Восстановление деталей эпоксидными композициями. Технология

При восстановлении деталей ста­ли применять новый класс материа­лов — полимеры, в том числе эпо­ксидные олигомеры. Эти материалы можно использовать и для восста­новления изношенных поверхностей корпусных деталей, особенно мест под подшипники качения. Устранение этого дефекта металлами (втулки, наплавка и т. д,) требует механиче­ской обработки нанесенного покры­тия, что предполагает применение УДК 629.113.004.67 : 678.5 специального и дорогостоящего обо­рудования. Восстановление посадоч­ных мест под подшипники эпоксид­ной композицией основано на том, что она обладает хорошей адгезией к различным металлам, а переход материала из вязкого состояния в твердое происходит в течение отно­сительно продолжительного проме­жутка времени, в течение которого возможно формирование слоя компо­зиции до требуемого размера, в результате чего в дальнейшем не тре­буется механическая обработка вос­становленной поверхности.

Однако эпоксидные композиции об­ладают более низким коэффициентом теплопроводности, чем чугун и сталь. В связи с этим возникает вопрос, в какой мере будет нарушен тепловой режим работы узла при таком спо­собе восстановления? Для получения ответа на этот вопрос были выпол­нены специальные исследования. За показатель, характеризующий тепло­вую проводимость клеевого соедине­ния, был принят температурный на­пор межконтактной клеевой про­слойки.

Результаты исследования при тем­пературном напоре, равном 6° С, и толщине клеевой прослойки 0,15 мм представлены на рис. 1.

Анализ экспериментальных данных позволяет сделать вывод, что толщи­на клеевой прослойки с температур­ным напором, эквивалентным темпе­ратурному напору сухого контакта, составляет для композиций, напол­ненных графитом и алюминиевой пуд­рой, 0,33—0,38 мм, а для композиций, наполненных молотой слюдой и нена­полненных, 0,13—0,15 мм.

Учитывая, что средний износ по­садочных гнезд под подшипники в корпусных деталях составляет 0,10— 0,15 мм, можно сделать вывод, что при восстановлении корпусных дета­лей эпоксидными композициями ме­тодом размерного калибрования теп­ловая проводимость сопряжения не снижается, а даже несколько увели­чивается по сравнению с сухим кон­тактом.

Сущность способа размерного вос­становления деталей заключается в том, что слой эпоксидной композиции, нанесенный на изношенную поверх­ность детали, после предварительно­го частичного отверждения калибру­ется специальным пуансоном (рис.2). Технологический процесс восстанов­ления прост и включает в себя сле­дующие операции: зачистка поверх­ности, обезжиривание поверхности ацетоном, приготовление композиции, нанесение слоя композиции шпате­лем (толщина 1—1,5 мм), частичное отверждение, смазка калибра маслом АКЗп-6, калибрование, окончатель­ное отверждение композиции, снятие заусенцев (наплывов), контроль ОТК (размер, шероховатость).

Данный способ особенно эффекти­вен при восстановлении деталей с небольшими по абсолютной величине износами (не более 0,30 мм). К та­ким деталям относятся картеры ко­робок передач, раздаточных коро­бок, ступицы колес, корпуса водяных насосов и т. д., которые приходят в негодность в связи с износами по­садочных мест под подшипники каче­ния.

dhdhudhndhnydhdhndh192

Рис. 1. Зависимость температурного напора от толщины клеевой прослой­ки для композиции:

(1) К-115-120 + 1% ВРз 4-молотая слю­да — 60; (2) К-115-120 Ч- 1% BF3 + гра­фит-60; (3) К-ШМ20 + 1% ВРз + алю­миниевая-пудра 40

Нами установлено, что на качест­во поверхности покрытия после ка­либрования первостепенное влияние оказывают тип наполнителя и режим калибрования. Среди наполнителей (графит с размером частиц 180 мкм, чугунный порошок — 90 мкм, алюми­ниевая пудра — 35 мкм, молотая слю­да — 25 мкм, тальк — 30 мкм) лучшую чистоту поверхности дают мо­лотая слюда и тальк (по 60 вес. ч. на 100 вес. ч. смолы ЭД-5 %ЭД-20/), а худшую — чугунный порошок и гра­фит.

dhdhudhndhnydhdhndh193

Рис. 2. Схема технологических операций при размерном восстановлении де­талей: а) очистка изношенного отверстия и обезжиривание; б) нанесение слоя компо­зиции шпателем и частичное отверждение ее; в) калибрование; г) окончатель­ное отверждение композиции и контроль ОТК

Усилие, которое необходимо при­ложить к калибру, зависит от вре­мени выдержки детали с нанесенной на ее поверхность композицией. При восстановлении деталей эпоксидными композициями важны два момента: момент начала резкого увеличения прочности, который характеризует наиболее удобное время для форми­рования слоя композиции, и момент достижения наибольшей прочности соединения, который практически можно принять за окончание отверждения и передачи восстановленных деталей для последующей обработки или сборки, т. е. это время техноло­гического отверждения. На рис. 3 период калибрования показан за­штрихованной областью.

Преждевременное воздействие на слой неотвержденной композиции приводит к ухудшению чистоты по­верхности и искажению формы и размера детали в результате текучести покрытия. При высоких усили­ях калибрования, возникающих в результате резкого нарастания вяз­кости, наблюдается разрушение слоя композиции, особенно при выходе пуансона. В связи с этим важно определять оптимальное время калиб­рования. Экспериментально установ­ленное время калибрования для раз­личных композиций, найденное мето­дом построения кинетических кривых отверждения, на наш взгляд, не мо­жет служить стабильной характери­стикой технологического процесса ка­либрования. Дело в том, что момент начала резкого увеличения прочности зависит от многих факторов (точно­сти дозировки компонентов, особен­но отвердителя; качества перемеши­вания композиции; срока хранения и т. д.). Особенно сильное влияние на скорость отверждения оказывает температура окружающей среды. В качестве критерия для определения оптимального момента калибрования предлагается вязкость (функция вре­мени отверждения), которая харак­теризует сопротивление композиции сдвигу (рис. 4).

dhdhudhndhnydhdhndh194

Рис. з. Зависимость прочности соеди­нения от времени отверждения ком­позиции:

to — время начала отверждения; *схв — время начала резкого нарастания прочности; *техн — время технологи­ческого отверждения

Таблица 2 Режимы калибрования

Состав композиции

Время, ч

Время калибро­вания, ч

Продолжитель­ность отвержде­ния после кали­брования, ч

начала увеличе­ния проч­ности

оконча­ния от­вержде­ния

при 20° С

При 60° С

Эпоксидный компаунд К-115, отвердитель ПЭПА, наполнитель

6

16

5,5-6,5

10

2

Эпоксидный компаунд К-115, отвердитель АФ-2, наполнитель

2

8

2-2,4

5

1,5

Таблица 3 Составы эпоксидных композиций

Компоненты композиции и их количество, весовых частей

компаунд

отвердитель

наполнитель

К-115

ПЭГТА

АФ-2

стальной порошок

графит

молотая слюда

алюминиевая

пудра

120

30

70

120

_

30

_

_

60

_

12С

12

100

20

_

120

30

100

20

_

_

120

30

45

dhdhudhndhnydhdhndh195

Рис. 4. Зависимость усилия калибрования и логарифма вязкости эпоксидной композиции от времени отверждения при 20° С: V 1 — V 8 — чистота поверхности детали после калибрования; V d — отклонение размера детали после калибрования от размера пуансона

Для восстановления деталей при­годны как эпоксидные составы, отверждаемые полиэтиленполиамином, так и в особенности составы, отверждаемые новым отвердителем АФ-2 (ТУ № 264-70), представляющим со­бой ароматический амин, способный отверждать эпоксидные композиции при температурах, близких нулю.

Вместо смол ЭД-5 и ЭД-6 (по но­вому ГОСТ 10587—72 ЭД-20 и ЭД-16), пластифицированных дибутилфталатом, более целесообразно использовать готовые компаунды (смесь эпоксидной смолы с пласти­фикатором), приготовленные центра­лизованно на заводах химической промышленности. Наиболее пригод­ным будет эпоксидный компаунд КП5 (СТУ —30-14148-63).

Режим калибрования изношенных отверстий представлен в табл. 2.

Таким образом, для восстановле­ния посадочных мест подшипников качения в корпусных деталях (кар­теры коробок передач, раздаточных коробок, рулевого механизма, корпус водяного насоса, ступицы колес, крышки распределительных шестерен двигателя, крышки картера редукто­ра главной передачи и др.) можно рекомендовать составы композиций, представленные в табл. 3.