разрушению (разрыву) последних в процессе формования изделий.

При реализации процессов пневмоформования в замкнутую рабочую полость, как минимум одной из поверхностей которой является поверхность плоской заготовки с находящимся там исходным газом, подают рабочую (сжатую) газовую среду, которая, в общем случае, может и не быть идентична исходной газовой среде. На практике, как правило, исходная и рабочая газовые среды идентичны.

На основании изложенного нетрудно уяснить, что время формообразования изделия определяется не только рабочим перепадом давления, который, в общем случае, зависит от свойств перерабатываемого материала, геометрических параметров исходной заготовки и формуемого изделия, термодинамических параметров используемых газовых сред, а также некоторых конструктивных параметров применяемого оборудования и пневмокоммуникационных систем. Максимально допустимое время формообразования изделия определяется остыванием заготовки в процессе её деформирования: температура заготовки не должна успеть снизиться до такого уровня, при котором проформовка изделия станет невозможной. Минимальное время формообразования изделия определяется предельно возможными скоростями деформации заготовки, при которых может наступить разрыв материала.

При реализации процессов вакуум-формования (рис.1) из замкнутой рабочей камеры вакуумформовочной машины с установленной в ней на подвижном столе формующей оснасткой эвакуируют находящуюся там газовую среду, создавая, таким образом, перепад давления между наружной и внутренней поверхностями плоской заготовки.

Последняя, деформируясь под действием возникшей движущей силы, входит в контакт с формообразующими поверхностями формующего инструмента (матриц, пуансонов и т.п.), что и обеспечивает реализацию процесса формообразования изделия. Как и при пневмоформовании, скорость деформирования заготовок при вакуумном их формовании зависит от времени формообразования изделия.

Во-первых, следует отметить, что не во всех случаях вакуум-формовочное оборудование способно обеспечить стабильное удержание создаваемого в рабочей камере разряжения (а следовательно, и перепада давления) в процессе формования изделий. Известно, что стабильное удержание создаваемого разряжения возможно только в тех случаях, когда объём ресивера, куда эвакуируется газ из рабочей камеры, превосходит его исходный объём не менее, чем в восемь раз.

Во-вторых, если при естественных (атмосферных) условиях, указанное условие реализации процесса вакуумформования не выполняется, то необходимо прибегнуть к комбинированному - пневмовакуумному методу его формования, для чего необходимо создать в рабочей камере оборудования и над внешней поверхностью заготовки исходное избыточное давление.

С учётом изложенного нетрудно уяснить, что технологическое время формообразования изделий из плоских заготовок при вакуумном методе их производства зависит не только от свойств перерабатываемых полимерных материалов, геометрических параметров используемых заготовок и формуемых изделий, термодинамических параметров газовых рабочих сред, но также существенным образом определяется и некоторыми конструктивными параметрами применяемого оборудования и формующего инструмента.

При реализации процессов механотермоформования (рис.2) время формообразования изделия (а следовательно, и скорость деформирования заготовки) определяется скоростью перемещения формующего инструмента 4 , при этом оптимальный выбор последней обусловлен теми же проблемами, которые характерны и для других, рассмотренных ранее, методов формования.

Как уже отмечалось, скорость охлаждения отформованных изделий, определяемая временем их охлаждения в известном интервале температур, влияет на величину остаточных напряжений в материале. Относительно быстрое охлаждение отформованного изделия снижает время цикла его производства, но приводит к «замораживанию» остаточных напряжений в материале, в результате чего изделие имеет малую формоустойчивость при эксплуатации. При относительно медленном охлаждении остаточные напряжения частично релаксируют, повышая формоустойчивость изделия, но при этом возрастает время цикла производства последнего.

Известно, что полимерные материалы обладают относительно низкой теплопроводностью. Поэтому эффективность охлаждения отформованных изделий существенным образом зависит от реализуемых на практике условий переноса теплоты от охлаждаемого полимерного материала к охлаждающей среде.

Время охлаждения изделия существенным образом зависит от среднеинтегрального значения толщины его стенки. Последнее понятие вводят в связи с тем, что деформирование плоских заготовок при формообразовании из них изделий характеризуется значительной неоднородностью, в результате чего отформованные изделия обладают весьма ощутимой разнотолщинностью (неоднородностью толщины стенок). Разнотолщинность полимерных изделий ухудшает их товарный вид и такие важные эксплуатационные характеристики как прочность, жёсткость, паро- и газонепроницаемость. Разнотолщинность формуемых изделий практически не зависит от свойств перерабатываемых полимеров, но существенно зависит от реализуемого метода формования и геометрии изделий.

Время технологического или рабочего цикла производства того или иного вида изделий зависит, прежде всего, от реализуемого метода их формования, используемого оборудования и может включать в себя самые разнообразные элементы.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Глава 2 технологические системы как экономические объекты

2.1. Структура, свойства и технико-экономический уровень технологической системы

2.2. Закономерности развития технологических систем

Раздел II анализ и экономическая оценка базовых технологий в отраслях, определяющих нтп Глава 3. Анализ и экономическая оценка базовых технологий в черной металлургии

Глава 4. Анализ и экономическая оценка базовых технологий в цветной металлургии

Глава 5. Анализ и экономическая оценка базовых технологий заготовительного производства

5.1. Технологические процессы изготовления заготовок методами пластической деформации

5.2. Технологические процессы получения заготовок методами литья

Глава 6. Анализ и экономическая оценка технологий механической обработки

6.1. Анализ и экономическая оценка традиционных методов обработки резанием

6.2. Технико-экономический анализ технологического процесса механообработки

Зависимость себестоимости заданной партии деталей от годового выпуска

6.3. Электрофизические и электрохимические методы обработки металлов

Глава 7. Анализ и экономичекая оценка технологий сборочно производства

7.1. Сущность процесса сборки. Технико-экономические показатели

7.2. Методы соединения сборочных элементов. Сущность процессов сварки и их сравнительная оценка

Глава 8. Анализ и экономическая оценка базовых технологий в химической промышленности

8.1. Технология производства неорганических кислот

8.2. Сущность технологических процессов производства полимерных материалов

8.3. Сущность и экономическая оценка технологических процессов переработки топлива

Виды топлива

Раздел III. Особенности развития технологических систем на уровне предприятия и отрасли Глава 9. Технологическое развитие на уровне предприятия

9.1. Формирование и развитие технологических систем предприятия с дискретным производством

9.2. Формирование и развитие технологических систем предприятий с непрерывным производством

9.3. Автоматизация производства

9.4. Отраслевые особенности технологического развития

Раздел IV.Технологический прогресс и экономическое развитие Глава 10. Сущность и основные направления ускорения нтп

Глава 11. Прогрессивные химико-технологические процессы

Глава 12. Прогрессивные виды технологий

Глава 13. Рыночные аспекты технологического развития

Раздел I. Технологические процессы и технологические системы как экономические объекты

Раздел II. Анализ и экономическая оценка базовых технологий в отраслях, определяющих нтп Главы 3 и 4. Анализ и экономическая оценки базовых технологий в черной и цветной металлургии

Глава 5. Анализ и экономическая оценка базовых технологий заготовительного производства

Глава 6. Анализ и экономическая оценка технологий механообработки

Глава 7. Анализ и экономическая оценка технологий сборочного производства

Глада 8. Анализ и экономическая оценка базовых технологий в химической промышленности

Раздел III. Особенности развития технологических"систем на уровне предприятия и отрасли

Раздел IV. Технологический гресс и экономическое развитие

Список рекомендуемой литературы

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

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 20—30 % снизить трудоемкость и на 15—20 % себестоимость ремонта, а также исключить сложные технологические процессы, характерные при нанесении металлических материалов и их обработке. Существенно (на 40—50 %) 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 2—5 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 (0,2—0,7 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 2—3 раза через 15—20 мин. Для ускорения отверждения герметика изделие выдерживают при температуре 60—90 °С в течение 0,5—2 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 0,05—0,2 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 70—80 % 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 200—220 °С. Предел прочности современных металлополимеров составляет (МПа): при сжатии 120—145, при изгибе 90—110, на сдвиг 15—25. 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 0,4—0,6 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 20—70 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 0,1—0,15 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 0,1—0,2 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 0,08—1 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 150—160 °С в течение 15—60 мин.

Вибрационным способом псевдоожиженное состояние наплавляемого порошка создается за счет сообщения камере специальным вибратором колебаний с частотой 50—100 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 50—100 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 2,5—3 мм; разделывание фаски (при толщине стенки свыше 1,5 мм) вдоль трещин под углом 60—70° на глубину 1—3 мм; зачистка до металлического блеска прилегающей к трещине поверхности шириной 25—30 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 20—30 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 0,3—0,4 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 2—3 ч и обезжиривают ацетоном. Первая накладка должна перекрывать трещину на 15—20 мм, а каждая последующая — перекрывать контур предыдущей накладки на 5—10 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 1,5—2 мм с перекрытием трещины на 40—50 мм. Ее устанавливают на клеевой состав с последующим механическим скреплением с восстанавливаемой деталью винтами, расположенными на расстоянии 50—70 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 40—60 МПа. Клей наносят в 2—3 слоя так, чтобы их общая толщина составляла 0,1—0,2 мм. При большей толщине сила сцепления клея с деталью уменьшается в 1,5—2 раза. Склеиваемые детали сжимают между собой под давлением 0,5—1 МПа и в этом состоянии выдерживают при температуре 140—150 °С в течение 0,5—1 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 1—1,5 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 0,01—0,015 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 0,01—0,03 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 3—24 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 80—100 °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 0,5—0,15 мм больше диаметра отверстия, указанного на чертеже, так как диаметр отверстия, просверленного в полимере, обычно уменьшается.

Шлифование полимеров выполняют абразивными кругами со скоростью резания 30—40 м/с. Для обработки термопластов рекомендуется применять не цельные из абразивного материала, а круги, набранные из плотных полотняных, суконных и фланелевых кружков. Диаметр кругов 300—500 мм, толщина 80—90 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.

Полимерами называются продукты химического соединения одинаковых молекул в виде многократно повторяющихся звеньев. Молекулы полимеров состоят из десятков и сотен тысяч атомов. К полимерам относятся: целлюлоза, каучуки, пластмассы, химические волокна, лаки, клеи, пленки, различные смолы и др.

По своему происхождению полимерные материалы делятся на природные и синтетические . К природным относятся: крахмал, канифоли, белки, натуральный каучук и др. Основную массу полимерных материалов, применяемых в современной промышленности, составляют синтетические полимеры. Они получаются с помощью реакций полимеризации (без образования побочных продуктов), например получение полиэтилена, и поликонденсации (с образованием побочных продуктов), например получение фенолформальдегидных смол.

Получение полимеров по реакции полимеризации осуществляется следующим образом. В реакцию полимеризации вступают органические вещества, содержащие в молекуле двойные связи. Под воздействием света, тепла, давления или в присутствии катализаторов молекулы веществ за счет раскрытия двойных связей соединяются друг с другом, образуя полимер.

При получении полимеров по реакции поликонденсации в реакцию вступают два мономерных продукта с образованием полимера и побочного продукта.

Среди полимерных материалов особое место принадлежит пластмассам. Это материал, в состав которого в качестве основного компонента входят высокомолекулярные синтетические смолы. Их получают путем химического синтеза простейших веществ, извлекаемых из столь доступного сырья, как уголь, известь, воздух, нефть.

Главное преимущество использования пластмасс по сравнению с другими материалами – это простота переработки их в изделии. Присущие им пластические свойства позволяют с помощью пресс-автоматов, автоматов для литья и др. изготавливать в час сотни деталей сложных конфигураций. При этом расход материалов минимальный (практически нет отходов), уменьшается количество станков и обслуживающего персонала, сокращается расход электроэнергии. Ввиду этого требуется значительно меньше капиталовложений в организацию производства изделий из пластмасс.

Методы переработки пластмасс и изготовления пластмассовых изделий зависят от отношения пластмасс к температуре. Выделяют термопластичные и термореактивные пластмассы .

К термореактивным относятся пластмассы, которые при нагревании до определенной температуры размягчаются, а затем переходят необратимо в неплавкое и нерастворимое состояние. Термореактивные пластмассы после отвердевания не могут быть переработаны повторно и поэтому называются необратимыми. Примером термореактивных пластмасс могут служить фенопласты. Изделия из термореактивной пластмассы получают методом прессования в пресс-формах. Последние имеют внутреннюю полость, соответствующую форме и размерам будущего изделия, и обычно состоят из двух разъемных частей – матрицы и пуансона. Матрица укрепляется на нижней плите пресса, пуансон – на подвижном ползуне пресса. Отмеренное количество пресс-порошка, нагретого до 90 – 120 °С, подается в матрицу, имеющую температуру, необходимую для прессования. Под воздействием тепла от нагретой матрицы полимер размягчается и приобретает необходимую пластичность. Под действием пуансона размягченный материал заполняет полость пресс-формы. При этом в термореактивной смоле проходят сложные химические превращения, приводящие к образованию неплавкого материала. Затвердевание изделия происходит в форме, находящейся под давлением. После определенной выдержки изделие извлекается из пресс-формы. Температура, давление и время прессования определяются свойствами прессуемых материалов. Кроме того, для переработки термореактивных пластмасс применяют и метод выдавливания, или экструзию. Этим методом получают изделия плоской (листы, пленки) или цилиндрической (стержни, трубы) формы.

Для получения изделий из термопластичной пластмассы применяют следующие способы: литье под давлением, экструзию (выдавливание) и формование из листа . Их применение обусловлено термопластичностью материала.

Наиболее применимый способ переработки термопластичных пластмасс – литье под давлением. Выполняется на специальных литьевых машинах. Порошкообразный или гранулированный полимер подается в обогреваемый цилиндр литьевой машины, где и расплавляется. При охлаждении термопластичный полимер застывает и приобретает вид детали.

Также при переработке пластмасс в изделия применяют формовку, штамповку, механическую обработку резанием, выдувание пустотелых изделий. Все способы характеризуются коротким технологическим циклом, небольшими затратами труда и легкостью автоматизации.

Синтетические волокна получают из синтетических высокомолекулярных смол. Большую группу составляют полиамидные волокна – капрон, нейлон. Они характеризуются высокой прочностью, эластичностью, стойкостью к действию щелочи, электроизоляционной стойкостью. К группе полиэфирных волокон относится лавсан. Он используется для производства тканей, трикотажных изделий, электроизоляционных материалов. Отличается высокой механической прочностью.

Технологический процесс получения химических волокон включает следующие стадии:

1) приготовление прядильной массы;

2) формование волокна;

Отделка.

Каучук – характерный представитель высокомолекулярных (полимерных) соединений. Он является основной составной частью резины, бывает растительного происхождения (натуральный) и синтетический. Наиболее широкое применение в промышленности получил синтетический каучук. Его химический состав и строение, а также физические свойства могут быть весьма разнообразны и сильно отличаться от свойств натурального каучука, в чем и заключается преимущество синтетических каучуков.

Основным сырьем для производства синтетических каучуков являются попутные газы нефтепереработки, этиловый спирт и ацетилен. Основные методы получения – полимеризация и поликонденсация. При переработке каучуки превращают в резину. Она характеризуется высокой эластичностью, сопротивлением к истиранию, изгибам, обладает газо- и водонепроницаемостью, высокими электроизоляционными свойствами, стойкостью к агрессивным средам.

Резину получают добавлением к каучуку ряда компонентов (ингредиентов). Затем эту смесь подвергают вулканизации. Вулканизация заключается в образовании мостиков между линейными молекулами каучука и получении трехмерной пространственной молекулярной структуры. Такая структура приводит к повышению термической стойкости и прочности материала, к уменьшению его растворимости и увеличению химической стойкости. Наиболее распространенным вулканизатором является сера, она же определяет и твердость резины. Также вводятся различные наполнители как для улучшения свойств (сажа, цинковые белила, каолин, противостарители), так и для удешевления (мел, тальк).

Резиновые изделия изготавливают: методом шприцевания, штамповкой, литьем под давлением, окунанием моделей в латекс и др. Разделяют резиновые изделия по назначению и условиям эксплуатации.

В химической промышленности наибольшие расходы приходятся на сырье и составляют в среднем 60 – 70 % себестоимости, а на топливо и энергию – около 10 %. Амортизационные отчисления составляют 3 – 4 %, заработная плата основных производственных рабочих колеблется от 3 до 20 % себестоимости продукции и зависит от типа производства.