Область застосування термопласти і реактопласти при ремонті машин

23.09.2015

Область застосування термопласти і реактопласти при ремонті машин

Міністерство освіти Республіки Білорусь

Заклад освіти «Вітебський державний технологічний університет»

Виконав: Кішко В.і. Ст.

Перевірив: Буевич А. Е.

Вітебськ, 2010

Зміст

Пластмаси. Основні характеристики пластмас

Пластмасові антифрикційні матеріали

Області застосування пластмас

Способи виготовлення деталей

Огляд деталей з пластмаси

Список літератури

Пластмаси. Основні характеристики пластмас

Пластичні маси (пластмаси, пластики) — матеріали на основі природних або синтетичних полімерів, здатні під впливом нагрівання і тиску формуватися у вироби складної конфігурації і потім стійко зберігати надану форму. Пластмаси поділяються на реактопласти і термопласти.

До складу пластмас, крім полімеру, можуть входити мінеральні або органічні наповнювачі, пластифікатори, стабілізатори, барвники, змащувальні речовини та ін

На працездатність пластмасових деталей великий вплив має процес старіння пластмас.

При тривалому навантаженні пластмаси схильні до повзучості. Це ще більше посилює часовий характер міцнісних властивостей пластмас. Тому такі поняття, як межа плинності, межа міцності, які використовуються при розрахунках металевих конструкцій, є для пластмас досить умовними: не можна вирішувати питання про навантажувальної здатності пластмасових деталей, не враховуючи часу, протягом якого деталь повинна працювати. При виробництві виробів з пластмас технолог повинен враховувати не тільки можливість виготовлення деталі при вибраному режимі, але і те, як технологічний процес впливає на працездатність деталі в процесі її експлуатації. Деякі положення, які повинні бути прийняті за основу при проектуванні пластмасових виробів, можна сформулювати у вигляді наступних правил.

1. Деталі з пластмас слід проектувати так, щоб силові навантаження припадали на найбільш міцні перерізу, т. е. з урахуванням напряму волокон наповнювача або орієнтації макромолекул.

2. Не рекомендується виготовляти з пластмас деталі, які в процесі експлуатації тривало піддаються постійним навантаженням (хоча і типовим). Пластмасові деталі працюють в умовах дії короткочасних навантажень.

3. При проектуванні деталей з пластмас слід врахувати їх обмежену жорсткість, для підвищення якої слід передбачити ребра жорсткості або арматуру.

4. Проектувати з пластмаси можна тільки такі деталі, які будуть працювати в оптимальному для даної пластмаси температурному режимі з урахуванням можливого впливу навантаження на термічні характеристики матеріалу.

5. Пластмаси не можуть бути використані для виготовлення деталей, які працюють під значним навантаженням і від яких потрібна підвищена точність.

Недоліком майже всіх пластмас є мала стабільність форми, обумовлена малою жорсткістю, м’якістю (зміна форми під дією зовнішніх навантажень), високим значенням коефіцієнта лінійного розширення (зміна розмірів при коливаннях температури), швидким розм’якшенням при підвищенні температури (у термопластів). Багато пластмаси набухають у воді, гасі, бензині і мінеральних маслах. Деякі пластмаси (політетрафторетилен) відрізняються властивістю хладотекучести (повзучості). Під дією порівняно невеликих напруг (2 — 5 МПа) такі пластмаси приходять у стан плинності навіть при помірних температурах (20 — 60 °С) і необмежено змінюють розміри, поки діє навантаження.

6. До недоліків пластмасових виробів слід віднести також сильний вплив режиму формування на їх характеристики. Відхилення від технологічного режиму призводять до розсіювання характеристик у межах однієї і тієї ж партії виробів. У деталей складної форми спостерігається розсіювання характеристик із-за неоднорідності структури, обумовленої відмінністю умов формування і твердіння пластмасового матеріалу в різних ділянках деталі.

7. Світлостійкість і стійкість до атмосферних впливів пластмас в деякій мірі можна підвищити введенням спеціальних стабілізуючих добавок. Окремі різновиди пластмас (наприклад, тетраф-торэтилен) володіють повною стійкістю до атмосферних впливів.

Нижче наводяться деякі рекомендації щодо використання пластмас в якості матеріалу для виготовлення різних типів деталей машин.

Пластмасові антифрикційні матеріали

З-за малого подібності з металами та з-за великих пружних деформацій пластмаси у вузлах тертя менш чутливі до схоплювання і задиранням, що різко зменшує знос деталей в парі тертя. Цьому сприяє і поглинання пластмасою твердих частинок — продуктів, зносу. Практика показує, що знос більшості видів пластмасових підшипників у вузлах тертя менше зносу металевих підшипників.

Більшість реактопластів — різні текстоліти, ДСП, деякі волокниты — мають міцність на стиск 1000. 3000 МПа. Цей показник для термопластичних мас -6000. 11 000 МПа, для бронзи і баббитов — 12 000. 28 000 МПа. Тому текстоліти і ДСП можуть використовуватися для вузлів тертя при дуже важких умовах роботи. Позитивними властивостями пластмас є також здатність їх до гасіння вібрацій, стійкість до ударних навантажень, високі антикорозійні властивості, невелика маса, мала трудомісткість у виготовленні.

Для виготовлення тяжелонагруженммх підшипників використовуються фенопластові з шаруватими наповнювачами (текстоліти, ДСП, гетинакс). Підшипники виготовляються у вигляді вкладишів, встановлюються в корпус підшипника. Такі підшипники використовуються для прокатних станів, пилорам, дробарок, підйомних кранів.

Термопластичні пластмаси (поліаміди, фторопласт) під навантаженням схильні повзучості і можуть видавлюватися. Ці ж матеріали мають низьку теплопровідність, що ще більше сприяє їх повзучості від підвищення температури у вузлі тертя. Тому при використанні фторопласту вдаються до виготовлення комбінованих підшипників. На сталеву основу наноситься шар порошкової бронзи, яка припікається до підкладці. В пори бронзового шару впрессовивается фторопласт. Смуга розрізається на мірні шматки, з яких виготовляються підшипники у вигляді втулок. Якщо від підшипників не потрібно особливо висока точність або діючі зусилля відносно малі, з успіхом застосовуються капронові підшипники (стрічкові транспортери, рухомі конвеєри, напрямні втулки опок і т. д.).

Широке поширення отримали вкладиші у вигляді тонкостінних сталевих втулок, всередині яких поміщені розрізні втулки з поліамідів. Підшипники, виготовлені такими способами, мають більшу міцність і хорошу охлаждаемость. Подібні підшипники знайшли застосування в шпинделях токарних, фрезерних та шліфувальних верстатів, сільськогосподарських машинах і т. д.

В якості матеріалів, використовуваних для виготовлення деталей підшипників кочення, застосовуються шаруваті пластики з графітовим наповнювачем, волокниты, поліаміди, фенопластові.

Широке поширення отримують пластмасові направляючі на металообробних верстатах і в інших механізмах — в поршневих двигунах, пресах та ін У цих випадках напрямні виготовляють у вигляді смуг, які кріпляться до корпусу методом склеювання або гвинтами. В якості матеріалу для цих цілей використовуються текстоліти, волокниты або фенопластові з наповнювачем у вигляді деревної крихти. Використання пластмасових направляючих збільшує точність верстата за рахунок меншого зносу пластмаси порівняно з зазвичай використовуваними чавунними напрямними. Зменшуються також втрати потужності механізмів на сили тертя. Особливо зручний ремонт верстатів і механізмів з такими вказівками.

Області застосування пластмас

Пластмаси — найважливіші конструкційні матеріали сучасної техніки. Основні області застосування — це електротехніка, радіотехніка та хімічна машино — і приладобудування.

Зносостійкі пластмаси типу поліамідів і поліолефінів застосовують для виготовлення напрямних прямолінійного руху в металорізальних верстатах. За умови захисту від абразивних речовин (металевих тирси, пилу, бруду і т. д.) пластмасові направляючі можуть довгостроково працювати навіть в умовах малої мастила.

Низькі механічна міцність і жорсткість, мала стабільність форми — фактори, що обмежують застосування пластмас для силових деталей. Для таких деталей головним чином використовують склопластики. З них роблять великогабаритні конструкції оболонкового типу.

Пластмаси застосовують для виготовлення сепараторів підшипників кочення. Сепаратори безпосередньо отпрессовывают або ж відливають під тиском. Кінцева обробка полягає лише у видаленні задирок, причому їх не видаляють механічно (залишаються дрібні частинки можуть пошкодити підшипник при експлуатації), а іншими способами, з яких найбільш прийнятним є обпалення полум’ям. Сепаратор повинен мати стійкі розміри, і тому проводять так звану стабілізацію матеріалів (кип’ятіння в олії тощо).

Раніше для виготовлення сепараторів застосовували тільки шаруваті пластики з тканинним наповнювачем (текстоліти). В даний час застосовують головним чином тефлон (політетрафторетилен), іноді пористий тефлон, який після просочення маслом стає самозмащувальних. Широко поширені сепаратори підшипників з тонкошаровим антифрикційним покриттям з пластмас. Товщина покриття не повинна перевищувати 0,3 мм. Щоб зменшити тертя, пластмаси, застосовувані для сепараторів, зазвичай наповнюють графітом або двусернистым молібденом.

Способи виготовлення деталей

Листи і плити з термопластів найчастіше виготовляють каландрированием — вальцюванням на многовалковых прокатних верстатах. Вальцюванням на профільних валках виготовляють також гофровані листи для стільникопластів. Фасонні вироби з листів отримують пресуванням у матрицях жорстким або пружним пуансоном (воздухонаполненным гумовим мішком).

Широке застосування отримав спосіб пневматичної і вакуумного формування. При пневматичному формуванні листову заготовку, нагріту до пластичного стану, затискають по периметру матриці, після чого тиском стисненого повітря осаджують заготовку на матрицю. При вакуумному формуванні всередині матриці створюють вакуум, в результаті чого заготівля втягується в матрицю, огортаючи її поверхню. Таким способом виготовляють фасонні кришки, відкриті резервуари, обтічники та інші тонкостінні вироби.

Пресування

Пресування застосовують для виготовлення фасонних виробів з реактопластів та твердих термопластів. Вихідним матеріалом служать таблетки, гранули, крихта; для виробів з порошковими наповнювачами — прес-порошки. Процес здійснюють у прес-формах, що складаються з матриці і пуансона. Формування здійснюється при підвищеній температурі (прес-форми нагрівають), що забезпечує затвердіння матеріалу. У атрицу засипають мірне кількість попередньо підігрітого прес-матеріалу, після чого до пуансона прикладають механічне або гідравлічне зусилля і піддають виріб короткочасної витримки у формі під постійним тиском, в результаті чого відбувається затвердіння матеріалу. Потім пуансон відводять; а затверділе виріб з матриці видаляється виштовхувачами.

В даний час застосовують повністю автоматизовані багатопозиційні роторні пресові агрегати з автоматичним високочастотним підігрівом, продуктивність яких 100 прессований у хвилину і вище.

Точність розмірів деталі залежить від точності виготовлення матриці і пуансона, точності дозування прес-матеріалу і від дотримання режимів пресування.

Лиття під тиском

Лиття під тиском застосовують для формування термопластів. Вихідний матеріал (гранули, таблетки) піддають нагріванню до повного розм’якшення. Ливарна маса жидкотекучей консистенції подається в обігрівається циліндр, звідки видавлюється поршнем через ливникові канали в охолоджувані металеві форми. Після охолодження і затвердіння прес-форма розкривається, і виливки видаляються виштовхувачами. Литники і задирки, які утворюються в порожнині роз’єму форми, обрубують і зачищають. Температура розм’якшення литтєвий маси залежить від її складу. Тиск пресування 100-150 МПа. Температура форми 20 — 40 °С.

Лиття під тиском більш продуктивно і забезпечує більш високий і рівномірний якість виробів, ніж пресування.

Екструзія

Екструзійне формування застосовують для виготовлення з термопластів прутків, труб, шлангів, плит, плівок, фасонних профілів (поручнів, плінтусів тощо). Процес здійснюється на шнекових пресах безперервної дії (екструдерах). Ливарна маса подається через завантажувальний бункер у обігрівається циліндр шнека, підхоплюється витками шнека (у свою чергу підігрівається) і переміщується вздовж циліндра, піддаючись перемішування та ущільнення. Ущільнення маси досягається зменшенням кроку та висоти витків шнека. На вихідному кінці циліндра встановлюють фільєру з отвором, відповідним формі поперечного перерізу вироби. Відформоване виріб, виходить безперервним джгутом з фільєри, охолоджується. Після затвердіння його ріжуть на шматки необхідної довжини.

останнім часом для підігріву литтєвий маси використовують тепло, що виникає в результаті тертя маси об стінки циліндра і витки шнека («адиабатическое екструзія»). При цьому методі спрощується конструкція преса і підвищується економічність процесу.

Метод екструзії широко застосовують для нанесення ізолюючих оболонок на провідники, кабелі і т. д. Провідники, що підлягають покриттю, подаються з бунту через центральний отвір в шнеку і в фильере обволікаються литтєвий масою.

З труб, одержуваних екструзією, виготовляють (методом роздування у формах) пустотілі вироби (флакони, пляшки, фляги тощо) Днище виробів заварюють.

Формование стеклопластов

Малогабаритні вироби з стеклопластов отримують гарячим пресуванням у металевих формах. Для виготовлення великогабаритних виробів цей спосіб непридатний, так як вимагає потужного пресового обладнання та виготовлення дорогих і громіздких прес-форм.

Великогабаритні оболонкові конструкції найчастіше виготовляють методом набризкування на модель наведеного у в’язкотекучий стан пластику разом зі скляним волокном. Пластик і нарубленное волокно подають в потрібній пропорції в розпилювач.

Виходить із розпилювача струмінь наносять на модель до утворення шару потрібної товщини.

Зварювання пластмас

Термопласти всіх видів добре піддаються зварюванні. Високоеластичні пластмаси (поліолефіни, поліаміди, полиметилметакрилаты) зварюють контактної зварюванням без застосування присадочного матеріалу. Тонкі листи, плівки зварюють внахлестку пропусканням плівок між роликами, що підігріваються електричним струмом. Плити, бруски та інші подібні вироби зварюють встик.

Пластмаси добре склеюються за допомогою клеїв, що представляють собою розчин полімеру в відповідному розчиннику. Деякі клеї (ацетат полівінілу, фенолнеопреновые, на основі модифікованих епоксидів та ін) володіють широкою універсальністю по відношенню до склеюваних матеріалів. Цими клеями можна склеювати пластмаси з металом, склом, керамікою і т. д.

Огляд деталей з пластмаси

Зубчасті, черв’ячні, ланцюгові і ремінні передачі

Застосування пластмас у зубчастих і черв’ячних зачеплення забезпечує м’яку передачу крутного моменту, високу зносостійкість, безшумну і надійну роботу в хімічно агресивних середовищах, малу масу; у багатьох випадках простоту виготовлення. Найкраща працездатність шестерень передачі забезпечується комбінацією пластмасових і металевих шестерень, завдяки чому забезпечується хороший тепловідвід від пластмасових шестерень.

Для зменшення зносу пластмасових шестерень рекомендуються підвищена твердість зубів сталевих шестерень і збільшення чистоти поверхні. В якості матеріалу для пластмасових шестерень використовують текстоліт, древеснослоистые пластики (ДСП), поліаміди, полиформальдегид (ПФА)

Червячние пластмасові колеса при температурі менше 90 °С, швидкостях ковзання, не перевищують 3 м/с, і навантаженнях не вище 300 МПа можна виготовляти з текстоліту і ДСП, при навантаженні 150. 180 МПа-з поліамідів.

У ланцюгових передачах з тих же пластмас, які використовуються для шестерень, застосовуються «зірочки». Пластмаси типу поліамідів у вигляді вставок всередині сталевих втулок використовуються для виготовлення пластинчастих ланцюгів, що різко знижує корозію сталевих деталей ланцюга і «злипання» ланок ланцюга.

Довговічність ланцюгових передач з втулками з поліамідів, що працюють в запиленій і корелює середовищі, різко підвищується.

У пасових передачах добре зарекомендували себе пластмасові ремені (особливо з поліамідів), які відрізняються не тільки хорошими технічними даними, а й стійкістю роботи в агресивних середовищах. Перлоновые ремені використовуються для передачі великих потужностей в основному для прокатних станів, потужних пресів, молотів, млинів.

З поліамідів (нейлон, перлон) виготовляють також буксирні канати. Для захисту сталевих канатів від корозії їх покривають шаром поліамідів (нейлоном). Поліаміди все ширше використовуються для виготовлення і покриття транспортерних стрічок.

На ряді верстатобудівних заводів освоєно виробництво пластмасових шківів клиноременных передач. Маси таких шківів з-за підвищеної питомої міцності пластмас приблизно в 5 разів менше металевих, собівартість нижче в 2,5 рази.

Для виготовлення шківів можна використовувати поліаміди (дрібні шківи і блоки), волокніт, фенолу До-18-12, декоррозит До-17/18-81, текстоліт, стекловолокнит (для великогабаритних шківів діаметром до 800 мм). Поряд з достатньою міцністю навантаження від відцентрової сили на такі шківи істотно менше, ніж на сталеві і чавунні.

Фрикційні пристрої.

У фрикційних вузлах з невеликий гальмівний потужністю використовуються пластмаси з азбестовим наповнювачем. Температура нагріву для цих матеріалів не повинна бути більше 250 °С. Пластмаси типу ретінакса допускають при дуже короткочасному навантаженні нагрівання до 1000°С; коефіцієнт тертя ретінакса по сталі більше 0,35.

Варіатори.

Пластмаси типу текстоліту використовуються в варіатора, коли не пред’являються особливо високі вимоги до забезпечення сталості передавального чи високого коефіцієнта корисної дії.

Муфти, прокладки.

Особливо перспективно застосування пластмас для деталей зубчастих муфт з текстоліту, капрону. Капронові муфти, наприклад, можуть передавати великі навантаження, добре поглинають удари, забезпечують безшумність роботи і більш прості у виконанні. Дуже широке застосування в конструкціях муфт знайшли диски та інші еластичні елементи, виготовлені з гуми. Гумові елементи застосовуються для пружного з’єднання валів в якості пружних елементів нежорстких муфт. Вони є одночасно амортизатори і демпфери, а також дозволяють частин валу мати взаємне кутове переміщення. Гума знаходить дуже широке застосування для ізолювання коливань станин верстатів від інших її вузлів, що помітно збільшує точність верстатів.

Гумові прокладки ізолюють корпуси суден, автомашин і т. д. від коливань двигунів. Дуже широко застосовуються гумові вкладиші у металевих шарнірах, які роз’єднують тертьові металеві частини шарніра.

Інші деталі різних машин, механізмів і конструкцій.

Широке поширення отримали пластмаси у швидкохідних текстильних машинах, де велике значення мають мала інерційність деталей і можливість застосування рухомих деталей без змащення. Такими деталями є шпулі та їх покриття, мотовила, деталі чесальных машин і т. д.

В основному для цієї мети використовуються фенопластові з порошковими наповнювачами. Фенопластові є незамінним матеріалом для виготовлення корпусів різної контрольно-вимірювальної апаратури, малогабаритних радіоприймачів і т. д. Ці ж матеріали використовуються для виготовлення деталей керування машин і механізмів (головки, рукоятки, маховички тощо). Виготовлення таких деталей з пластмас економить метал, знижує вартість виробу та сприяє наданню машині декоративного вигляду.

Багато пластмаси відрізняються високою питомою міцністю

З-за малої об’ємної маси і високої питомої міцності застосування пластмас особливо вигідно для виготовлення роторів високошвидкісних машин (насоси, вентилятори, турбіни, лопаті вертольотів). Використання для поршнів пневматичних двигунів нейлону призводить до менших навантажень на поршень, а також на шунти від дії сил інерції. У силу цього використання пластмаси в таких деталях призводить до зменшення маси машини не тільки за рахунок меншої щільності пластмасових деталей, але і за рахунок полегшення інших елементів конструкцій, пов’язаних з пластмасовими деталями.

Особливо перспективно для важконавантажених деталей конструкції застосування склопластиків, які мають найвищу питому міцність. Найчастіше знаходять застосування замість металевих сплавів (сталі) фенолформальдегідні шаруваті пластики, а також поліефірні та епоксидні склопластики. У машинобудуванні склопластики, а також поліетилен використовуються як корпусних матеріалів ємностей, особливо в складних конструкціях, які виготовляються з цих матеріалів методом зварювання.

Пластмасові ущільнювачі і амортизатори.

Деталі ущільнень з пластмас знаходять дуже широке застосування. Це пояснюється тим, що пластмаси забезпечують не тільки високу герметичність з’єднання, але і необхідну міцність і хімічну стійкість вузла ущільнення. Широке поширення знаходять ущільнення з ненабухающих, маслостойких і бензостойких гум. Широко застосовуються пластмасові ущільнення з самоуплотняющихся поліхлорвінілових кілець в місцях введення електричних кабелів. Поліхлорвінілові застосовуються для ущільнення штоків насосів і компресорів, у яких тиск підвищується до 2000 МПа. В пневматичних системах досягається поліпшення герметичності при заміні чавунних поршневих кілець текстолитовыми або фторопластова, армованим скловолокном. Одночасно при цьому зменшується знос циліндра.

В техніці все ширше застосовуються поряд з гумою пластмасові амортизатори. Пластмасові амортизатори мають в середньому в 1,2. 1,5 рази більший термін служби, ніж гумові.

Широке застосування знаходять полімерні демпфуючі рідини з силікону. Силіконовий демпфер найбільш придатний для гасіння значних коливань при температурах до 200 °С. Це пояснюється високою в’язкістю силіконового масла, яка зберігається до високих температур. Силіконові масла, маючи хорошу стійкість в інтервалі температур -50. +200 °С, є незамінним мастильним матеріалом для вузлів тертя, що працюють при високих температурах.

Деталі трубопровідної арматури.

Пластмасові труби широко використовуються в техніці, особливо в хімічному машинобудуванні та будівництві. Основними перевагами пластмасових труб є висока корозійна стійкість, мала маса, зручність транспортування і монтажу. Труби з поліетилену, наприклад, можна намотувати на барабан і змотувати безпосередньо в траншею. Для виготовлення труб використовують як термореактивні пластики, так і термопласти. Основними матеріалами для виготовлення труб є:

1) поліхлорвініл, поліетилен, поліаміди, фторопласты, поліефірні плівки, стекловолокниты;

2) фенопластові з наповнювачем у вигляді азбесту, графіту або піску (фаолиты), рідше текстоліт, гетинакс.

Труби з термопластів добре обробляються, згинаються за місцем, зварюються і склеюються. Труби з реактопластів з’єднуються тільки склеюванням. Пластмаси використовуються також для виготовлення трубної арматури (куточки, трійники, крани, вентилі тощо).

Для арматури високого тиску, застосовується облицювання металевої арматури пластмасами, що забезпечують необхідну корозійну стійкість. Найбільш часто для футеровки металевих трубопроводів і ємностей використовуються поліетилен, поліхлорвініл, полістирол, асбовинил, фторопласт, гуми із синтетичних каучуків. Вибір матеріалу труб і арматури визначається вимогами механічної міцності, хімічної стійкості, а також умовами монтажу трубопроводу.

Використання пластмас для виготовлення труб особливо ефективно для економії сталі і чавуну. Однак в СРСР цього не відбувається: у нашій країні виробляють сталевих труб стільки, скільки США, Японія, ФРН, Англія, Франція та Італія разом узяті.

Пластмасові покриття.

Позитивні властивості пластмас широко використовуються при створенні комбінованих виробів. Металеві предмети з нанесеним покриттям з полімерів мають високу міцність, притаманну металів, і позитивні властивості полімерів. Особливо ефективно використання таких покриттів в тому випадку, якщо при цьому вдається замінити дефіцитні і дорогі метали (кольорові сплави, високолеговані сталі) дешевими вуглецевими сталями.

На закінчення слід підкреслити, що різке збільшення використання пластмас необхідно тому, що сировину для їх виготовлення менше дефіцитно, ніж руди для виробництва сталі

Література

1. Орлов П. І. «Основи конструювання», «Машинобудування» 1977р.

2. Бортніков В. Р. Основи технології і переробки пластичних мас. Навчальний посібник для вузів. Д. Хімія, 1983

3. Салазкін К. А. Шерышев М. А. Машини для формування виробів з листових термопластів. М. Машинобудування, 1977

4. Енциклопедія полімерів, т. т. 1,2,3. М. Хімія, 1972 — 1977

Короткий опис статті: термореактивні пластмаси Міністерство освіти Республіки Білорусь Установа освіти «Вітебський державний технологічний університет» Кафедра “ Машини і апарати

Джерело: Область застосування термопласти і реактопласти при ремонті машин

Також ви можете прочитати