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發(fā)表于 2013-3-23 15:52:47
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實(shí)際應(yīng)用范例請(qǐng)參閱以下中國(guó)機(jī)械工程師雜志文章 z/ E9 n2 w6 Y
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精密涂層技術(shù)的應(yīng)用
0 |9 ~/ u: b D 范哲
; r/ u% \' a X 《安徽銅陵鐵路車輛廠,，安徽銅陵244142》7 y( a1 M, T- z: M
摘要：論述了三階段修理模式存在的主要問(wèn)題，介紹了精密涂層技術(shù)在機(jī)床工業(yè),、水利工業(yè)及煤炭工業(yè)的應(yīng)用,，并重點(diǎn)介紹了精密涂層技術(shù)用于鐵道工業(yè)靜配合部位及動(dòng)配合部位的實(shí)例。. \8 N a# @( E7 f0 a1 f
關(guān)鍵詞：修理模式,；熔焊,；精密涂層；0 e3 i6 [4 i) e* ?( q3 D; o( Y3 W0 j7 W
中圖分類號(hào)：-.++/文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：0文章編號(hào)：#""!1!$$$（!""!）"$1""#+1"$
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4 b9 [) \" S6 _1 j3 e; | 【一】機(jī)械三階段修理模式存在的問(wèn)題
' w, v5 i: v% D! G+ x R0 ~* J 20世紀(jì)以來(lái)，熔焊技術(shù)的發(fā)展,，把機(jī)械修理提高到一個(gè)新的水平,，由此建立了以熔焊來(lái)填補(bǔ)零部件的磨損和缺陷、再通過(guò)機(jī)床加工使焊件恢復(fù)到需要的尺寸,、最后靠鉗工把零部件間的組裝精度修正的三階段機(jī)械修理模式,。但是這種模式存在著下述主要問(wèn)題：
8 _/ J q) A/ Z; k% r （1）熔焊產(chǎn)生熱應(yīng)力大熱應(yīng)力在一定的條件下,，特別是沖擊載荷增大時(shí)容易導(dǎo)致零部件裂紋,。同時(shí)熱應(yīng)力也導(dǎo)致零部件，特別是薄壁,、細(xì)長(zhǎng)或精密的零部件的變形,，需要反復(fù)調(diào)修。雖然繁瑣耗時(shí)的熱處理可以降低熱應(yīng)力,，但不能徹底消除其影響,。不同材質(zhì)的配件還有一個(gè)可焊性問(wèn)題，因此許多修理規(guī)范對(duì)焊修的零部件材質(zhì),、部位等都要加以限制,，甚至禁止,。因而更降低了零部件的修復(fù)率,。焊條材料一般都采用和零部件類似的金屬，因此,，焊補(bǔ)后的零部件在摩擦磨損,、防腐等性能上不能有所改進(jìn)。
7 O' t4 d2 ]7 N2 A �,。�2）補(bǔ)焊后零部件超差補(bǔ)焊后大多數(shù)零部件形狀尺寸變樣,，加工恢復(fù)費(fèi)工費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且修理工廠設(shè)備投資大,，生產(chǎn)周期長(zhǎng),，消耗人力多，經(jīng)濟(jì)效益差,。
$ \8 I' }. c$ ~! H$ Z. _! d �,。�3）鉗工修配量大加工后的零部件工作面與相對(duì)應(yīng)的機(jī)械工作面，都有一定的組裝精度要求,。如接觸面積多少,，中心偏差、平行度偏差允許多大等等,，這就要靠鉗工手工鑲配修正,。精密的零部件要求高超的技巧，笨重的零部件需要繁重的體力勞動(dòng)。例如：在修理蒸汽機(jī)車中,，為了消除機(jī)車從輪彈簧座與車架面間的間隙,，補(bǔ)焊加工后要把幾十公斤的從輪彈簧座上上下下反復(fù)靠色檢查、砂輪磨,、刮刀刮,，勞動(dòng)強(qiáng)度可想而知。
" H. e$ X7 ]9 F7 A6 d8 i+ Q 【二】"精密涂層技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用實(shí)例" V/ k- ] u8 X$ M$ \6 H+ k( m
隨著技術(shù)的發(fā)展及科技的進(jìn)步,，一項(xiàng)以復(fù)合涂料為修復(fù)材料,，以形狀、尺寸,、組裝精度一步到位的修復(fù)工藝,，代替熔焊—機(jī)床加工—鉗工鑲配三階段修復(fù)工藝的新技術(shù)已開始走上機(jī)械修理的舞臺(tái)。這一新技術(shù)簡(jiǎn)單的說(shuō),，就是在舊零件清除油垢后,，以其非磨損面為基準(zhǔn)，用形狀,、尺寸與零部件斷面一樣的刮刀,，把糊狀的復(fù)合涂料涂到磨損面上，將磨損部位填平補(bǔ)齊,，略留余量,。然后把涂有脫模劑，按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的模板（批量生產(chǎn)時(shí)）或修好的對(duì)磨件（單件修理時(shí)）壓到磨損件的涂料上,。依照基準(zhǔn)調(diào)整到位,，擠掉多余的涂料，在一定的溫度下,，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的時(shí)間,，涂料固化與磨損件結(jié)合為一體。卸下模板或?qū)δゼ�,，一個(gè)針對(duì)具體零件設(shè)計(jì)的以高性能復(fù)合材料為工作面,、并保證強(qiáng)度的高精度修復(fù)件就完成了。這一新技術(shù)在不同部門,，有不同的名稱,，我們統(tǒng)稱之為精密涂層技術(shù)�,！疽韵乱还�(jié)介紹精密涂層在各工業(yè)部門的使用情況,，早已過(guò)時(shí)，大部已刪去】,�,！�..水利工業(yè)在水輪機(jī),、水泵等水力設(shè)備和管道上應(yīng)用防腐耐磨精密涂層，既解決了水輪機(jī)葉片焊修中的變形問(wèn)題和加工問(wèn)題,，又節(jié)約了大量不銹鋼焊條,，設(shè)備質(zhì)量大幅度提高
4 K8 V5 R$ w$ p+ H3 m 。煤炭工業(yè)每年腐蝕,、磨損待修的支柱液壓缸,，僅單體液壓支柱一種，即達(dá)數(shù)十萬(wàn)臺(tái),，堆積如山,，這一直是煤礦系統(tǒng)一項(xiàng)重大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)難題,。過(guò)去曾采用涂層方法修復(fù),，但由于涂層剝離，修復(fù)后的支柱僅能使用半年,，即一個(gè)檢修期,，因而又被昂貴的不銹缸套壓裝工藝所取代。不久前,，在鐵路系統(tǒng)的幫助下,，一種按照抗腐蝕、抗?jié)B透,、抗水解,、抗磨損等性能要求專門設(shè)計(jì)的復(fù)合涂料，以及按照尺寸公差一步到位,，不再需要珩磨的精密涂層工藝和高效率裝備脫穎而出,。用其技術(shù)和設(shè)備修復(fù)的液壓支柱,，通過(guò)半年井下試驗(yàn)無(wú)剝離,，狀態(tài)良好，可以繼續(xù)使用到第二,、甚至第三個(gè)檢修期,，而且新涂料又適用于局部缺陷的就地修補(bǔ)�,？梢灶A(yù)計(jì),，精密涂層技術(shù)進(jìn)入液壓支柱及各種機(jī)械液壓缸修理領(lǐng)域的日子已經(jīng)不遠(yuǎn)。* F. N; D" |0 y. C
鐵道工業(yè)在蒸汽機(jī)車機(jī)械設(shè)備的修理上,，曾成功地進(jìn)行了比較系統(tǒng)的精密涂層技術(shù)研究和應(yīng)用試驗(yàn),。（!）靜配合部位: g& d. C8 `& `) s
例!蒸汽機(jī)車雙軸導(dǎo)輪轉(zhuǎn)向架的左、右矩型橫梁與構(gòu)架的矩型槽鑲合,，用螺栓緊固成一體,。要求梁與槽的三個(gè)鑲嵌面都要接觸良好。左右橫梁的位置，要調(diào)整到與軸箱連接孔相互平行,，軸距正確,。由于長(zhǎng)年運(yùn)行顛簸變形，造成結(jié)構(gòu)松動(dòng),，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)合螺栓慣性折斷,。用傳統(tǒng)工藝修復(fù)，需要大面積補(bǔ)焊,，而薄壁鑄鋼構(gòu)架形狀復(fù)雜,，焊后變形大，調(diào)修困難,，還需要大型龍門刨加工,，且各孔堵焊后要重新平臺(tái)畫線、鉆孔,、鉸孔,、重配螺栓。而采用精密涂層技術(shù)修復(fù)時(shí),，只需將調(diào)修好的橫梁涂上脫模劑,，放入填有涂料的構(gòu)架槽內(nèi)，按要求調(diào)整到位,，清理掉擠出來(lái)多余的涂料,，等固化后即可投入下一工序。調(diào)整時(shí)涂層尚在漿糊狀態(tài),，組裝精度幾乎可以做到隨心所欲,，幾個(gè)面一次完成，接觸面同時(shí)達(dá)到近!""#,。其組裝精度,、工作效率、效益之高,，遠(yuǎn)非電焊$機(jī)床加工$鉗工鑲配的三階段模式修理技術(shù)所能比擬,。再者，涂層薄膜在結(jié)合面間,，還可以起到類似新一代客車轉(zhuǎn)向架彈性定位器的作用,，削弱沖擊和震動(dòng)的危害。而且進(jìn)一步避免了金屬接觸面銹死的問(wèn)題,。德國(guó)在用粘結(jié)劑代替壓裝車輪和輪軸的試驗(yàn)中,，曾發(fā)現(xiàn)由于薄薄的一層粘結(jié)劑的彈性，輪緣磨損明顯降低,，由此更可以證明彈性結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性,。精密涂層修復(fù)后的轉(zhuǎn)向架經(jīng)過(guò)一個(gè)檢修期的運(yùn)用,，狀態(tài)不變，保證了繼續(xù)運(yùn)行,�,？梢姡绻捎镁芡繉蛹夹g(shù)來(lái)修理數(shù)以萬(wàn)計(jì)的現(xiàn)有車輛,，以提高其性能,，滿足提速增載的需要，比設(shè)計(jì)制造新車要及時(shí),、現(xiàn)實(shí)得多,。例％機(jī)車閥動(dòng)裝置各傳動(dòng)桿的兩叉部，靠錐度螺栓保持一定的距離,。為此,，錐度螺栓與兩叉部的錐度孔的接觸，必須同時(shí)達(dá)到50%以上,，并留有!''以上的緊余量,。常規(guī)修理時(shí)要先鉸孔，錐度螺栓全部更新,，按鉸孔后的尺寸現(xiàn)配,，對(duì)號(hào)入座，再由鉗工反復(fù)刮研到位,，工序多,，周期長(zhǎng)。采用精密涂層技術(shù)修復(fù)時(shí),，舊的錐度螺栓可以成批修正儲(chǔ)備,，孔的錐度也無(wú)需嚴(yán)格控制，并可保證接觸面達(dá)到90%以上,。9 X j2 O- h1 ?8 F$ R
�,。�2）動(dòng)配合部位
2 k$ A/ P+ v$ ?# K$ j5 q+ _ 例1，一般滑動(dòng)摩擦副,，如表面滲碳淬火的機(jī)車月牙板和高頻淬火的高碳鋼滑塊摩擦副,，工作壓力為1.5MPa，往復(fù)頻率為5/秒,，線速度約10M/分。磨損后,，舊滑塊大部分報(bào)廢,。若使月牙板與滑塊備品和新造時(shí)一樣，必須靠昂貴的滲碳和高頻淬火設(shè)備,，并要專用磨床修配,，工序多,，周期長(zhǎng)，半成品儲(chǔ)備量大,。采用精密涂層技術(shù)和專用涂層工裝（小量修復(fù)時(shí)可以利用月牙板本身做模板）后,，舊滑塊不要求淬火就完全可以利用，而且月牙板由于涂層的保護(hù),，磨損極小,，至少可以保證一個(gè)檢修期間不需要磨修，為全國(guó)機(jī)務(wù)段節(jié)約了設(shè)備投資,。最受歡迎的是,，涂層滑塊解決了月牙板拉傷的慣性事故問(wèn)題。: e5 v- u2 t! {
可焊性差和不可焊的工件如高碳鋼,、鋁,、銅、陶瓷件等,，也可用精密涂層技術(shù)修復(fù),。
0 x& o# Y2 P t5 j6 q9 e3 ^1 X* \ 例2.。重載低速,、往復(fù)運(yùn)動(dòng)摩擦副,，如機(jī)車動(dòng)輪軸箱和平斜鐵，游動(dòng)板摩擦副,，工作壓力)4 z2 l7 {+ n0 Q- f& d6 W
50噸平均7MPa,往復(fù)運(yùn)動(dòng),。六個(gè)機(jī)務(wù)段參與了精密涂層試點(diǎn)，其中有代表嚴(yán)寒地區(qū)的哈爾濱段,，代表濕熱地區(qū)的永安段,。在!!臺(tái)機(jī)車上，裝100塊左右涂層游動(dòng)板,，各進(jìn)行了10萬(wàn)公里左右的試驗(yàn)。結(jié)果涂層的游動(dòng)板及其對(duì)磨的軸箱工作面均光潔如初,，無(wú)啃傷,。有的軸箱工作面甚至還留有加工時(shí)的刀花。而未涂層的游動(dòng)板或平斜鐵及其對(duì)磨的軸箱工作面則嚴(yán)重拉傷,。至于在缺油的情況下，有無(wú)涂層的差別更為明顯,。# }) B4 P/ A6 Z8 _6 i1 B- a' V
例3 ,，重載低速，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)摩擦副,，如橡膠廠煉膠機(jī)的軋輥軸承,，材質(zhì)原設(shè)計(jì)為青銅，用多個(gè)穩(wěn)釘固定在軸箱體上,，以免在輥碾力下松動(dòng)。其工作軸壓為44t軸頸為250x200,。在采用精密涂層技術(shù)修理時(shí)不用 銅瓦,，直接在軸箱體上涂層，也無(wú)需穩(wěn)釘,。經(jīng)過(guò)4個(gè)月雙班運(yùn)行后檢查,，幾乎無(wú)磨損。繼續(xù)試驗(yàn)中,，由于連續(xù)1天忘了給油而燒損（如果用青銅軸承,，缺油幾小時(shí)就燒了）,，但涂層在軸箱上粘合牢固,，直至燒損也未轉(zhuǎn)動(dòng),。如果把類似的技術(shù)應(yīng)用在煤礦的采煤機(jī)上,，代替進(jìn)口的特薄型滾動(dòng)軸承,，不僅可以節(jié)約數(shù)以萬(wàn)計(jì)的美元外匯,，而且可以使采煤機(jī)設(shè)計(jì)得更輕，體積更小,。
# a8 h2 e' y+ t 當(dāng)前,，一般涂層材料尚不兼?zhèn)淠透邷氐男阅埽瑢?dǎo)熱性也較低,，因此一時(shí)還不能直接滿足高速重載摩擦副的需要,。必要時(shí)可以采取一些散熱、導(dǎo)熱措施,，如加大給油量,，涂層中鑲嵌銅鋼網(wǎng)等。
' J2 k& B5 K) `6 Q! A% H6 S 離心式給水泵平衡輪,，材料是昂貴的特殊鑄銅，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)上千,，由于在高速下承受很大的沖擊力,，一般壽命僅半年，有的幾天就啃傷報(bào)廢,。采用精密涂層技術(shù)不僅可以修復(fù)使用,，壽命還提高3 倍。機(jī)車上很多限制部件橫動(dòng)量的工作面,，如焊后慣性裂紋的搖桿側(cè)面,，動(dòng)輪組裝狀態(tài)下不許補(bǔ)焊的曲拐銷轂面等,，雖然摩擦速度高，但是載荷是間歇性的,，熱容易散發(fā),，都可以用精密涂層技術(shù)來(lái)解決，而且摩擦磨損性能會(huì)更好,。相信隨著復(fù)合材料,，例如納米級(jí)復(fù)合材料的發(fā)展，涂層材料的耐高溫性能和其他性能也會(huì)愈來(lái)愈高,。6 g2 c, i8 A9 m3 f0 n
【三】精密涂層技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)# @1 p$ ]9 C5 P' X4 S' X
�,。�1）在簡(jiǎn)化甚至無(wú)需機(jī)床加工、鉗工鑲配的條件下獲得機(jī)床加工,、鉗工鑲配難以達(dá)到的機(jī)械精度,。減少加工設(shè)備,，減少昂貴的專用設(shè)備的投資。笨重工件可以就地修復(fù),，減少繁重的拆裝,、往返搬運(yùn)和等待加工的時(shí)間。
/ _$ \, j( |# L8 }1 f; k9 q �,。�2）精密涂層后,，零部件不僅能達(dá)到而是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越原來(lái)的摩擦磨損性能。從而降低或消滅機(jī)械拉傷,、燒損,、機(jī)床爬行,、能源及油脂消耗。保護(hù)對(duì)磨件少磨損,，減少摩擦副的修換率,，保證操作輕松靈活。
% q; ?5 U0 ?- R �,。�3）沒有焊接的熱應(yīng)力,、熱變形、熱裂紋和可焊性差等問(wèn)題,，解決了鋁,、生鐵、高碳鋼,、塑料及薄壁結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜零部件難焊,、不準(zhǔn)焊、不能焊的問(wèn)題,。# s$ |( H& s5 W* Z; g
�,。�4）減少單件修復(fù)修配的范圍，對(duì)修換率高的零件,，實(shí)現(xiàn)批量修復(fù),。0 g2 T3 c1 y! A6 E2 M9 D3 e$ A
（5）由于精密涂層技術(shù)與現(xiàn)代合成材料接軌,，把原來(lái)的金屬與金屬的接觸面,，改革為金屬與合成材料的接觸面。因此,，對(duì)靜配合面來(lái)說(shuō),，可以大大提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震、抗沖擊能力,。對(duì)動(dòng)配合面來(lái)說(shuō),，可以明顯的提高其各種摩擦磨損及耐銹蝕、抗酸堿等物理性能,。從而創(chuàng)造出高于原制造時(shí)的新水平,。; }+ M2 s' j7 y
（編輯畢勝）
' S' ?! x/ h9 E7 O5 ^( |3 U 作者簡(jiǎn)介：范哲（1920）,，男,，高級(jí)工程師，研究方向：復(fù)合材料及其
# D$ |1 S( e' g4 V' s 精密涂層技術(shù),。" ^/ s3 {$ a" o& B0 q
收稿日期：2001-11-137 L( I! h# E% H* O W
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樓主: zhef84
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