книги из ГПНТБ / Бобровников Г.А. Применение синтетических материалов при ремонте и модернизации машин

и модернизации машин, для изготовления мелкомодульных шесте­ рен из термопластических масс, когда не требуется их высокая точность.

Существенным преимуществом новой технологии является использование универсального оборудования (обычный токарный станок) и высокая производительность (среднее время накатки шестерен с диаметром начальной окружности 60 мм, числом зу­ бьев 56 и модулем 1 мм составило всего 10—15 сек). При этом от­ падает необходимость в изготовлении дорогостоящих пресс-форм (с внутренним зацеплением), соответственно снижается себестои­ мость пластмассовых деталей и, следовательно, расширяются воз­ можности использования синтетических материалов при ремонте и модернизации оборудования.

НАКАТКА РЕЗЬБЫ НА И ЗД Е Л И Я Х И З ТЕРМОПЛАСТОВ

Многие детали из пластмасс имеют резьбовые сопряжения. При изготовлении таких деталей способом литья под давлением стре­ мятся одновременно получить и резьбу. Однако по некоторым при­ чинам это не всегда возможно (усложнение конструкции пресс-фор­ мы, сложная конфигурация детали). Поэтому в заводской практике применяют и обычные способы нарезания резьб: метчиками, плаш­ ками, резьбовыми резцами и др.

Указанные способы имеют ряд существенных недостатков. Об­ щеизвестно, например, что производительность при нарезаний резьбы резцами намного ниже, чем при других способах. Что касается способов получения резьбы плоскими плашками и роли­ ками, основанных на использовании пластических свойств метал­ лов, то в обычном виде они не могут быть использованы для дета­ лей, изготовляемых из капрона, анида и других высокополимер­ ных матералов, так как эти материалы при нормальной (комнат­ ной) температуре обладают высокими упругими свойствами. Автором [27] предложен способ получения резьбы на деталях из термопластов горячей накаткой. Процесс получения наружной цилиндрической резьбы показан на фиг. 49. Предварительно на­ гретый стальной ролик 1 с нарезанной треугольной резьбой соот­ ветствующего направления, стандартного профиля и требуемого шага неподвижно закрепляют на оси оправки 2, установленной на суппорте токарного станка.

Пластмассовую деталь 3, на которой предстоит изготовить резьбу, устанавливают и закрепляют на токарном станке обычным способом, т. е. в трехкулачковом патроне или в центрах. Продоль­ ная подача ролика должна быть равна шагу, а поперечная — глу­ бине изготовляемой резьбы. При таких условиях резьба воспроиз­ водится за один проход.

При контакте с нагретым роликом поверхность детали размяг­ чается и переходит в пластическое состояние. Выдавливаемый из впадин материал идет на формирование выступов резьбы. В про­ цессе накатки диаметр резьбы несколько увеличивается, поэтому

S0

диаметра заготовки при накатке резьбы. Накатка резьбы произ­ водилась на токарном станке с помощью нагретого до необходи­ мой температуры стального ролика с резьбой соответствующего шага и профиля. На станке заготовка закреплялась в трехкулач­ ковом патроне и поддерживалась центром задней бабки, так как центровое отверстие получалось непосредственно в пресс-форме. После накатки проверка резьбы на инструментальном микроскопе показала, что все ее элементы (диаметры, шаг, профиль) пол­ ностью соответствуют стандарту.

Испытания болтов проводились на разрывной машине ЦНИИТМАШа.

Для этого на болт навинчивалась (на полную его высоту) обыч­ ная стальная стандартная гайка и он устанавливался на раз­ рывную машину.

Результаты испытаний приведены в табл. 13.

Таблица 13

Из данных табл. 13 видно, что разрушение армированных бол­ тов, как это и следовало ожидать, происходит за счет срезания резьбы. Наиболее прочными оказались армированные болты с резьбой, полученной способом горячей накатки.

Цельнолитые болты значительно уступают по прочности арми­ рованным. Здесь только в одном случае из шести разрушение произошло за счет срезания резьбы, в остальных случаях — за счет разрыва самого болта по сплошной цилиндрической части.

При проведении испытаний снимались также диаграммы растя­ жений, из которых было видно, что деформация, армированных болтов крайне незначительна, а цельнолитых, наоборот, весьма большая.

Из результатов испытаний можно сделать следующие выводы:

1.Резьба, полученная способом горячей накатки, существенно прочнее литой при всех прочих равных условиях (размеры, мате­ риал, способ испытания).

2.Армированные болты из капрона обладают относительно вы­ сокой прочностью, не деформируются под нагрузкой и поэтому мо­ гут быть использованы при соответствующих условиях в химиче­

93

ской, пищевой, легкой и других отраслях промышленности, т. е. прежде всего там, где требуется высокое сопротивление крепеж­ ных деталей воздействию агрессивной среды или где по условиям эксплуатации коррозия этих деталей вообще недопустима. При этом для получения болтов и других крепежных деталей более высокой прочности, очевидно, необходимо идти по пути нанесения тонких защитных покрытий из полиамидов, фторопластов и дру­ гих синтетических материалов, обладающих высокой химической стойкостью и хорошей адгезией к металлам.

В заключение следует отметить, что предложенный способ дает возможность с минимальными затратами получать резьбы любых размеров. Поэтому горячая накатка может быть использована в ремонтных цехах при замене бронзовых и других деталей машин соответствующими деталями из термопластов.

В условиях индивидуального или мелкосерийного производства более выгодным будет изготавливать пластмассовые детали из не­ сложных по форме заготовок, а резьбу получать горячей накаткой, исключающей изготовление сложных пресс-форм.

При использовании способа горячей накатки для изготовления резьбовых изделий в массовом производстве создаются благопри­ ятные условия для автоматизации. В этом случае вместо роликов могут быть применены призматической формы плашки со встав­ ленными в них электронагревательными элементами, обеспечиваю­ щими необходимую и постоянную температуру нагрева изделий.

СВАРКА ТЕРМОПЛАСТОВ

Как указывалось, в настоящее время применяются различные способы получения сварных изделий из термопластических масс. Выбор способа сварки зависит от вида пластмассы, конструкции изделия, серийности производства и т. п.

При большой потребности в изделиях применяются высокопро­ изводительные, механизированные процессы сварки, требующие, однако, значительных затрат на подготовку производственного процесса и приобретение оборудования. Потому рассмотрим лишь основные вопросы технологии сварки пластмасс способами, кото­ рые не требуют дорогостоящего оборудования и экономически наи­ более целесообразны для изготовления небольших количеств свар­ ных изделий при ремонте и модернизации оборудования.

Одним из таких способов является сварка с применением газо­ вых теплоносителей, применяющаяся в основном при изготовлении и ремонте деталей и конструкций из винипласта различных профи­ лей и некоторых других термопластов._

В качестве газовых теплоносителей применяют подогретый до определенной температуры воздух, азот, аргон или другие инерт­ ные газы в тех случаях, если пластмасса (например, полиамиды) чувствительна к воздействию кислорода воздуха, снижающего ка­ чество сварных швов.

94

Технологический процесс сварки с применением газовых тепло­ носителей весьма прост и состоит, в сущности, из двух операций: подготовки кромок и собственно сварки. Причем существуют два способа сварки: с применением присадочного материала и без него.

Подготовка кромок производится механической обработкой и заключается в снятии фасок с одной стороны при толщине сва­ риваемых частей до 6 мм (фиг. 52, а) или с двух сторон при боль­ шей толщине (фиг. 52, б). Такая подготовка кромок применяется

Фиг. 52. Схема процесса подготовки кромок пласт­ массовых деталей под сварку с помощью газового теплоносителя:

а и б — с присадочным материалом; в — без присадочного материала.

при сварке с присадочным материалом для получения V- и Х-об- разных стыковых швов. Для получения угловых, тавровых швов или. швов внахлестку снятие фасок на кромках соединяемых ча­ стей выполняют по способу, указанному на фиг. 53. В ряде случаев цри выполнении этих швов снятие фасок вообще не производят. Следует иметь в виду, что сварные швы, выполненные внахлестку, не обеспечивают высокой прочности соединения, поэтому приме­ нять их следует возможно реже, особенно при изготовлении более нагруженных пластмассовых деталей и конструкций. Лучшими в этом отношении являются стыковые швы.

Подготовка кромок при сварке без присадочного материала со­ стоит в снятии фасок под углом 45° с образованием шва внахлест­ ку (фиг. 52, в).

После подготовки кромок производится сварка с помощью электрических (фиг. 54, а) или газовых (фиг. 54, б) горелок, по­ дающих струю горячего воздуха или инертного газа к месту сварки.

В электрических сварочных горелках температура воздуха на выходе из наконечника регулируется с помощью реостата, вклю­ ченного в электрическую сеть установки, либо за счет количества сварочного воздуха, проходящего через электрические нагрева­ тельные элементы.

95

В газовой горелке обогрев воздуха или инертного газа, прохо­ дящих по змеевику, производится за счет пламени горючих газов

Ф /У .У Л f e z )

В)

Фиг. 53. Виды сварных швов при сварке с применением присадочного материала:

нения; е — соединения внахлестку.

{водород или ацетилен). Горелка снабжена сменными наконечни­ ками с выходными отверстиями различного диаметра. Подбирая

Фиг. 54. Сварочные горелки:

нужный диаметр выходного отверстия, можно обеспечить подачу соответствующей струи горячего воздуха или инертного газа.

Газовые горелки являются более производительными, чем го­

96

Конструкция горелки отличается тем, что обогреваемый с ее помощью газовый теплоноситель представляет собой смесь про­ дуктов сгорания ацетилена или водорода с воздухом. Горючий газ поступает из баллона или ацетиленового генератора по каналу через ствол 6 в газовую камеру 2. Из газовой камеры газ прохо­ дит через сопло, где смешивается с атмосферным воздухом и сго­ рает.

Вышедшие из сопла продукты сгорания смешиваются в мунд­ штуке с поступающим через ствол 6', штуцер 4 и трубку 3 сжатым воздухом. Температуру газовой смеси, состоящей из продуктов

1

Фиг. 55. Газовая сварочная горелка ГГП-1-56.

сгорания горючего газа и воздуха, с помощью которой и произ­ водится сварка, можно регулировать в широком диапазоне за счет уменьшения или увеличения подачи как газа, так и воздуха кра­

в месте сварки происходит быстро при небольшой затрате тепла. Это обстоятельство требует строгого соблюдения температурного режима, так как при недостаточной температуре нагрева резко снижается прочность соединения, а при избыточной температуре возникает опасность разложения пластмассы. Так, при сварке винипласта температура подогретого воздуха (смеси продуктов сгорания горючего газа и воздуха) в месте сварного шва должна составлять 200—240° С, поэтому на выходе из мундштука газовый теплоноситель должен иметь температуру 230—290° С. При более

высоких температурах воздуха может происходить разложение винипласта.

При сварке присадочный пруток устанавливают под углом 45— 70° к плоскости шва и нагревают вместе со свариваемыми частями до вязкотекучего состояния, после чего специальной обжимкой прижимают к основному материалу (см. фиг. 26).

При толщине свариваемых частей более 2 мм шов заполняют в несколько последовательно наносимых рядов (валиков) приса­ дочным материалом в виде прутков из винипласта диаметром 2,5—4 мм. Для получения качественной сварки в узкой части шва накладывают сварочный пруток меньшего диаметра.

Фиг. 56. Схема V-образного (а} и Х-образного (б)' сварных швов. Цифры показывают порядок нанесения валиков присадочного прутка.

Х-образные швы являются более прочными, чем V-образные, однако для уменьшения сварочных напряжений необходимо нано­ сить слои (валики) присадочного материала попеременно с обеих сторон шва (фиг. 56).

С этой же целью при получении V-образных швов свариваемые листы должны быть расположены под некоторым углом по отно­ шению друг к другу с целью компенсации усадки в верхней части шва.. При этом уменьшается деформация и напряжения в сварных соединениях.

Симметричные Х-образные швы обеспечивают более равномер­ ное распределение сварочных напряжений и способствуют умень­ шению деформаций, поэтому их выполняют без предварительного наклона свариваемых частей.

В табл. 14 приведены основные показатели сварки деталей из листового винипласта подогретым воздухом с применением приса­ дочного материала.

Недостатком сварки с применением присадочного материала является ее низкая производительность. Так, например, продолжи­ тельность сварки 1 пог. м V-образного шва при толщине листов 18—20 мм составляет около 2 ч. Кроме того, прочность соединения при такой сварке колеблется в широких пределах от 30 до 80% от прочности основного материала и в большой степени зависит от квалификации сварщика.

При значительной толщине соединяемых частей сварка пласт­ массы может осуществляться и без применения присадочного ма­ териала (фиг. 57). Для этого предварительно подготовленные

98

Таблица 14

Основные показатели сварки деталей из листового винипласта подогретым воздухом с применением присадочного материала [24]

сить механические свойства швов с получением его прочности по­ рядка 80—95% от прочности основного материала. Существенно возрастает также производительность сварки, исключаются затра­ ты присадочного материала. Поэтому сварка с помощью газовых теплоносителей, но без применения присадочного материала (беспрутковая сварка) должна найти более широкое применение при изготовлении пластмассовых конструкций и деталей с конфигура­ цией, позволяющей применить этот способ сварки.

Весьма перспективным и доступным для любого ремонтного цеха способом сварки пластмасс является сварка трением, которая принципиально не отличается от аналогичного способа сварки ме­ таллов. При определенных условиях трения прижатых друг к другу соединяемых частей выделяется тепло, которое быстро нагревает