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發展中的復合材料涂層技術 高分子復合材料近年來在中國船舶，機床，水力，煤炭，鐵路等工業的機械修理和制造中，開始應用。從解決個別另部件的特殊難題起步，例如，應用在機床導軌上，以解決重型機床的低速爬行和高精度問題，現在已列為國家標準，應用在水輪機葉片上，以解決大面積補焊造成的變形問題，曾獲得國家科技進步獎。各方面經驗的積累，異途同歸，正在通過系統的試驗，鑒定，推廣，提高，逐漸發展成一項有廣泛應用價值的新技術。例如，鐵路系統曾指定鐵路工廠和6個鐵路局的5個科研所，7個機務段，在蒸汽機車的十多種有代表性的，靜配合，動配合另部件上進行了，1-2年的批量運行試驗，經鐵道部鑒定，批準向全路推廣。這些新技術名稱不同，但基本內容都是采用新型高分子復合材料和精密涂層工藝，為機械修理制造，和升級改造服務。為了敘述方便，這里暫時統稱之為機械精密化技術。一，機械精密化技術與傳統修理技術相比，主要區別是： [1]精密化技術采用的材料是針對工件不同性能需要，分類設計的，高性能高分子復合材料，代替傳統的金屬焊條，來修復工件磨損，變形，腐蝕或剝離所造成的形狀，尺寸，組裝位置等偏差。在修復的同時也就完成了零部件由金屬-—金屬工作副，轉換為金屬—復合材料工作副的升級改造。 [2精]密化工藝是以粘結技術為基礎，大量精簡傳統修理工序，只要用刮刀將糊狀的復合材料抹到清洗過的工件缺陷部位，將其填平補齊，然后放入涂有脫模劑的專用工裝中[簡單平面修復，可僅用一塊定位平板。單件修理時，可以直接用與之配對的工件為工裝]調整定位，抹凈擠出來的余料，在一定溫度下，經過一定時間，表面涂層固化與基體結合成型，即可投入使用。也就是說，精密化工藝不焊，不用機床加工，不用鉗工鑲配，以一步到位的修理模式，代替傳統的，以焊接為基礎的，三階段修理模式 [先補焊，調直，熱處理，然后送平臺畫線，再一個面，一個面地機械加工成形，最后還要靠鉗工刮研鑲配來滿足組裝精度要求]。二，采用精密化技術后的效果是： [1] 高精度，高效率 。 與傳統三步走修理模式不同，修復另部件各個工作面的精密涂層工序都是在同一工裝中，一次調整，同時完成的。修復中不焊，沒有變形，不需要熱處理，不用一個面,一個面,往返地機床加工，鉗工鑲配。其效率之高是不言而喻的。涂層各工作面的形狀,尺寸,公差,粗糙度有標準工裝保證，可以互換。而且在調整的當時，涂層尚處于糨糊狀態，各個工作面的組裝位置幾乎可以做到隨心所欲，同時獲得滿足，其精度之高更非傳統工藝所能比擬。例如，鐵路機車的雙軸轉向架的左右矩型橫梁，緊密地鑲嵌在薄壁的鑄鋼構架槽[約50x120x1200mm]中，二者用螺栓連接成一體。由于長年應用變形，結構松動。結合螺栓運行中慣性松動,折斷，丟失。[貨車心盤螺栓類似問題也很嚴重]如果采用傳統工藝，大面積補焊構架，則變形更大。再要靠畫線，龍門刨加工，做到橫梁與構架槽三個面同時接觸良好，而3米長的左右橫梁又能互相平行，前后到位，真是談何容易！而采用精密涂層技術，只需要把調直好的，橫梁涂上脫模劑，放入清洗后加有足量糊狀涂料的構架槽中，按各項組裝要求輕而易舉地就可精調到位。然后抹凈擠出來的多余涂料。待涂料固化，修復工作即告完成。全面達到組裝精度要求，而效率則提高10倍。而且由于有涂層的彈性，接觸面近乎100%，整個結構的防震性能也進一步提高。廠修兩年后再次進廠的機車，都證實了這點。一般地說，采用精密化技術修復的配件，不論工作面多少，結構多復雜，清垢噴砂后只需幾分鐘，最多半個小時的勞動工時，加三個小時自動的恒溫固化時間，在半天功夫內完成，全面達到設計要求。這對采用工序復雜，工序勞動工時長，工序間搬運、等待時間長的現行傳統工藝來說 是不可想象的。 [2] 高性能。 精密化涂層的摩擦磨損性能異常突出。美國Machine Design 英國Design Engineering 雜志都曾報道過。例如，DP型涂料與其他修理材料，在M2000型試驗機上測定的性能對比數據如下： 測定條件： 1， 軸壓 500 N， 2， 轉速 400 rpm， 3， 滴油潤滑。 試塊材料 試驗時間 分腫 摩擦系數 磨痕寬度 mm 溫度 0C 磨損率mm3/KM 狀態 DP涂料 1440 0.008 3.3 40 0.005 良好青銅 3 0.2 7.5 120 不正常鑄鐵 5 0.09 110 開始啃傷貨車用耐磨合金 25 0.008 5 35 0.036 良好 可見四種材料在測定的摩擦磨損性能上，耐磨合金，DP涂料要好的多。耐磨合金，DP涂料的減磨性能相似，而在耐磨性能上，后者較前者要高7倍。在實際應用中，如橡膠廠的煉膠機的軋輥軸承，材質原設計為青銅。用多個穩釘固定在軸箱體上,以免在輥碾力下松動。工作軸壓44噸，軸頸為 ￠250 × 200mm.。在采用精密涂層技術修理時,不用銅瓦，直接在軸箱體上涂層，也無需穩釘。經過四個月，雙班運行后檢查，幾乎量不出磨損來。 DP型 涂料 不僅本身耐磨，還能保護其對磨件，極少磨損，并避免拉傷。例如，離心式給水泵平衡輪的材料是昂貴的特殊鑄銅與鑄鐵體形成摩擦副，每分鐘轉數上千。由于在高速起動下承受很大的沖擊力，一般壽命只半年，有的幾天就啃傷，平衡輪報廢，。采用精密化技術不僅可以把啃傷的平衡輪修復使用，壽命還較新輪提高三倍。又如，同一臺鐵路機車，幾個軸箱的滑動面分別與鑄鐵和涂層的游動鈑形成摩擦副，運行時由于缺油。前者嚴重拉傷，而后者則全部光滑如初。此外，涂層也解決了工作面生銹和酸堿腐蝕問題；解決了可焊性差或不能焊的鋁,銅,高碳鋼,陶瓷，合金等另部件的修復問題。例如3米多長的中碳鋼機車搖桿，縱向載荷達40噸以上，在彎道運行時，側面承受很大的壓力和沖擊，為了保證安全，檢修規程中制定了，焊接前后嚴格的熱處理要求，但是在磁粉探傷時往往仍然有輕微的裂紋顯示，經常為此爭論不休。精密涂層技術最后把問題解決了。可見，精密化技術在修復機械的同時，也就完成了機械的現代化升級改造。 [3]高安全率 高溫焊接應力和裂紋，摩擦副咬合等原因導致的機械故障，特別是鐵路機車，車輛臨修，故障，占很高比例。最近，大面積焊接的車輛轉向架交叉支撐，連續發生事故，造成提速改造后的k型轉向架，全面停產，更是一個嚴重的教訓。精密化技術修復的機械另部件，以涂層粘結取代金屬焊接，從此將徹底地消滅掉這些安全隱患。 [4]高效益 采用涂層技術，不焊，不用機床加工，可以省掉許多焊接和加工設備投資。例如，薄壁的煤礦支柱液壓缸腐蝕磨損后,由于變形問題無法焊補，采用一般涂層技術需要高溫作業,而且還要靠昂貴的珩磨機床，才能加工到要求的精度和光潔度。而精密涂層修復不需要高溫,修復后的液壓缸則只要簡單地拋光一下就可以。節約設備投資以十萬計。高分子復合材料質量高，再有精密涂層工藝的配合，材料消耗小，再加節省焊接，熱處理，調直，機床和鉗工工時等費用。其成本較之原來已經很低的修理單價，仍有所降低 。直徑100mm，高1M的煤礦支柱液壓缸，有精密涂層工裝配合只消耗涂料140 克 ，涂料費用45元，較采用不銹鋼套修復成本節約50% 。精密化技術的效果,效益，應用范圍隨著復合材料和涂層工藝的發展，正在不斷擴大。例如日本最近開發的納米涂料，把導熱性能成倍提高，為突破涂料在高速摩擦副應用的禁區，創造了條件。又如，除國產的類似涂料外，瑞士,美國,日本,德國在中國市場上供應的品種也不少。但是一般單價偏高，有的在1200元/公斤以上，國產品最低也要300元/公斤，而且耐磨的品種不一定減磨，減磨的品種不一定耐磨。又缺少精密涂層工藝的配合，耗料多，費用高，推廣困難。由于技術進步，現在的精密涂層涂料系列，如上述的DP型涂料單價僅200元/公斤[其中包括50%利潤]，有精密涂層工藝配合，涂料消耗低。每修復100cm2平均磨耗1mm深的缺陷，涂料費只要4元。精密涂層的修復成本還在不斷降低，而性能則日新月異，不斷提高。有工業就有機械，有機械就要修理，要修理就有精密精密化用武之地。特別對一些修理批量大的企業，如鐵路車輛、工程機械、煤礦等企業，意義更為重大。例如，鐵路正在規劃的40萬輛貨車提速改造工程中。如能驗證推廣機械精密化技術，無疑將大大加速工程的進度，節約以億計的投資。開發精密涂層的市場前景廣闊，值得引起國內外涂層企業界和機械修理制造工業的關注。 |
發表于 2006-8-8 08:09:17
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