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

В плоских деталях, не имеющих ребер жесткости (фиг. 28, а)\ обычно возникают значительные деформации в процессе изготов­ ления (после ее охлаждения). Более правильной будет в данном случае конструкция, предусматривающая ребра жесткости, повы­ шающие жесткость и прочность детали (фиг. 28,6).

Фиг. 28. Примеры оформления ребер жесткости и закруглений у прессованных и литых пластмассовых деталей.

На фиг. 28, в показана неправильная конструкция детали с чрез­ мерно массивными рёбрами жесткости без закруглений углов и ко­ нусности. Правильная конструкция этой детали изображена на фиг. 28, г.

Оформление краев. Края пластмассовых полых деталей по сравне­ нию со стенками должны иметь небольшое утолщение, что повы-

60

Конусность, уклоны и поднутрения. При конструировании дета­ лей, получаемых прессованием или литьем под давлением, необхо­ димо предусматривать конусность и уклон формы наружных и внутренних стенок (фиг. 30). Наличие такой конусности и укло­ нов обеспечивает быстрое удаление детали из пресс-формы без

ееповреждения.

Унекоторых деталей, например втулок-подшипников, уклоны,

особенно по отверстию, нежелательны, поэтому в таких случаях их делают минимальными в пределах 1 : 100. Когда величина уклона

Неправильно Правильно

1

не лимитируется, его следует назначать возможно большим. При наличии поднутрений, т. е. конусности в направлении, обратном извлечению детали после отливки или прессования, требуется применение разъемных пресс-форм, что естественно нежелательно и должно учитываться при конструировании пластмассовых де­ талей.

Оформление отверстий и резьбы. Отверстия в пластмассовых де­ талях можно получать различными способами. Если глубина отверстия не превышает 2,5—3 диаметров и допускает конусность в пределах 1 : 50, то отверстие может быть непосредственно полу­ чено при литье под давлением или при прессовании за счет металли­ ческого стержня-знака (фиг. 31, а). Если же длина отверстия пре­ вышает указанные размеры или требуется повышенная его точ­ ность, то в таких случаях оформляющий стержень обычно делают ступенчатым, а отверстие в дальнейшем рассверливают на станке

(фиг. 31,6).

Возможно получение более глубоких отверстий за счет приме­ нения двух стержней, устанавливаемых в пресс-форме с двух сто­ рон. Однако это мероприятие может значительно усложнить изго­ товление самой пресс-формы. В некоторых случаях, особенно при небольшой партии одинаковых деталей, отверстия получают путем

образования трещин. Резьбу диаметром до 3 мм можно получать

61

непосредственно при изготовлении пластмассовой детали за счет резьбовых знаков (резьбового стержня для внутренней и кольца — для наружной резьбы). Резьбы меньшего диаметра обычно полу­ чают только механической обработкой, так как металлические знаки получаются недостаточно прочными.

При оформлении внутренней и наружной резьбы необходимо предусматривать выточки для сбега резьбы, которые предотвра­

массовых деталях показаны на фиг. 33. Во избежание образова­ ния трещин в местах закрепления плоской арматуры толщина ее должна быть минимальной (с учетом, разумеется, ее назначения и необходимой прочности). ’

Соединительная арматура, т. е. арматура, служащая для соеди­ нения пластмассовых деталей с другими деталями, имеет вид стальных резьбовых втулок или резьбовых стержней (фиг. 34). Для прочного соединения с пластмассой армирующие стержни и втулки имеют выточки и накатку.

При изготовлении деталей из поликапролактама способом ли­ тья под давлением можно применять более простой способ закреп­ ления арматуры с помощью нескольких отверстий, которые сверлятся в той части стальной втулки или стержня, которая заливается пластмассой.

Поликапролактам имеет свойство хорошо проникать в такие отверстия; в результате образуется прочное соединение, гаран­ тирующее от продольного и кругового смещения арматуры. При

62

Фиг. 34. Схема оформления арматуры с внутренней и на­ ружной резьбой.

Фиг. 35. Примеры оформления арматуры.

63

конструировании армированных пластмассовых деталей необходи­ мо также учитывать, что сечение металлической арматуры должно быть меньше сечения собственно пластмассовой детали (фиг. 35, а). В противном случае возникает опасность образования трещин в местах соединения арматуры с деталью. Для предотвращения образования вздутий и пузырей арматуру не следует располагать близко к поверхности или краю детали (фиг. 35, б). Расстояние от края арматуры до поверхности детали должно быть не менее

2,5—3 мм.

Если пластмассовая деталь армирована металлической втул­ кой, то вследствие уменьшения диаметра при усадке она может выпасть. Поэтому в таких случаях необходимо предусматривать кольцевые выточки, обеспечивающие фиксацию пластмассовой де­ тали в арматуре (фиг. 35, в).

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЛАСТМАСС ПРИ РЕМОНТЕ И МОДЕРНИЗАЦИИ

МАШИН

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАСТМАССОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ РЕМОНТЕ

И МОДЕРНИЗАЦИИ МАШИН

Применение пластмасс при ремонте и модернизации машин дает возможность успешно решать целый ряд технико-экономиче­ ских задач, связанных с уменьшением веса, повышением эксплу­ атационных качеств машин, экономии цветных металлов и других материалов и т. д. Можно привести много примеров, свидетель­ ствующих о прогрессивной роли пластмасс в усовершенствовании машин, продлении сроков их службы, снижении себестоимости ре­ монта и эксплуатации. Большой экономический эффект, например, дает применение полиамидов, стеклопластиков и других пласт­ масс при ремонте и модернизации автомобилей [14, 16]. Так, если себестоимость корпуса габаритного фонаря автобуса ПАЗ-651 из цветного сплава составляет 1 р. 42 к. *, то из отходов капрона — 85 коп.; соответственно себестоимость корпуса клапана вентиляции

автомобилей на 1-м Киевском авторемонтном заводе общий эко­ номический эффект составил около 100 тыс. руб. в год. Кроме то­ го, достигнута экономия 100—120 т черных и 3—4 т цветных спла­ вов [14].

Проведенные испытания в эксплуатационных условиях ряда автомобильных деталей из капрона (шестерня спидометра, втулка вала сошки руля, подшипник вала руля, крыльчатка водяного на­ соса и др.) показали их хорошие качества. Так, рессорные втулки

* Здесь и ниже денежные суммы приведены в новом масштабе цен.

64

из капрона, работая в тяжелых условиях без смазки, в среднем проходят 20—25 тыс. км, а со смазкой даже 40—55 тыс. км. Об­ щеизвестны также большие перспективы и экономические выгоды применения стеклопластиков для изготовления цельных кузовов автомашин, корпусов мелких судов и других крупногабаритных изделий. Этот материал позволяет получать крупные детали и из­ делия за одну операцию, причем не только изготовление, но и ре­ монт этих деталей и изделий значительно проще и дешевле, чем металлических.

Высокие технологические свойства большинства пластмасс дают возможность изготовлять многие детали машин высокопро­ изводительными способами с достаточной точностью и высокой чи­ стотой поверхностей без последующей обработки. Это обеспечивает

и их обработку в среднем на 500—600 руб. [22].

При замене металлических деталей пластмассовыми достигают­ ся следующие экономические преимущества: вес деталей умень­ шается в 2,5—6 раз, себестоимость их снижается в 3—6 раз, тру­ доемкость изготовления в 3—8 раз, а количество технологических операций в 5—10 раз [22].

Весьма важным в экономическом отношении является то об­ стоятельство, что затраты на производство пластмасс значительно меньше, нежели для производства такого же количества металлов и особенно цветных сплавов. Расчеты показывают, что капитало­ вложения для производства пластмасс в 3—6 раз ниже, чем в цвет­ ной металлургии [22]. Так, например, если капитальные затраты, связанные производством 1 т алюминия, составляют около 2 тыс. руб., меди — 2,6 тыс. руб., то полихлорвинила — 450 руб., а по­ листирола всего 150 руб.

В связи с чрезвычайно быстрыми темпами роста производства синтетических материалов стоимость их, безусловно, будет систе­ матически снижаться, а экономическая эффективность соответ­ ственно повышаться. Но и при существующих условиях вследствие малого удельного веса и небольшого расхода на единицу изделия применение пластмасс во многих случаях экономически более це­ лесообразно, чем металлов и других материалов. Большое значе­ ние при этом, конечно, имеет массовость производства деталей и степень его механизации. Поэтому для того, чтобы получить наи­ больший экономический эффект от внедрения пластмасс, необхо­ димо в первую очередь подбирать такие детали, которые требуются в значительных количествах, и изготовляются из цветных сплавов.

При ремонте и модернизации машин, как правило, требуются небольшие партии деталей одного типоразмера. В этих условиях приходится ориентироваться на применение более дешевого обо­ рудования (автоклавов, шприц-прессов и др.) и более простых

и доступных способов переработки, требующих минимальных до­ полнительных затрат: литье под давлением с использованием более простых (одноместных) или литых пресс-форм, сварка, склеива­ ние, горячая накатка, механическая обработка и др. Технология получения пластмассовых деталей этими способами будет рас­

смотрена ниже.

Конечно, там, где это возможно, необходимо стремиться к централизации производства пластмассовых деталей, сосредоточив его на одном из отраслевых заводов данного административного района. Это даст возможность увеличить количество однотипных деталей и извлечь при их изготовлении все. те технико-экономиче­ ские преимущества, которые вытекают из серийного и массового производства.

При изготовлении деталей из капрона необходимо учитывать, что стоимость его отходов примерно в два раза меньше стоимости капрона-крошки. Поэтому более ответственные (силовые) детали

изготовлении их в условиях судоремонтного завода с применением пресс-форм средней сложности.

Таблица И

Сравнительные данные о себестоимости некоторых капроновых деталей судовых машин и механизмов

6 6

При изготовлении этих деталей в количестве, потребном для судоремонтного завода, достигается годовая экономия около 40 тыс. руб. (с учетом затрат на изготовление пресс-форм). Одно­ временно экономится 12,5 т цветных металлов и сплавов (бронза, латунь, дюралюминий).

Указанная в табл. 11 номенклатура деталей является предва­ рительной, рассчитанной на первый этап внедрения новой техно­ логии (освоение) и далеко не исчерпывает возможности примене­ ния капрона и других синтетических материалов для изготовления судовых деталей.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОЛИКАПРОЛАКТАМА СПОСОБОМ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Технологический процесс. Литье под давлением — наиболее рас­ пространенный способ переработки полиамидов, в частности поли­ капролактама (капрона), в детали и изделия.

Для получения качественных деталей из поликапролактама способом литья под давлением необходимо учитывать, что техно-

67

логические свойства этого полиамида имеют ряд особенностей: по­ вышенную гигроскопичность исходного сырья, узкий температур­ ный интервал плавления, склонность к окислению кислородом и

.деструкции молекул при повышенных температурах, выдержке в расплавленном состоянии. Кроме того, качество и свойства дета­ лей в большой степени зависят от условий их литья (температуры пресс-форм, давления и др.) и вида исходного материала (капронкрошка, отходы капрона). Все эти особенности необходимо учиты­ вать при производстве деталей из капрона.

Технологический процесс изготовления деталей можно в из­ вестной степени менять в зависимости от характера оборудования и вида исходного сырья. Однако при всех обстоятельствах он со­

прона заключается в сортировке, размельчении, обезжиривании и

ёушке.

Поступающее на переработку сырье обычно состоит из различ­ ных по величине и форме отходов, которые сортируют на слитки, полотно и волокно с одновременной чисткой их от посторонних примесей. После сортировки слитки дробят, а полотно и нити ре­ жут на куски размером не более 30 мм.

Размеры гранул влияют на качество литья, поэтому при раз­ мельчении отходов следует добиваться более мелких и однород­ ных по размерам гранул капрона.

Если отходы значительно загрязнены, их обезжиривают кипя­ чением в воде с примесью 5% бикарбоната натрия или 5 см3/л сма­ чивающего вещества ОП-6. После тщательной промывки горячей водой (50—60° С) отходы поступают на сушку. Если сырьем яв­ ляется капрон-крошка (первичный капрон), то он сразу поступает на сушку.

Как уже отмечалось выше, для изготовления тонкостенных резьбовых деталей или деталей, работающих на истирание и удар­ ную нагрузку, в качестве сырья необходимо применять только капрон-крошку. Для неответственных деталей используются все виды отходов капрона, а также литники и бракованные деталд, количество которых, однако, не должно превышать более 20% от загрузки.

При наличии влаги в исходном сырье вследствие образования внутренних раковин резко снижается прочность деталей. Кроме того, при нагреве и плавлении полиамидов, содержащих значи­ тельное количество влаги, происходит их деструкция с образова­

68

под вакуумом, позволяющим повысить температуру в сушильном шкафу. Так, при вакууме 750 мм рт. ст. процесс сушки можно про­

этом оборудования. При всех обстоятельствах температура нагрева капроновой массы не должна превышать 250—270°, а время пре­ бывания ее в нагревательном цилиндре установки должно быть возможно меньшим. Вместе с тем расплавленная масса должна иметь возможно меньшую вязкость, обеспечивающую хорошее заполнение пресс-форм.

Для получения качественного литья необходимо применять более рациональные конструкции нагревательных цилиндров. В частности, желательно увеличивать поверхность нагрева при сохранении его объема и обеспечивать более равномерный про­ грев массы по всему сечению.

При использовании в качестве литьевой установки автоклава технологический процесс литья состоит из следующих основных операций:

1. Собрать пресс-форму, подогреть ее до 50—70° С или оставить холодной в зависимости от того, какую структуру полимера же­ лательно получить — кристаллическую или аморфную.

2.Установить пресс-форму на стол автоклава под штуцер вы­ пускного крана и прижать винтом.

3.Заполнить пресс-форму капроном и выдержать 20—30 сек под давлением. Температура расплавленного капрона 240—260°С, давление 8—20 кГ/см2 в зависимости от размеров и толщины сте­ нок отливки (чем сложнее форма и тоньше стенки отливки, тем

выше должно быть давление).

Т е р м и ч е с к а я о б р а б о т к а о т л и т ы х д е т а л е й . Полу­ ченные после отливки детали подвергают термической обработке, характер и режимы которой зависят от требуемой структуры и назначения деталей. Обычно в заводской практике применяют нормализацию— кипячение в воде в течение 1—4 ч и более. Время кипячения зависит от толщины стенок детали. Так, при толщине стенок до 2 мм время кипячения составляет 1 —1,5 ч, при 3 мм —

3 ч и т. д.

В процессе нормализации в деталях могут возникать трещины, поэтому нагрев и охлаждение их следует производить медленно (вместе с ванной). Особенно тщательно это требование необходи­ мо соблюдать при нормализации деталей, армированных металли­ ческими вставками, так как вследствие различия коэффициентов

69