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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 6 b4 Z# r: G5 W6 F9 o% N
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精密涂層技術(shù)的應(yīng)用
[8 p$ S2 R! ~$ o, ^$ W 范哲
/ i" v* V" w" [, c2 b% T0 X% n/ F 《安徽銅陵鐵路車輛廠,，安徽銅陵244142》. y( F: t7 l% f2 p( L; a0 m
摘要：論述了三階段修理模式存在的主要問題,，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,。
- J1 I, z- t% f: G6 K 關(guān)鍵詞：修理模式；熔焊,；精密涂層,；, }- E4 u4 n) W5 u* [
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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【一】機(jī)械三階段修理模式存在的問題
. o+ u% x2 W8 d9 C% J( K, f 20世紀(jì)以來，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填補(bǔ)零部件的磨損和缺陷、再通過機(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題：
# Z. ^$ p1 B2 C I; E （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),。# L7 U' F3 r8 b2 w& |) q, i
�,。�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,。; L; }* D( a, Q& P8 ~2 }- p
（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,。
9 \1 }% [9 ?. C$ ~ 【二】"精密涂層技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用實(shí)例
' I @- ^" {0 ~: V9 h7 C! | 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,，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ゼ粋�(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),。【以下一節(jié)介紹精密涂層在各工業(yè)部門的使用情況,，早已過時(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題和加工問題,，又節(jié)約了大量不銹鋼焊條,，設(shè)備質(zhì)量大幅度提高" F" Y. k; Q" ], t
。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,，通過半年井下試驗(yàn)無剝離，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),。0 r7 ~4 I: r" v1 l7 B* I7 s
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5 v! ^. s7 e) s0 B" R4 t
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)來修理數(shù)以萬計(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,，孔的錐度也無需嚴(yán)格控制,，并可保證接觸面達(dá)到90%以上。
! t) a: P4 G8 o) v$ {& e �,。�2）動(dòng)配合部位6 a. f1 i w& m6 i
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題,。
% G; ]6 B& \1 K( t* w7 d. a 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)。
. @! a: Q/ x$ m0 R0 O 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)2 b0 b; p. ? ^
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，有無涂層的差別更為明顯,。
; Y( a! [2 d; l 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,，也無需穩(wěn)釘。經(jīng)過4個(gè)月雙班運(yùn)行后檢查,，幾乎無磨損,。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,。 ~2 {1 Y' H/ f
當(dāng)前，一般涂層材料尚不兼?zhèn)淠透邷氐男阅�,，�?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,。5 q9 G; W, t: i) s6 N
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)愈來愈高,。
$ _' G( j* ~+ K 【三】精密涂層技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
5 K }2 ?' D4 T8 W' @9 F. b8 n （1）在簡(jiǎn)化甚至無需機(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,。
" C* R$ r. Y. f1 I. C5 Y �,。�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,。
9 d6 ] j- Z( Y/ B5 c0 j （3）沒有焊接的熱應(yīng)力,、熱變形,、熱裂紋和可焊性差等問題，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,、不能焊的問題。2 a% a1 c; `6 {" h! }
�,。�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),。) D' N' K+ n& \& x4 }
（5）由于精密涂層技術(shù)與現(xiàn)代合成材料接軌,，把原來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)靜配合面來說,，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)配合面來說,，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,。
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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/ d6 b- I" |, `$ U
精密涂層技術(shù)。
& R; g1 r& u; W 收稿日期：2001-11-13
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樓主: zhef84
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