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

материал до температуры сварки. Если закрепить в патроне обыч­ ного токарного станка один конец прутка из винипласта, полиами­ да или другой термопластической массы и заставить его вращаться со скоростью около 500 об/мин, а другой конец прутка оставить неподвижным и прижать с помощью центра задней бабки, то в ме­ сте стыка пластмасса быстро нагреется, перейдет в пластическое состояние и приобретет способность свариваться.

При достижении температуры сварки вращающаяся часть де­ тали должна быть мгновенно остановлена; в противном случае такая сварка не обеспечит прочного соединения.

Так как используемый для этих целей токар­ ный станок мгновенно остановить практически невозможно, то приме­ няют специальное при­ способление с упором, которое на первом эта­ пе удерживает непо­ движно правую часть свариваемой детали (фиг. 58). По достиже­ нии температуры свар­ ки упор освобождает эту часть детали и ста­ нок резко затормажи­ вается. Таким образом, обе части детали неко­ торое время имеют воз­ можность свободно вращаться и находить­ ся в прижатом друг

го шва.

Для лучшего качества сварного соединения торцовые поверх­ ности обеих частей детали желательно предварительно обтачивать на некоторый конус (2—3°), что обеспечит более равномерный на­ грев их при трении.

При сварке трением труб и других изделий значительной длины применяют другой способ, заключающийся в том, что обе соединяе­ мые части остаются неподвижными, а специально изготовленная вставка вращается вокруг их общей оси.

После достижения в местах стыка необходимой температуры вращение вставки прекращается и происходит сварка соединяемых частей,

100

Сварку пластмасс трением осуществляют обычно при скоростях вращения до 30 м/мин и давлениях 3—8 кГ/см2. Этот способ сварки характеризуется высокой производительностью и хорошим качест­ вом сварного соединения.

Для серийного изготовления сварных пластмассовых деталей в настоящее время промышленностью освоены и выпускаются два вида сварочных машин МСТ-1 и МСТ-2.

На машине МСТ-1 детали диаметром до 25 мм свариваются за 5—12 сек. Машина МСТ-2 предназначена для сварки деталей различных диаметров.

Фиг. 59. Схема технологического процесса сварки полиэтиле­ новых листов способом контактного нагрева:

на электроплите торцовой части вертикальной полки сварной конст­ рукции; 4 — получение сварной конструкции*

При сварке трением в месте сварного шва образуется валик выдавливаемого материала — грат; его удаляют с помощью мат­ рицы, через которую ударом молотка либо с помощью специаль­ ного пневматического приспособления проталкивают деталь.

Широкое применение получила сварка пластмасс способом контактного нагрева (фиг. 59). Сущность этого способа сварки заключается в том, что пластмассовые детали прогреваются на глу­ бину 1,5—3 мм в месте сварки металлическим инструментом, имею­ щим соответствующий профиль. После нагрева шва до темпера­ туры сварки детали соединяют под давлением этим же инструмен­ том или другим способом. Способом контактного нагрева хорошо свариваются такие пластмассы, как полиэтилен, полипропилен, фторопласты, полистирол и др.

На фиг. 59 показана схема технологического процесса сварки полиэтиленовых листов способом контактного нагрева.

стальной или алюминиевый инструмент, имеющий вид пластины толщиной 10—15 мм и длиной, соответствующей длине сварного шва. Нагретый металлический инструмент накладывают на поли­ этиленовый лист в месте сварного шва и выдерживают некоторое время до размягчения пластмассы и выдавливания ее по сторонам пластины. Одновременно прогревается полиэтиленовая полка на электрической плите с температурой 230—260° С до расплавления ее торцовой части, после чего иолку устанавливают на место

101

снятого металлического инструмента и прижимают с требуемым усилением в течение 30—40 сек до образования сварного шва.

Сварка с контактным нагревом обеспечивает высокую прочность соединения, близкую к прочности основного материала, и в этом отношении превосходит сварку с применением газовых теплоноси­ телей. При серийном и массовом производстве этот способ сварки может быть легко механизирован и автоматизирован.

В настоящее время освоена высокопроизводительная сварка пластических масс т. в. ч., создаются первые установки и осваивает­ ся весьма прогрессивная технология ультразвуковой сварки. Все это, несомненно, позволит расширить номенклатуру сварных дета­ лей и изделий из термопластических масс.

ПРИМЕНЕНИЕ КЛЕЯ ПРИ РЕМОНТЕ МАШ ИН

В машиностроении склеивание применяется для самых различ­ ных целей: нанесения защитных, облицовочных покрытий, изготов­ ления элементов трубопроводов, деталей и целых конструкций. Особенно большое применение нашел клей при сборке деталей, где склеивание во многих случаях вытеснило другие способы соедине­ ния, в частности сварку. В сравнении со сваркой склеивание яв­ ляется значительно более простой операцией. Поэтому при выборе способа соединения во всех случаях, когда склеивание оказывается возможным и удовлетворяет эксплуатационным требованиям, ему отдается предпочтение.

При соединении деталей склеиванием снижается трудоемкость выполнения соединения, обеспечивается надежная герметичность и прочность, появляется возможность последующей разборки без повреждения деталей.

Основными требованиями, предъявляемыми к клеевым соедине­ ниям, обычно являются: высокая механическая прочность при раз­ личных условиях эксплуатации, в частности при длительном на­ гружении, достаточная стойкость к действию переменных темпе­ ратур, влагостойкость и др. При склеивании неметаллических материалов с металлами в целях предупреждения возможностей коррозии клеевого соединения должна учитываться также и хими­ ческая активность клея по отношению к основному материалу.

В настоящее время разработано много клеев, которые с успехом применяются при склеивании различных материалов. Основные

Для получения качественного склеивания очень важное значе­ ние имеет подготовка поверхности склеиваемых материалов з месте соединения. В некоторых случаях без соответствующей под­ готовки или обработки поверхности материалов склеивание их ока­ зывается вообще невозможным.

Применяются три способа подготовки поверхности склеиваемых материалов: химический, физический и механический.

102

Таблица 15

Основные марки клеев и технологические режимы склеивания [33]

Химический способ заключается в обработке поверхностей в ван­ нах специального состава и применяется при склеивании фторо­ пластов, полиэтилена и других инертных полимеров. После хими­ ческой обработки, вызывающей химическую модификацию поверх­ ностного слоя полимера, он приобретает высокие адгезионные свойства. В результате прочность клеевого соединения часто пре­ восходит прочность самого материала.

Физический способ предусматривает нанесение подслоев из других клеев или их компонентов на поверхности деталей или из­ делий, подлежащих склеиванию, а также предварительное при­ клеивание хлопчатобумажных, капроновых или других тканей, по­ вышающих прочность клеевого соединения.

103

При механическом способе подготовку поверхности осуществ­ ляют гидропескоструйной или дробеструйной обработкой, обра­ боткой кордоленточными кругами, наждачной бумагой. Такая обработка увеличивает шероховатость поверхности и повышает склеивающую способность материалов.

При выборе клея в каждом конкретном случае необходимо так­ же решать вопрос о наиболее целесообразном способе подготовки поверхностей склеивания.

Рекомендуемые клеи для склеивания некоторых неметалличе­ ских материалов и рабочие температуры, соответствующие приро­ де этих материалов, приведены в табл. 16.

При ремонте или сборке металлических деталей чаще всего при­ меняют карбинольный клей или клеи типа БФ.

Карбинольный клей является весьма универсальным, так как, кроме стали, чугуна, алюминия, им можно склеивать пластмассы, резину, ткани и другие материалы. Карбинольный клей характе­ ризуют следующие данные: допустимое напряжение на сжатие

1000 кГ/см2, на растяжение 130—260 кГ/см2, на срез 130— 200 кГ/см2, причем прочность клеевого шва не нарушается при изменении температур в интервале от —60 до +70° С.

Заметное снижение прочности клеевого соединения начинается при температуре 70° С и выше. При нагреве до 200° С склеенные детали или части машин разъединяются, что используется при не­ обходимости замены изношенных или поломанных деталей. Кроме высокой механической прочности, соединения, полученные с помо­ щью карбинольного клея, обладают герметичностью, влагостой­ костью и сравнительно высокой теплостойкостью, что обусловливает его широкое применение.

Приготовление карбинольного клея производится непосредст­ венно перед склеиванием. Для этого в прозрачный карбинольный сироп добавляют в порошкообразном виде определенное количе­ ство (2—3% от веса сиропа) перекиси бензоила, а после того, как порошок перекиси бензоила полностью растворится и сироп вновь

и другие порошкообразные материалы.

Как и в других случаях, при склеивании карбинольным клеем поверхности склеиваемых деталей должны быть тщательно очи­ щены механическим или химическим способом.

При химическом способе очистка поверхностей производится обработкой их спиртом или ацетоном. После подготовки на склеи­ ваемые поверхности наносят тонкий и равномерный слой клея, после чего соединяемые части плотно прижимают друг к другу до за­ твердевания клея и образования клеевого соединения. При ком­ натной температуре затвердевание клея происходит медленно и длится 20—50 ч и более. Ускорить процесс затвердевания можно, поместив детали в термический шкаф. При температуре 50—60° С время затвердевания сокращается до 4—5 ч.

104

Таблица 16

Рекомендуемые клеи для склеивания неметаллических материаллов и рабочие температуры в °С, соответствующие природе этих материалов [33]

П р и м е ч а н и е . Звездочкой (*) обозначены материалы, склеивание которых возможно только при условииЧйработанной поверхности.

Клеи типа БФ представляют собой спиртовый раствор модифицированных смол. Наибольшее применение в ремонтной практике нашли клеи марок БФ-2 и БФ-4.

При ремонте и модернизации машин карбинольный клей, клеи типа БФ и другие применяют при постановке пальцев, втулок, ру­ кояток, взамен прессовых посадок, при установке шариковых и ро­ ликовых подшипников и др. Применяют эти клеи также для вос­

изготовлении трубопроводов из поливинилхлорида [31]. Испытания таких трубопроводов показали, что склеивание обеспечивает полу­ чение более прочных раструбных соединений, чем сварка. При сты­ ковых соединениях, когда контакт деталей происходит по сравни­ тельно небольшой площади, наоборот, применение сварки дает

Все клеи указанных марок состоят из материала PC (перхлор­ винил) и растворителей, в качестве которых применяются метиленхлорид, дихлорэтан, ацетон и циклогексанон. Цифры в приведенных марках клеев указывают на процентное содержание растворенного клеевого материала PC; остальное составляет растворитель. Так, клей марки РС-Д-13 состоит из 13% клеевого материала PC и 87%' дихлорэтана.

Растворители (кроме циклогексанона) имеют низкую темпера­ туру кипения, в результате они легко испаряются, а клей загусте­ вает. Поэтому клей, а также растворители должны храниться в герметически закрытых сосудах из оцинкованной жести в про­ хладном помещении. Если клей загустеет, то для получения необ­ ходимой консистенции его можно разбавить с помощью раствори­ теля, входящего в его состав.

При очистке и подготовке соединяемых поверхностей необхо­ димо следить, чтобы они были подогнаны и хорошо прилегали друг к другу; в противном случае резко снижается качество (прочность) клеевого соединения.

Раструбные клеевые соединения выполняют в следующей последовательности:

1. Соединяемые поверхности зачищают наждачной бумагой или напильником и смачивают растворителем, который окончательно очищает их от загрязнений и жира.

2.С помощью кисти на подготовленные поверхности наносят тонкий слой клея.

3.После нанесения клея трубу немедленно вставляют в раструб без проворачивания, так как в противном случае могут образовы­ ваться пустоты.

Ж

Аналогичным образом производится склеивание листов, приклеи­ вание и склеивание пленок и пр. Клей следует наносить на обе соединяемые поверхности равным, тонким слоем, а после соедине­ ния обе части изделия прижимать друг к другу с помощью груза или специальных приспособлений.

На заводе «Мифа» (ГДР) при изготовлении рам велосипедов применяют новый способ соединения деталей, существенно отли­ чающийся от обычных способов склеивания. Пластмассу в горячем состоянии запрессовывают в кольцевой зазор между сопрягаемы­ ми деталями. После затвердевания пластмассы достигается проч­ ное соединение, которое по сравнению с ранее применявшейся свар­ кой и пайкой, отличается меньшей трудоемкостью и отсутствием дефектов в виде трещин и непроваров.

Исследования, проведенные в МВТУ им. Баумана, показали, что для сборки металлических деталей могут быть с успехом исполь­ зованы эпоксидные смолы [34].

При разработке технологического процесса сборки с примене­ нием эпоксидных смол рекомендуется следующая последователь­ ность выполнения операций:

1.Подготовить сопрягаемые поверхности (очистить их от загрязнений, следов окалины, коррозии и обезжирить ацетоном).

2.Подготовить смолу (ввести в нее отвердитель и при необхо­ димости — наполнитель).

3.Нанести смолу на сопрягаемые поверхности и произвести

сборку.

4. "Поместить собранные узлы в печь и произвести термическую обработку, т. е. нагреть и выдержать определенное время.

С помощью эпоксидных смол можно склеивать не только ме­ таллы, но и другие материалы, например каучук с металлом, кау­ чук с пластмассой и др.

В тех случаях, когда размеры соединяемых деталей или мате­ риал, из которого они изготовлены, не допускают применения по­ вышенных температур для горячего отверждения клеевого соеди­ нения, применяют клеи на основе смолы ЭД-6 и ЭД-5 холодного отверждения.

В клеях холодного отверждения в качестве отверждающего вещества применяют полиэтиленполиамин или гексаметилендиамин. При получении клея холодного отверждения смолы ЭД-6 и ЭД-5 разогревают до 60—80° С, после чего расплавленный гексаметилен-

.диамин быстро заливают в смолу и тщательно перемешивают. Если в качестве отвердителя используют полиэтиленполиамин, то его вводят непосредственно в смолу в соотношении 5—6 вес. ч. отвер­ дителя на 100 вес. ч. смолы.

Для получения клеевых швов повышенной прочности предпоч­ тительно употребление клея горячего отверждения с применением в качестве отвердителя малеинового ангидрида.

Клеи на основе эпоксидных смол применяют для соединений ответственных конструкций. В авиационной промышленности США,

107

например, применяют подобный клей под названием «Эпон УШ». Этот клей обеспечивает весьма высокую прочность склеивания как металлов, так и пластмасс. Ниже приведены данные о средней прочности склеивания различных материалов клеем «Эпон УШ» [2].

Следует иметь в виду, что использование эпоксидных смол в ка­ честве клеевого материала далеко не исчерпывает область их при­ менения.

Эпоксидные смолы нашли весьма широкое применение для различных целей: при производстве слоистых материалов, в част­ ности стеклотекстолитов, обладающих высокой механической прочностью, для нанесения поверхностных покрытий, при изготов­ лении литых изделий, цементов, мастик, компаундов и др.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускают­ ся эпоксидные смолы марок ЭД-5, ЭД-6, ЭД-13 и ЭД-15. Свойства эпоксидных смол в значительной степени зависят от вида отверж­ дающего вещества.

В качестве примера в табл. 17 приведены некоторые характе­ ристики отвержденной эпоксидной смолы марки ЭД-6 с различными отвердителями.

108

Одним из направлений рационального использования эпоксид­ ных смол при ремонте машин является заделка трещин и раковин, а также выравнивание вмятин и неровностей с помощью мастик на основе эпоксидной смолы ЭД-6. При этом повышается качество и сокращаются сроки ремонта многих деталей, а также достигает­ ся экономия цветных металлов, используемых в качестве припоев. Мастику обычно приготовляют непосредственно перед выполнением ремонтных работ из различных компонентов.

Ниже приведены два наиболее распространенных варианта ре­ цептуры мастики холодного отверждения:

При изготовлении мастики компоненты смешиваются в той по­ следовательности, которая указана в рецептуре.

В предварительно нагретую до 60—80° С смолу вводят дибу­ тилфталат и тщательно перемешивают. В полученную смесь вводят при непрерывном помешивании наполнитель — сажу или слюдяную пыль. При отсутствии слюдяная пыль может быть заменена квар­ цевой мукой или другим подобным наполнителем. После ввода наполнителя смесь продолжают перемешивать не менее 5 мин и ох­ лаждают до комнатной температуры.

Полученная трехкомпонентная смесь в закупоренной таре может храниться неограниченно долгое время. Мастику приготовляют не­ посредственно перед выполнением ремонтных работ, для чего

всмесь добавляют полиэтиленполиамин в количестве, указанном

врецептуре, тщательно размешивают и сразу же применяют по

назначению.

Если мастика должна храниться свыше 20 мин и не терять год­ ность в течение 1 ч, то ее необходимо охладить до температуры не выше 5° С. При более низкой температуре (около 0° С) мастика может сохранять свою годность до 8 ч, после чего вязкость ее воз­ растает и она становится не пригодной для использования.

Перед нанесением мастики поверхность детали должна быть механическим или химческим способом очищена от коррозии и обез­ жирена с помощью ацетона, дихлорэтана или другого растворите­ ля. Так как эпоксидные смолы при попадании на кожу вызывают

109