Металлизация и напыление пластмасс: технологии восстановления деталей в ремонте

В ремонтной практике применяют два основных метода восстановления деталей напылением материала: металлизацию и напыление пластмасс (если не считать пульверизационных методов окраски).

Металлизацией называют процесс нанесения на специально подготовленную поверхность ремонтной детали расплавленного металла при помощи сжатого воздуха или инертного газа. В зависимости От способа расплавления присадочного металла (газовым пламенем или электрическим током) различают два вида металлизации: газовую и электрическую. Аппараты, с помощью которых производят плавление металла и нанесение его на поверхность детали, называют металлизаторами.

В зависимости от вида присадочного металла (проволока, куски, порошок, расплав) металлизационные аппараты разделяют на проволочные, тигельные и порошковые. В проволочных и порошковых аппаратах металл плавится, а затем выбрасывается струей сжатого воздуха или инертного газа на обрабатываемую поверхность; в тигельных нагревается до пластического состояния.

Принципиальная схема электрического металлизационного аппарата приведена на рис. XII.10, а. Механизм 4 непрерывно подает электродную проволоку с катушек 2 через приемные трубки 3 в очаг плавления 7, где на капли расплавленного металла действует струя сжатого воздуха или газа (на рисунке обозначена штриховой линией), вытекающего из дутьевого наконечника 6. Ток к электродным проволокам подводится по проводам 1 через клеммы 5. Металловоздушная струя 9 выбрасывается на обрабатываемую поверхность 8. На рисунке XII.10, б показан внешний вид и распылительная головка распространенного электрометаллизатора ЭМ-3. Корпус 2 и рукоятка 6 аппарата изготовлены из алюминиевого сплава.

На корпусе смонтирована воздушная турбинка 5 с центробежным регулятором числа оборотов, а внутри его — механизм подачи проволоки, представляющий собой небольшой редуктор, закрытый двумя серьгами 4, в которых закреплены верхние подающие ролики. Распылительная головка 3 имеет текстолитовое основание 13, которое укрепляется на корпусе аппарата направляющими трубками 12. Через контакты И к этим трубкам подводится напряжение переменного тока.

Концы направляющих трубок снабжены башмаками и шарнирными держателями 14, в которые вставляются носики 9, зажимаемые стопорными винтами. Диаметр отверстий носиков соответствует диаметру электродной проволоки, которая проходит через них и направляющие трубки. На текстолитовое основание распылительной головки навинчен воздушный колпачок 10, имеющий сменную вставку 8. Для защиты глаз от действия электрической дуги служит защитный колпачок 15. Сжатый воздух подается в аппарат через штуцер 1, электрический ток —по гибкому кабелю 7.

Газовые металлизаторы выполняются по более простой схеме. Основной частью этих металлизаторов является газовая горелка, через пламя которой проходит расплавляемая проволока или металлический порошок, получающие нагрев до температур, близких к плавлению. Струей сжатого воздуха капли жидкого металла распыляются на мельчайшие частицы диаметром 0,01—0,15 мм. С большой скоростью (порядка 140—300 м/сек) они переносятся на металлизируемую поверхность и сцепляются с ней. Структура напыленного слоя металла показана на рис. XII.10, в. Она имеет характерное слоистое строение. Между отдельными частицами, имеющими вид удлиненных чешуек, образуются поры и пустоты.

Рис. XII.10. Электрометаллизация

Образованию однородной структуры напыленного слоя препятствуют окисные пленки, появляющиеся на каплях жидкого присадочного металла в процессе их распыления струей сжатого воздуха. Напыленный слой имеет пониженные пластические свойства и сравнительно небольшое сопротивление удару, разрыву, кручению и изгибу. Наоборот, прочность его на сжатие и твердость обычно в 1.5-3 раза выше твердости исходного присадочного металла. Увеличение твердости является результатом быстрого охлаждения и закалки частиц потоком сжатого воздуха, наличия в составе покрытия окислов, а также результатом наклепа, связанного с ударами частиц о металлизируемую поверхность.

Важной особенностью напыленного слоя является также значительное (на 12—40%) уменьшение коэффициента трения при работе в сопряжениях, с чем связана его высокая. износостойкость и хорошие антифрикционные свойства. Это явление объясняется тем, что металлизированная поверхность вследствие ее пористости поглощает большое количество смазки и благодаря этому работает в сопряжениях в основном в условиях гидродинамического трения. Срок службы металлизационных покрытий, как показал опыт ряда депо и ремонтных заводов, превышает срок службы даже новых деталей.

Технологический процесс восстановления деталей металлизацией включает в себя четыре группы операций: подготовку деталей к металлизации, нанесение металлизационного слоя, окончательную обработку металлизированной поверхности и проверку качества покрытия.

Подготовка включает в себя очистку деталей от грязи, окислов и обезжиривание, создание шероховатости для облегчения сцепления покрытия с основным металлом и защиту поверхностей, не подлежащих металлизации. Этот этап технологического процесса является очень ответственным, так как определяет качество сцепления металлизационного покрытия с основным металлом. Из способов подготовки деталей к металлизации (пескоструйная очистка, обдирка шлифовальным кругом или резцом, травление и др.) в ремонтной практике наибольшее распространение получил способ обдирки крупнозернистым шлифовальным кругом.

Применяют и другие способы, в частности способ электроподготовки пучком электродов, имеющих диаметр 1-2 мм. От сварочного трансформатора один вывод подключают к злектрододержателю, второй - к подготавливаемой детали. При перемещении пучка электродов по поверхности детали на ней образуются мелкие выступы и впадины, складывающиеся в сильно развитую шероховатую поверхность. Те места детали, которые не требуют металлизации, протирают масляной тряпкой. Масляная пленка предупреждает сцепление металлизационного покрытия с деталью.

Металлизацию тел вращения выполняют в центрах или патроне токарного станка, плоских поверхностей — в металлизационных камерах. При металлизации на токарных станках деталь получает вращательное движение, а металлизационный аппарат, закрепленный на суппорте станка, — продольное движение подачи. В камерах металлизацию выполняют вручную и в специальных приспособлениях, обеспечивающих определенное расстояние от аппарата до металлизируемой поверхности и необходимое движение подачи. Металлизация ведется до номинального размера детали с припуском на последующую обработку. Практически на круглые детали наплавляют слой до 4 мм, на плоские детали — до 1,5-2,2 мм. Дальнейшее увеличение толщины металлизированного слоя приводит к резкому ослаблению связи между ним и основным металлом и даже к его отслаиванию. Процесс металлизации подбирают так, чтобы толщина наносимого слоя металла за один проход не превышала 0,01-0,02 мм, а температура слоя —60/70° С. Толщина наносимого слоя периодически проверяется штангенциркулем или другими инструментами с перерывом процесса металлизации.

Для повышения износоустойчивости металлизированные поверхности перед механической обработкой пропитывают смазочным маслом, нагретым до температуры 70—100° С. Иногда покрытия пропитывают не перед, а после механической обработки, но это дает худшие результаты, так как при механической обработке поры его частично заволакивают металлом. Механическую обработку металлизированных поверхностей проводят обычными методами обтачивания или шлифования. Вследствие быстрого засаливания шлифовальных кругов для чистовой обработки предпочтительнее применять электроэрозионные методы: анодномеханический, электроискровый или электроимпульсный.

Напыление пластмасс используют в ремонтной практике для выравнивания небольших вмятин металлической обшивки кузовов и для декоративно-защитного покрытия деталей. В качестве материала покрытий используют высокополимерные органические смолы с различными добавками (состав ПФН-12 и др.). Применяют два основных способа напыления: газопламенный и вихревой.

При газопламенном способе напыления порошок пластмассы пропускается через пламя распылительной горелки, подобной металлизационному аппарату, и выбрасывается в расплавленном виде на обрабатываемую поверхность струей сжатого воздуха или инертного газа (азота). Сущность вихревого метода напыления заключается в том, что деталь, нагретую до 270—360° С (выше температуры плавления пластмассы), погружают на 10—30 сек во взвихренную сжатым воздухом или инертным газом порошкообразную пластмассу (поливинилбутираль или полиэтилен низкого давления).

Порошок пластмассы при этом плавится и растекается по горячей поверхности детали, образуя равномерное покрытие толщиной 0,15/1,5 мм. Преимуществами этого метода перед методом газопламенного напыления являются: высокая производительность, простота установки и ее обслуживания, отсутствие потерь порошка и др. Таким способом напыляют поручни, потолочные кронштейны, дуги спинок диванов, корпуса и ободки плафонов, вентиляционные решетки, ограждения стекол, державки и другие детали.

Рис. XII.11. Установка для вихревого напыления пластмассы

Схема установки для вихревого напыления пластмасс показана на рис. XII.11. Установка представляет собой бак 1 с прикрепленной к нему воздушной камерой 5. Между баком и камерой помещается распылитель сжатого воздуха, состоящий из холстяной прокладки 2, металлической сетки 3 и пористой войлочной перегородки 4. В бак 1 закладывается порошкообразная пластмасса, а в воздушную камеру 5 через масловлагоотделитель 7, редукционный клапан 6 и вентиль В подается сжатый воздух давлением до 0,1 Мн/м²- (1 кГ/см²). Проходя через пластмассу, сжатый воздух взвихривает ее и предупреждает слипание при опускании в бак обрабатываемой детали. Давление сжатого воздуха в воздушной камере 5 контролируется по манометру М\, давление сжатого воздуха в магистрали — по манометру М².

Сведения об авторах и источнике:

Авторы: Д. И. Бондаревский, В. М. Кобозев

Источник: Эксплуатация и ремонт подвижного состава городского электрического транспорта