Курсовая работа: Проектирование технологии ремонта гидроцилиндров с использованием полимерных материалов

Операционная карта ремонта

Деталь: Шток У 4560.096.230

Материал: Сталь 45 ГОСТ 1050-74

Твердость:        HB 240

3. Стенд для разборки и сборки гидроцилиндров.

3.1. Назначение и область применения стенда.

3.3. Устройство и работа стенда.

3.4. Расчет гидропривода механизма вытягивания-установки штока.

3.5. Электрическая схема стенда.

3.6. Расчеты на прочность  и работоспособность

Определение диаметра гидравлических трубопроводов.

Расчет диаметра пальца

Расчет проушины на прочность

Расчет диаметра формующего стержня

Определение диаметра формующего стержня при помощи ЭВМ

Расчет толщины стенок формующего стержня

3.7. Разработка технологической оснастки.

4.1. Выбор способа нанесения полимерного покрытия.

В настоящее время известно несколько способов нанесения полимерных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности, в частности:

1. Центробежный.

2. Нанесение покрытий в “кипящем слое”.

3. Электростатический метод напыления полимеров.

4. Футеровка цилиндров путем запрессовки тонкостенных полимерных втулок с  последующей механической обработкой.

5. Газопламенное напыление.

Для изготовления металлопластмассовых цилиндров наиболее пригодны центробежный способ и способ запрессовки полимерных втулок в металлические корпуса с последующей механической обработкой. Однако оба способа имеют существенные недостатки. Так, например, при центробежном способе трудно обеспечить высокую точность внутреннего диаметра цилиндра, низка производительность, высока энергоемкость процесса и др. Запрессовка тонкостенных втулок с последующим растачиванием нерациональна вследствие большой трудоемкости.

В настоящее время наиболее приемлемым способом нанесения полимерного покрытия является способ получения полимерных покрытий путем отверждения полимерных композиций в щелевом зазоре.

Способ нанесения полимерного покрытия на внутренние поверхности цилиндра состоит в заполнении жидкой полимерной композицией (с последующим ее отверждением) щелевого зазора между покрываемой поверхностью, соответственно подготовленной для обеспечения хорошей адгезии покрытия, и поверхностью формующего элемента, имеющей высокую чистоту и обработанной с целью исключения к ней адгезии полимера.

Сущность рассматриваемого способа заключается в следующем (рис.4.1.). Металлический цилиндр 3, подлежащий облицовке пластмассой, устанавливается на основании 4. Концентрично цилиндру здесь же укрепляется центральный формующий стержень 2, имеющий диаметр несколько меньший, чем размер внутреннего диаметра цилиндра. Для создания дополнительного объема пластмассы с целью компенсации усадки на цилиндре имеется накладное кольцо 1. Кольцевой зазор 5 между внутренней поверхностью цилиндра и наружной поверхностью стержня, определяющий толщину слоя покрытия 1-5 мм, заполняется пластмассой. Для ограничений наносимого покрытия по высоте и уплотнения его используется подпрессовочное кольцо 6, которое на некоторой стадии полимеризации пластмассы устанавливается между стержнем и накладным кольцом. Под действием необходимого усилия подпрессовочное кольцо, скользя по стержню, осаживается до уровня цилиндра. При этом избыток массы выдавливается в зазор между наружной  поверхностью подпрессовочного кольца и внутренней поверхностью накладного кольца.

После отверждения пластмассы приспособление разбирают. Механическая обработка цилиндра с нанесенным слоем покрытия сводится к снятию фасок.

Применение способа обеспечивает высокую чистоту внутренних поверхностей металлопластмассовых цилиндров, точность размеров внутренних диаметров цилиндров, более высокую производительность и экономичность изготовления металлопластмассовых цилиндров по сравнению с центробежным способом нанесения полимерного покрытия.

4.2. Выбор полимерной композиции.

Для нанесения полимерного покрытия на внутренние поверхности цилиндров способом свободной заливки полимерной композиции в щелевой зазор с последующим отверждением удобны холоднотвердеющие пластмассы.

Исследовались композиции на основе акриловых и эпоксидных смол. К акриловым пластмассам относятся бутакрил и

АСТ-Т. Акриловые пластмассы и пластмассы на основе эпоксидных смол коррозионностойки, имеют удовлетворительные механические характеристики, дают малую усадку, обладают малым влагопоглощением и хорошей адгезией (прилипанием) к металлам.

Для улучшения антифрикционных свойств исследуемых пластмасс использован серебристый графит ГОСТ 5279-61. Применение в качестве наполнителя порошкообразного графита снижает усадку пластмассы, что способствует повышению точности формования. Химическая стойкость покрытия при таком наполнителе также возрастает.

Испытания показали, что для составления графитовых композиций на основе акриловых смол оптимальным количеством графита следует считать 10 мас.ч., а для композиций на основе эпоксидных смол - 15 мас.ч. Такие композиции обладают достаточно высокой адгезией (прилипанием) к поверхности металлов, малой усадкой, высокими прочностными характеристиками, хорошими антифрикционными свойствами.

Экспериментально установлено, что для получения полимерных покрытий наилучшими являются композиции состава (мас.ч.):

а) бутакрил (порошок) - 100, бутакрил (жидкость) - 100, графит ГОСТ 5279-61-10;

б) АСТ-Т (порошок) -85, АСТ-Т (жидкость) - 85, графит ГОСТ 5279-61-10;

в) ЭД-20 - 100, пластификатор МГФ-9 - 15, графит (ГОСТ 5279-61) - 15, отвердитель - полиэтиленполиамин (ПЭПА) - 12 -15.

4.3. Точность цилиндров.

Внутренняя поверхность цилиндра, облицованного полимерной композицией, не подвергается механической обработке. Для получения требуемой точности цилиндров необходимо было установить факторы, влияющие на точность формования покрытия.

При нанесении полимерного покрытия на внутреннюю цилиндрическую поверхность формующим элементом служит стержень, устанавливаемый концентрично относительно поверхности. При отвердении полимерной композиции в щелевом зазоре ее усадка направлена по нормали к поверхности цилиндра. После отверждения  полимерной композиции внутренний диаметр футерованного цилиндра будет больше диаметра формующего стержня на величину

,                              (4.1.)

где  - усадка полимера в первые сутки после нанесения покрытия;

         - усадка за время .

Величина  не зависит от диаметра цилиндра, но прямо пропорциональна толщине слоя полимерного покрытия:

,                                          (4.2.)

где ky - коэффициент пропорциональности, выражающий несвободную усадку полимера;

        t - толщина слоя полимерного покрытия.

Величина ky равна сумме величин ky24 и ky, выражающих усадку через сутки после нанесения полимерного покрытия и усадку за время , т.е.

ky=ky24+ky.                                                          (4.3.)

Значения k для ряда полимерных композиций, применяемых с целью нанесения покрытия, приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Определение коэффициентов усадки.

Анализ данных измерений внутренних диаметров цилиндров с полимерными покрытиями показал, что рассеивание величины усадки подчиняется закону нормального распределения. Основные статистические характеристики, определяющие распределение исследуемых размеров - центр группирования  и среднее квадратическое отклонение , выражены следующими соотношениями:

,                                       (4.4.)

где ky - коэффициент пропорциональности, значения которого для ряда полимерных композиций приведены в табл. 4.1;

        t - толщина слоя полимерного покрытия;

,                                 (4.5.)

где ,  - верхняя и нижняя границы рассеивания величины усадки.

Границы рассеивания  также пропорциональны толщине полимерного покрытия, т.е.

,                                     (4.6.)

где ky2 - коэффициент пропорциональности;

        t - толщина слоя покрытия;

,                                     (4.7.)

где ky1 - коэффициент пропорциональности;

       t - толщина слоя покрытия.

Среднее квадратическое отклонение  выражается зависимостью

.                                      (4.8.)

Значения коэффициентов ky, ky1и ky2 для ряда композиций приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2.

4.4. Прочность адгезии и внутренние напряжения в полимерных покрытиях.

Надежность работы гидроцилиндров с полимерными покрытиями определяется главным образом прочностью адгезии пластмассы к поверхности металла, т.е. прочность адгезии должна быть значительно выше всех возможных внутренних напряжений, возникающих в полимерном покрытии. Это условие может быть представлено выражением

,                                      (4.9.)                                                                      

где  - величина прочности адгезии к поверхности металла;                  

        - суммарные напряжения в слое полимерного покрытия.

Напряжения, возникающие в слое полимерного покрытия, могут быть представлены выражением     

,                           (4.10.)

где     - усадочные напряжения, возникающие вследствие химической усадки полимера;

        - термические напряжения, возникающие вследствие разности коэффициентов линейного расширения металла и пластмассы при температурных перепадах;

          - рабочие напряжения, возникающие от давления рабочей среды.

Таким образом, при нанесении полимерного покрытия на поверхности цилиндров необходима количественная оценка прочности адгезии данного полимера к поверхности металла и всех возможных внутренних напряжений, возникающих в полимерном покрытии, действующих против сил адгезии. Это позволяет определить надежность соединения полимера с металлом и работоспособность металлопластмассового изделия в целом.

Прочность адгезии полимерных композиций на основе акриловых и эпоксидных смол к поверхности металлов определяли следующим образом.

Цилиндрические образцы, состоящие из двух половин, были склеены исследуемой полимерной композицией в специальной обойме, обеспечивающей их соосность. Склеенные образцы закрепляли в зажимах разрывной машины и разрушали клеевое соединение с фиксированием максимальной нагрузки. Для каждого варианта испытывали 50 склеенных образцов. Прочность адгезионного соединения определяли по формуле

,                                         (4.11.)

где   P - разрушающая нагрузка, Н;

        F - площадь образца, м2 .

Прочность адгезии композиций на основе пластмассы бутакрил к поверхности стали составляет 20 МПа, прочность адгезии композиции на основе пластмассы АСТ-Т - 19,3 МПа, прочность адгезии композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-20 - 18,6-23,0 МПа.

Как показали исследования, наибольшими по величине и соответственно наиболее опасными являются термические напряжения, возникающие вследствие разности коэффициентов линейного расширения полимера и металла. Такие напряжения могут быть определены расчетным путем по формуле

, МПа.                          (4.12.)

Здесь  - коэффициент линейного расширения полимера, 1/град;

            - то же металла, 1/град;

            Т - перепад температуры, К

             - модуль упругости полимера, Н/м2;

              - коэффициент Пуассона полимера;

,                                          (4.13.)

где Тс - температура склеивания полимера;

       Тр - рабочая температура.

Для композиций на основе акриловых пластмасс (бутакрила и АСТ-Т) были определены следующие необходимые физические характеристики:  1/град, Тс=70о С, ЕП  = 1,4*109 Н/м2,

Для композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-20 физические характеристики следующие:  1/град, Тс = 70о С, ЕП = 1,4*109 Н/м2,

Внутренние “замороженные” напряжения в полимерном покрытии при температуре 20о С составляют:

Гидроцилиндры с полимерными покрытиями по условиям работы могут находиться при температуре -60о С. Внутренние напряжения в полимерных покрытиях при этом будут составлять:

Надежность адгезионного соединения полимерного покрытия с металлом будет обеспечена при выполнении соотношения

                        (4.14.)

В случае применения композиций на основе акриловых и эпоксидных смол имеем следующие данные:

19,3 МПа + 7 МПа > 18,0 МПа;

18,6 МПа + 7 МПа > 18,0 МПа,

т.е. при температуре -60о С отслоения полимерного покрытия на основе акриловых или эпоксидных смол от поверхности металла не произойдет.

4.5. Промышленные испытания износостойкости гидроцилиндров с полимерными покрытиями.

Зависимость износа покрытия от времени наработки изделия (пути трения), представленная на рис.4.2., аппроксимируется уравнением

                          (4.15.)

где  - величина износа покрытия в исследуемый момент времени;

       - величина изменения диаметра цилиндра в режиме установившегося износа;

             - безразмерный коэффициент, выражающий интенсивность износа;

            L   - путь трения, м.

Значения исследуемых параметров следующие: при скорости 0,5 м/с  мм, - L*105 = 8-10 м.

Уравнение зависимости износа от времени наработки можно решить относительно пути трения и по допустимой величине износа цилиндра определить возможное время наработки.

 Опыт эксплуатации гидроцилиндров с полимерными покрытиями показывает, что износостойкость покрытия не уступает износостойкости металлических поверхностей, а износостойкость резиновых уплотнителей увеличивается в 7-10 раз.

5.1. Организация работ на участке.

Работа на участке может быть организована следующим образом. После мойки гидроцилиндры поступают на участок ремонта и испытания гидроцилиндров, где складываются в специальный контейнер для ожидания ремонта. Затем на стенде разборки, ремонта, сборки гидроцилиндры разбираются, проводится их дефектовка. В случае необходимости гидроцилиндры подвергают мелкому ремонту (замена уплотнительных колец и т.д.). При износе более допустимого штоки направляются на восстановление на соответствующие участки. Отремонтированные гидроцилиндры направляются на испытания, где они проходят проверку при работе под нагрузкой. В случае, если параметры не удовлетворяют техническим  требованиям, цилиндры возвращаются для повторного ремонта. Если же параметры полностью удовлетворяют требованиям, гидроцилиндры направляются на склад отремонтированной продукции.

5.2. Расчет производственной площади участка ремонта гидроцилиндров.

Подбор оборудования и инвентаря.

Таблица 5.1.

Страницы: 1, 2, 3, 4