Методы восстановления деталей с использованием синтетических
Материалов
В последние годы при производстве, техническом обслуживании и ремонте машин получили широкое применение различные виды синтетических материалов (полимерных, композиционных материалов и пластических масс на их основе). При этом используются физические и химические процессы взаимодействия ремонтных материалов с восстанавливаемыми деталями.
16.1 Восстановление деталей с применением анаэробных материалов
Анаэробные материалы (герметики) представляют собой в исходном состоянии жидкие или вязкие композиции, способные быстро отверждаться в зазорах между сопрягаемыми металлическими поверхностями при взаимодействии с кислородом воздуха.
Способности анаэробных герметиков заполнять микронеровности и микротрещины на рабочих поверхностях деталей, зазоры в их сопряжениях, фиксировать взаимное положение деталей с различными видами соединений (резьбовыми, фланцевыми, с гладкими поверхностями), быстро отверждаться с образованием прочного соединения, быть устойчивыми к влиянию окружающей среды (влаги, нефтепродуктов, перепада температур) обеспечивают возможность создания эффективной технологии ремонта машин.
Анаэробные герметики широко применяются для пропитки пористого литья, сварных швов и прессованных изделий, контровки, стопорения резьбовых соединений, фиксации подвижных соединений, уплотнения резьбовых и фланцевых соединений. Анаэробные герметики не чувствительны к воздействию воды, минеральных масел, топлив, растворителей. В большинстве своем они не токсичны, не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду и обеспечивают надежную антикоррозионную защиту уплотняемых деталей.
Важнейшим преимуществом анаэробных герметиков является возможность их применения в сопряжениях деталей из любых материалов в различных сочетаниях при допусках от – 0,2 до + 0,6 мм. После отверждения они десятилетиями сохраняют высокие прочностные и усталостные характеристики, обеспечивают 100 % - ный контакт сопрягаемых деталей, выдерживают температуру от – 60 до + 250о С и давление до 35 МПа. Анаэробные герметики позволяют значительно повысить надёжность конструкций. При установке подшипников на анаэробный герметик обеспечивается герметичность и высокая прочность посадки подшипника на вал или посадочное гнездо, устраняются износ и фреттинг-коррозия на посадочных поверхностях. Подшипники можно фиксировать на валу с прочностью на срез до 30 МПа. При этом не возникает внутренних напряжений, которые неизбежны при использовании нагрева для получения прессовых посадок. После выпрессовки посадочная поверхность остается чистой, и при ремонте узла достаточно повторно нанести герметик.
Скорость отверждения анаэробных герметиков и время достижения максимальной прочности соединения зависят от температуры окружающей среды. При температурах ниже 15о С замедляется их полимеризация, что обусловливает необходимость применения специальных активаторов.
Некоторые анаэробные герметики (Унигерм – 2М и Унигерм – 11) полимеризуются при температуре до – 10о С, что позволяет выполнять ремонт машин в полевых условиях. Качество уплотнения зависит от материала герметизируемого сопряжения, чистоты поверхностей, контактирующих с герметиком, формы и размеров деталей, технологии сборки и режимов отверждения.
По влиянию на скорость отверждения герметика в сопряжении материалы деталей условно делят на три группы: активные (медь и ее сплавы, никель); нормальные (железо, углеродистые стали, цинк); пассивные (высокоуглеродистые стали, алюминий, титан и его сплавы, материалы с антикоррозионными покрытиями, пластмассовые изделия).
Для правильного выбора марки герметика необходимо учитывать его вязкость и размер зазора между уплотняемыми деталями (таблица 16.1).
Таблица 16.1 – Физико-механические свойства анаэробных герметиков
| Герметик | Кинематическая вязкость при 20о С, мм2/с | Предел прочности при сдвиге через 24 ч, МПа | Максимальный размер уплотняемого зазора, мм | Температурный диапазон эксплуатации, о С |
| ДН – 1 ДН – 2 Анатерм – 4 Анатерм – 5МД Анатерм - 6 Анатерм – 6В Анатерм - 8 Анатерм - 17 Анатерм - 18 Анатерм – 125Ц | 100 – 150 1000 – 3000 120 – 180 400 – 700 15000 – 30000 4000 – 8000 15000 – 30000 4000 – 6000 4000 – 6000 100 – 200 | 10 – 16 8 – 14 3 – 6 – 8 – 15 8 – 16 2 – 8 0,5 – 3 2 – 4 1,5 – 7 | 0,15 0,3 0,15 0,25 0,45 0,4 0,45 0,35 0,4 0,15 | – 60…+ 150 – 60…+ 150 – 90…+ 120 – 60…+ 150 – 60…+ 150 – 100…+ 150 – 60…+ 100 – 60…+ 150 – 60…+ 100 – 90…+ 120 |
Некоторые анаэробные герметики обладают свойством ускоренного отверждения (таблица 16.2), что позволяет проводить аварийный ремонт в полевых условиях. Анаэробные герметики могут контактировать с различными жидкими и газообразными средами в широком диапазоне температур и давлений без существенного ухудшения их свойств. Перед их нанесением подлежащие сборке поверхности тщательно очищают. Окалину и ржавчину удаляют механическим путем, масляные и другие загрязнения – с помощью растворителей (ацетона, бензина, хлорсодержащих растворителей). Детали после гальванического покрытия можно герметизировать без предварительного обезжиривания.
Таблица 16.2 – Физико-механические свойства анаэробных герметиков
ускоренного отверждения
| Герметик | Кинематическая вязкость при 20о С, мм2/с | Предел прочности при сдвиге через 24 ч, МПа | Максимальный размер уплотняемого зазора, мм | Температурный диапазон эксплуатации, о С |
| Анатерм – 17М Анатерм – 50у Унигерм – 2М Унигерм – 6 Унигерм - 7 Унигерм - 8 Унигерм - 9 Унигерм – 10 Унигерм – 11 | 2000 – 6000 40 – 60 100 – 300 – 100 – 200 – – – 400 – 700 | 0,5 – 3 5 – 9 3,3 – 5,6 10 – 14 15 – 22 10 – 14 10 – 16 12 – 16 7 – 18 | 0,4 0,1 0,15 0,3 0,15 0,45 0,3 0,3 0,2 | – 50…+ 150 – 50…+ 150 – 60…+ 150 – 60…+ 150 – 60…+ 150 – 60…+ 150 – 60…+ 150 – 60…+ 150 – 60…+ 150 |
Неметаллические материалы, отличающиеся большой пористостью зачищают без обезжиривания. При необходимости после зачистки на одну из сопрягаемых поверхностей мягкой кистью наносят тонкий слой активатора и выдерживают деталь до полного высыхания.
Активизаторы предназначены для сокращения времени отверждения анаэробных герметиков. Органические растворители, входящие в их состав, обеспечивают равномерное распределение активатора на поверхности и способствуют ее дополнительному обезжириванию. Использование активаторов обеспечивает отверждение герметиков при отрицательных температурах.
В качестве активаторов применяют К – 101М (жидкость обеспечивающая отверждение анаэробных герметиков в течение 24 ч)и КВ (КС) (жидкость обеспечивающая отверждение анаэробных герметиков в течение 1 ч при 100о С).
Расход анаэробных герметиков зависит от метода применения и составляет 1 – 5 г на 100 см2 поверхности при герметизации цилиндрических соединений с зазором 0,05 – 0,2 мм, 1 – 5 г на 100 болтов в зависимости от диаметра и высоты резьбы, 3 – 10 г на 1 кг литья при пропитке в зависимости от конфигурации изделия.
В зависимости от применяемых марок герметика и активатора изделие может быть введено в эксплуатацию через несколько часов.
16.2 Восстановление деталей с применением клеевых материалов
Клеевые технологии восстановления деталей обеспечивают возможность устранения таких дефектов, как трещины размером до 150 мм, пробоины площадью до 2,5 см2, течи, сколы, кавитационные разрушения. С помощью клеевых соединений можно ремонтировать рамные конструкции, создавать износостойкие графитовые покрытия, восстанавливать изношенные плоские и цилиндрические посадочные поверхности деталей и т.д.
Применение клеевых материалов обладает рядом преимуществ перед механическими способами соединения деталей (сваркой и т.д.):
1. возможностью соединения деталей из разнородных материалов;
2. отсутствием внутренних напряжений и коробления, а также влияния на структуру и свойства соединяемых материалов;
3. прочностью и герметичностью соединения;
4. простотой технологического процесса и применяемого оборудования;
5. невысокой трудоемкостью и стоимостью ремонта.
Наибольшее распространение при восстановлении деталей получили эпоксидные клеевые материалы. Высокая прочность соединения эпоксидных смол с различными материалами, устойчивость к атмосферным и коррозионным воздействиям, химическая пассивность по отношению к склеиваемым материалам и малая усадка обеспечивают широкие возможности их применения.
Армирование эпоксидных материалов стекловолокном существенно расширяет область их применения. С помощью армированных эпоксидных материалов можно устранять пробоины площадью до 50 см2 и заделывать трещины большой длины, что повышает эффективность ремонта кабин, баков, облицовки и других корпусных деталей.
Эпоксидные материалы применяются при ремонте деталей, работающих в диапазоне температур от – 70 до + 120о С.
Их основным недостатком является исходная токсичность компонентов.
В настоящее время при ремонте машин все шире применяют акриловые (таблица 16.3), цианакриловые (таблица 16.4) и силиконовые клеи.
Из клеевых материалов зарубежного производства большими возможностями для восстановления деталей машин обладают:
MOLYKOTE AP – универсальный силиконовый клей-герметик, обеспечивающий прочное соединение деталей в рабочем диапазоне температур
– 50…+ 220о С;
Silicon AP 1945548 – кремнийорганический белый силиконовый каучук;
Silicon AP 1945505 – кремнийорганический прозрачный силиконовый каучук;
Silicon AP 2404559 – кремнийорганический силиконовый каучук черного цвета.
Перечисленные материалы, производимые фирмой MOLYKOTE, применяют для склеивания деталей из металлов, стекла, резины, натуральных и синтетических волокон, большинства видов пластмасс.
Таблица 16.3 – Акриловые клеи
| Параметр | АН – 103 | АН – 111 | АН – 105АБ | АН – 106АБ | АН – 110АБ | КВ - 401 |
| Время схватывания | 15 – 20 мин | 5 -10 мин | 2 – 3 мин | 2 – 3 мин | 15 – 90 с | 10 – 20 c |
| Прочность, МПа | ||||||
| Температура эксплуатации, о С | – 60…+ 120 | – 60…+ 150 | – 60…+ 150 | – 60…+ 175 | – 60…+ 175 | – 60…+ 175 |
Таблица 16.4 – Цианакриловые клеи
| Параметр | ТК – 200 | ТК – 201 | ТК – 300 | КМ – 200 | МИГ |
| Время схватывания, мин | 15 – 20 мин | 5 -10 мин | 2 – 3 мин | 2 – 3 мин | 15 – 90 с |
| Температура эксплуатации, о С | – 60…+ 120 | – 60…+ 150 | – 60…+ 150 | – 60…+ 175 | – 60…+ 175 |
Клеевые материалы не только обеспечивают возможность прочного соединения деталей из различных материалов, но устраняют зазоры и трещины. Их применяются для изготовления уплотнений и прокладок любой формы.
16.3 Восстановление деталей методом молекулярной холодной сварки
Перспективной технологией восстановления строительно-дорожных машин является холодная молекулярная сварка (ХТС).
Сварной шов формируется с помощью специально разработанных композиционных материалов (Реком, Пластметалл и др.).
Они представляют собой металлизированные композиции, состоящие на 70 – 80 % из порошков металлов (никель, хром, цинк) и специально подобранных олигомерных связующих, образующих при отверждении трехмерную структуру. По свойствам они приближаются к металлам и легко поддаются механической обработке.
ХМС не требует термического воздействия на восстанавливаемую поверхность и проводится на воздухе без какой-либо защитной среды и специального технологического оборудования, что позволяет выполнять ремонтно-восстановительные работы в любых помещениях, а также в полевых условиях. Компоненты ХМС в процессе отверждения не выделяют летучих токсичных веществ, что обеспечивает экологическую безопасность их применения при ремонте машин.
ХМС обеспечивает высокую прочность соединения деталей из различных материалов, позволяет восстанавливать размеры и форму валов, отверстий, опорно-направляющих дорожек, шлицев, посадочных мест под подшипники, а также наносить на рабочие поверхности деталей износостойкие покрытия, устранять трещины и сколы.
Детали, изготовленные или восстановленные методом ХМС, сохраняют работоспособность при температуре – 60…+ 350о С в зависимости от свойств исходных компонентов композиционных материалов. Наиболее распространенным объектом ремонта являются резьбовые соединения.
Особенно эффективно использование ХМС для ремонта глухих резьб в стенках массивных корпусных деталей. Аналогичным способом восстанавливают шпоночные соединения.
Технология ХМС позволяет устранять риски, задиры и износ поверхностей трения таких ответственных деталей, как штоки гидроцилиндров. Эта технология также удобна для ремонта тонколистовых кузовных деталей. По сравнению с традиционными термическими способами ремонта (сваркой, пайкой) ХМС не требует демонтажа агрегатов (в частности, сливать масла из картеров и емкостей). При ее применении не возникает больших внутренних термических напряжений и исключается возможность повреждения существующих сварных швов.
Высокое качество восстановления деталей методом ХМС может быть обеспечено только при правильном выборе полимерного материала (таблица 16.5).
Таблица 16.5 – Физико-механические характеристики полимерных
материалов
| Параметр | Универсал | Керамик-т | УНИРЕМ | Реком-Б |
| Плотность, кг/м3 | – | |||
| Время схватывания, мин: при 20о С при 150о С | – | 3 – 4 ч – | ||
| Прочность, МПа: при сжатии при изгибе при сдвиге при растяжении | – – | – – | 90 – 110 – – – | Не менее 100 Не менее 20 |
| Твердость по Бринелю, МПа | 1,4 | 1,8 | 100 – 150 | 10 – 12 |
| Рабочая температура, о С | – 70…+ 200 | – 50…+ 180 | – 200…+ 150 | – 70…+ 150 |
| Коэффициент трения в масле | – | – | – | 0,06 |
Перед применением ХМС поверхность детали должна быть предварительно механически очищена и обезжирена. Композиционные материалы готовят к работе на месте ремонта путем смешения двух компонентов (олигомера с наполнителями и отвердителя).
Если состав наносят для наращивания изношенной поверхности, то предусматривают припуск на последующую механическую обработку (0,15 – 0,2 толщины наращиваемого слоя).
Жизнеспособность композиции составляет 30 мин, а их отверждение происходит при комнатной температуре в течении суток. Термообработка композиции при температуре 50 – 100о С приводит к повышению ее прочностных характеристик.
При обработке восстанавливаемых деталей на металлорежущих станках для охлаждения резца и удаления стружки рекомендуется применять сжатый воздух. Обычно применяют режущий инструмент из быстрорежущей стали и твердых сплавов. С помощью ХМС можно успешно заделывать трещины на поверхностях деталей машин. Различают короткие (до 150 мм) и длинные (более 150 мм) трещины, а также трещины на тонколистовых и толстостенных деталях. Применяют несколько способов заделки трещин. Операции по заделке трещин выполняют в следующей последовательности. Определяют границы трещины и сверлят на ее концах отверстия. Далее по всей ее длине снимают фаску и зачищают поверхность по обе стороны трещины. Затем очищенный участок и трещину обезжиривают и на подготовленную поверхность наносят композицию. Далее накладывают стеклоткань так, чтобы она перекрывала трещину на 15-20 мм, и прикатывают ее, после чего нанося еще не менее двух слоев стеклоткани пропитанных композицией. Отверждение композиции осуществляют при комнатной температуре. Через сутки испытывают деталь на гидравлическом стенде под действием давления воды 0,3—0,4 МПа.
Детали, имеющие пробоины, ремонтируются с помощью упомянутых композиции путем установки специальных накладок. При небольших пробоинах (диаметром до 25 мм) накладки изготавливают из стеклоткани, при диаметре более 25 мм и плоских стенках детали применяют металлические пластины. При небольших пробоинах пластины могут быть укреплены винтами или с помощью дополнительных сверлений в стенке корпуса, куда проникает ремонтная композиция и после отверждения обеспечивает прочную заделку пробоины.
Дата добавления: 2015-12-29; просмотров: 2683;