1.4. Ускоренные методы ремонта деталей и узлов

с использованием новых композиционных материалов

В настоящее время в целях сокращения простоев оборудования из-за неисправностей, отсутствия запасных частей, а также снижения трудоемкости и стоимости ремонтных работ и упрощения обслуживания ведут поиск методов и новых технических средств для ускоренного восстановления деталей и узлов изделий машиностроения. Весьма полезными оказались разработки технологий ускоренного ремонта с использованием специальных материалов. Такого рода композитные материалы имеют трехмерную молекулярную структуру и состоят из основы и отвердителя. Композиции содержат высокомолекулярные вещества, а также определенную долю специально подобранных металлов. Смесь ком-

нентов (в жидком или пастообразном состоянии) наносят шпателем или кистью на заранее подготовленную поверхность ремонтируемой детали.

В результате диффузии и реакций взаимодействующих материалов процесс восстановления деталей проходит без выделения тепла.

При ремонте применяют технологию молекулярной «холодной сварки» на основе универсальных металлических, металло-керамических и резинотех-нических паст, Метод альтернативен традиционной сварке, пайке, напылению и

вулканизации. Преимущество новых композитов в их достаточно высокой ударной вязкости, прочности при изгибе и сжатии, быстрое холодное отвердение и схватывание. Хорошая адгезия к сухим, а также влажным и промасленным поверхностям обеспечивает ускоренный аварийный ремонт с получением достаточно прочных соединений для работы даже в особо неблагоприятных условиях.

Композиты и их компоненты в ряде случаев нетоксичны и позволяют проводить ремонт оборудования и оснастки для производства пищевых продуктов, а также работать в закрытых и непроветриваемых помещениях.

Отсутствие усадки и расширения материала гарантирует воспроизведение точной геометрии ремонтируемых деталей без последующей механической обработки (например, при ремонте гнезда в корпусе под подшипник).Высокая эластичность композита способствует надежному соединению разнородных материалов с различным коэффициентом линейного расширения (например, соединение черных металлов с цветными, стеклом, керамикой и т.д.). Композиты достаточно термостойки, что обеспечивает восстановление деталей, работающих при температурах 40-250°С, а в отдельных случаях (при использовании системы материал-прокладка-материал) отремонтированные детали могут работать при более высокой температуре.

Хорошая тиксотропия позволяет свести к минимуму потери материала при работе в положении «на стене» и «над головой». Применение керамических материалов, обладающих высокой абразивной стойкостью, а также стойкостью к химическим реагентам и диэлектрическими свойствами, позволяет восста-навливать детали и узлы, обычно подлежащие списанию, например, улитки и крыльчатки насосов, трубные решетки теплообменников и др. При работе с такими материалами практически отсутствует риск возникновения пожара или взрыва. Смешивание основы и отвердителя допускает в определенном диапазоне отклонения их пропорций по массе, что исключает строгое дозирование. Для улучшения оптического контроля при смешивании компонентов основе и отвердителю придают разные цветовые гаммы.

Композиты рекомендуют применять при механических, термических и химических нагрузках, а также при соединении разнородных материалов. Их использование особенно целесообразно в случаях, когда ущерб от простоя оборудования велик и приводит к значительным убыткам, а также при невозможности применения обычной сварки из-за риска взрыва или пожара или изменения структуры металла. Эти материалы значительно увеличивают ресурс деталей и узлов. Так, ресурс центробежного насоса после ремонта с использованием металлокерамики увеличен в 2-4 раза по сравнению с ресурсом вновь изготовленного. При плакировании этими материалами гидравлических машин и систем их КПД увеличивают на 6%.

В зависимости от назначения различают металлические композиты для восстановительных и ремонтных работ, металлокерамические композиты, эластомеры, защитные покрытия (химические, влаго-, шумо-, эррозио- и огнестойкие, антифрикционные). Отдельные материалы применяют в виде ремонтного карандаша, в капсулах которого размещены два компонента композита (для быстрого устранения аварийных ситуаций). Необходимое количество компонентов материала отрезают ножом, смешивают вручную; и наносят на дефектную поверхность. Материал затвердевает в течение 7 минут.

Эффективно применение композитов для устранения различных утечек газа или жидкости в трубопроводах газо- и гидросистем, паропроводах, ваннах, батареях, емкостях с горючими веществами, корпусах двигателей, коробках передач, при уплотнении соединений и склеивании мастер-моделей.

Применение этой технологии позволило автовладельцам в течение 2-3 часов проводить сложный ремонт пневмо-гидравлических цилиндров, поршней, штоков, плунжеров, втулок, блоков цилиндров, двигателей, корпусов коробок передач, радиаторов, различных резервуаров, гидропанелей, посадочных мест под подшипники в корпусных деталях, шпоночных и резьбовых соединений: устранение раковин, трещин в чугунных, стальных, алюминиевых деталях, сварных конструкциях, царапин и задиров трущихся поверхностей. Освоен ремонт деталей под водой.

Изготовление и ремонт резиновых деталей (прокладок, уплотнений, манжет и т.п.) осуществляют без нагрева с использованием жидких или пастообразных эластомеров (многоцелевых, химически и абразивостойких в зависимости от условий работы). Новые резиновые или резино-металлические детали изготавливают по образцам. С использованием эластомеров восстанавливают также резиновые ролики, конвейерные ленты, шланги, резиновые шины. Для уплотнения нагретых разъемов используют силиконовый герметик, обеспечивающий термостойкость до 450°С при перепаде давления до 30 бар.

Возможно восстановление деталей оборудования, работающего в усло-виях запыленности, наличия сухого или мокрого абразива, эрозии, кавитации, воздействия агрессивных химических сред. Также устраняют повреждения в насосах, клапанах, задвижках, вентиляторах, теплообменниках и т.п. В этих случаях успешно применяют металлокерамические композиты различных марок, Например, один из новых материалов характеризуется хорошей текучестью, что особенно важно для заливки пор и трещин в корпусных деталях, а также стойкостью к химически активной среде и кавитации.

Новые композиционные материалы и технология применения используют на предприятиях энергетики, нефтехимической,судоремонтной,целлюлозно-бумажной,металлургическойпромышленности, а также в станкостроении, тяжелом и транспортном машиностроении. Особый интерес эти материалы представляют для авторемонтного производства [3,18,36].

Очевидно, что в процессе эксплуатации автомобиля двигатель изнашивается, и в результате - капитальный ремонт через 100-150 тысяч км пробега. Процесс изнашивания можно остановить и даже восстановить двигатель без его разборки. Для этого разработаны реметаллизанты - присадки в моторное масло, представляющие собой суспензию ультрадисперсного порошка на основе медного сплава в моторном масле с добавлением специальных поверхностно-активных веществ. В отличие от множества хороших присадок и модификаторов («Аспект», «Energy Release», «Трибо» и др.) реметаллизант образует на рабочей поверхности в экстремальных зонах не микрополимерный слой, в основном лишь снижающий трение, а макрозащит-ный слой металлического порошка, исправляющий дефекты и неровности рабочей поверхности и места износа. Благодаря этому достигают максималь-ного восстанавливающего эффекта и, как следствие, повышается компрессия в цилиндрах (до 25%) и мощность двигателя, снижается расход масла, содержание СО в выхлопных газах. Практически реализуют безразборный ремонт двигателя. Конечно, если двигатель очень сильно изношен, и зазоры существенно превышают толщину слоя порошка, без капитального ремонта не обойтись. Гораздо лучше профилактически применять реметаллизанты, используя его при каждой замене моторного масла.

На российском рынке хорошо зарекомендовал себя реметаллизант «РиМЕТ» [37] разработанный коллективом уральских ученых в 1989 году. С тех пор было получено много положительных откликов, подтвердивших эффективность его использования. Однако, в «РиМЕТе» заметили определенные недостатки, например, оседание крупных частичек порошка в картере при длительной (несколько суток) стоянке автомобиля. В этом случае часть препарата «выключалась из работы».

В 1997 году в Государственном научном центре РФ «Уральский институт металлов» в лаборатории «Порошки и композиционные материалы» разработали новую технологию производства порошка и создан «СуперМЕТ» - реметаллизант нового поколения [42]. «СуперМЕТ» успешно прошел испытания в Центральном Научно-исследовательском Автомобильном Инсти-туте (НАМИ) и удачно дебютировал на IV международном «Автосалоне – 99» в г. Москве. Главная особенность нового порошка, выгодно отличающая его от «РиМЕТа», в том что удалось значительно уменьшить размер микрочастиц порошка, улучшить его химический и дисперсный состав. При неизменной плотности и вязкости моторного масла в несколько раз снизилась скорость оседания частиц порошка; кроме того, мельчайшие частицы медного сплава лучше распределяются по всему объему масла и эффективно проходят через маслянный фильтр.

С появлением за последнее десятилетие на российском рынке качествен-ных импортных и отечественных моторных масел пробег между сменами масла увеличился до 10-15 тысяч км. За счет меньшего размера частиц порошка количество их в «СуперМЕТе» значительно больше, чем в «РиМЕТе»,что позволяет обеспечить постоянное присутствие микрочастиц сплава у рабочих поверхностей высоконагруженных деталей двигателя на весь указанный период пробега между сменами масла.

Опыт производства «РиМЕТа», разработанного в основном для бензиновых моторов, показал слабую эффективность его использования в дизельных двигателях. Это связано с тем, что поверхностно-активные вещества, образующие на поверхности каждой микрочастицы защитную оболочку, при более высокой рабочей температуре в цилиндрах дизельного двигателя теряют свои защитные свойства, что дополнительно приводит к ухудшению качества моторного масла.

Для устранения этого недостатка на базе реметаллизанта «СуперМЕТ» был разработан целый ряд новых препаратов, учитывающих особенности работы высоконагруженных деталей трансмиссии и различных типов двигателей внутреннего сгорания: «СуперМЕТ-Экстра» - для дизельных и карбюраторных двигателей без турбонаддува, «СуперМЕТ-Турбо» - для дизельных двигателей с турбонаддувом и «СуперМЕТ-Т» - для трансмиссии.

Предприятие подмосковного г. Ступино выпускает «СуперМЕТ» в упаковках объемом 65 мл. - для новых и слабоизношенных двигателей и

Вопросы для самостоятельной работы

1.Составьте свой вариант примеров вклада физики, химии, биологии

в решение инженерных задач по созданию инструментов, приборов, станков и машин.

1.1.На примере создания и реализации проекта «Многоразовая космическая система «Энергия-Буран».

2.Какие материалы Вам известны:

2.1.традиционные материалы на основе металлов

2.2. современные полимерные, композиционные материалы, углепластики.

3. Определите роль в развитии авиации и других видов транспорта:

3.1.алюминия и титана

3.2. углепластиков

4.Печи для выпечки хлеба, изолированные «космическими» теплозащитными плитками, требуют на четверть меньше энергии по сравнению с обычными. Клеи-герметики, сделанные для «Бурана», стали незаменимыми при восстановительном ремонте автомобильных двигателей. Защитные пасты, применяемые для сварки металлов в авиационной промышленности, успешно используют и в других отраслях машиностроения.

Какие другие примеры использования супердорогих научных проектов в производстве товаров для населения известны Вам?: