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發(fā)表于 2013-3-23 15:52:47
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實際應(yīng)用范例請參閱以下中國機(jī)械工程師雜志文章
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0 P5 Q+ T3 Z2 @% U 精密涂層技術(shù)的應(yīng)用- U$ q6 L( j( l9 b/ H
范哲( r, ]) q; I" d/ Z6 V
《安徽銅陵鐵路車輛廠,，安徽銅陵244142》
6 W' Y# h& I7 P- A1 G' E" v6 A; Z 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,，并重點介紹了精密涂層技術(shù)用于鐵道工業(yè)靜配合部位及動配合部位的實例,。
4 H# s) s. Y6 i. U 關(guān)鍵詞：修理模式；熔焊；精密涂層,；( c+ o! O1 h/ d5 ^4 V M
中圖分類號：-.++/文獻(xiàn)標(biāo)識碼：0文章編號：#""!1!$$$（!""!）"$1""#+1"$8 I: C e: B6 b+ w/ n. ]- N
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【一】機(jī)械三階段修理模式存在的問題% k. S% f0 [, q" [2 o1 u
20世紀(jì)以來,，熔焊技術(shù)的發(fā)展，把機(jī)械修理提高到一個新的水平,，由此建立了以熔焊來填補零部件的磨損和缺陷,、再通過機(jī)床加工使焊件恢復(fù)到需要的尺寸、最后靠鉗工把零部件間的組裝精度修正的三階段機(jī)械修理模式,。但是這種模式存在著下述主要問題：
7 h5 f% }$ z# B# i! X! `) F �,。�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容易導(dǎo)致零部件裂紋,。同時熱應(yīng)力也導(dǎo)致零部件,，特別是薄壁、細(xì)長或精密的零部件的變形,，需要反復(fù)調(diào)修,。雖然繁瑣耗時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)的配件還有一個可焊性問題,，因此許多修理規(guī)范對焊修的零部件材質(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,，焊補后的零部件在摩擦磨損、防腐等性能上不能有所改進(jìn),。
t& W& j( \6 [' t1 ~5 k �,。�2）補焊后零部件超差補焊后大多數(shù)零部件形狀尺寸變樣，加工恢復(fù)費工費時費力,，而且修理工廠設(shè)備投資大,，生產(chǎn)周期長，消耗人力多,，經(jīng)濟(jì)效益差,。
5 T3 J3 j0 G* F# t q) L4 i u3 d （3）鉗工修配量大加工后的零部件工作面與相對應(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,。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，勞動強度可想而知,。
- J4 n& T( H4 Z2 `% q& V 【二】"精密涂層技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用實例8 M, _( d6 n2 r* x
隨著技術(shù)的發(fā)展及科技的進(jìn)步,，一項以復(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,。這一新技術(shù)簡單的說,，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,，將磨損部位填平補齊,，略留余量。然后把涂有脫模劑,，按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造的模板（批量生產(chǎn)時）或修好的對磨件（單件修理時）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�,，一個針對具體零件設(shè)計的以高性能復(fù)合材料為工作面、并保證強度的高精度修復(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，早已過時,，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
5 `0 [ n n# r( @7 X5 w4 v ,。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，堆積如山,，這一直是煤礦系統(tǒng)一項重大的技術(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,，通過半年井下試驗無剝離，狀態(tài)良好,，可以繼續(xù)使用到第二,、甚至第三個檢修期，而且新涂料又適用于局部缺陷的就地修補,�,？梢灶A(yù)計，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),。
2 v" L9 ^3 Y7 B, M$ g' t: 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。（!）靜配合部位0 g( K: g" B( q/ u. A" e' y* l$ p% U
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。由于長年運行顛簸變形,，造成結(jié)構(gòu)松動,，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畫線,、鉆孔,、鉸孔、重配螺栓,。而采用精密涂層技術(shù)修復(fù)時,，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，幾個面一次完成,，接觸面同時達(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，削弱沖擊和震動的危害,。而且進(jìn)一步避免了金屬接觸面銹死的問題,。德國在用粘結(jié)劑代替壓裝車輪和輪軸的試驗中，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)過一個檢修期的運用，狀態(tài)不變,，保證了繼續(xù)運行,。可見,，如果采用精密涂層技術(shù)來修理數(shù)以萬計的現(xiàn)有車輛，以提高其性能,，滿足提速增載的需要,，比設(shè)計制造新車要及時、現(xiàn)實得多,。例％機(jī)車閥動裝置各傳動桿的兩叉部,，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,，必須同時達(dá)到50%以上，并留有!''以上的緊余量,。常規(guī)修理時要先鉸孔,，錐度螺栓全部更新，按鉸孔后的尺寸現(xiàn)配,，對號入座,，再由鉗工反復(fù)刮研到位，工序多,，周期長,。采用精密涂層技術(shù)修復(fù)時，舊的錐度螺栓可以成批修正儲備,，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。1 c" y. l- s4 E k1 A7 v+ l
�,。�2）動配合部位
" T+ n$ W1 M. t; g* V {+ P 例1,，一般滑動摩擦副，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,，舊滑塊大部分報廢。若使月牙板與滑塊備品和新造時一樣,，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,，半成品儲備量大,。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，至少可以保證一個檢修期間不需要磨修,，為全國機(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,。" H j4 ], e! m3 u A2 M 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)。- `* Y( m/ ]1 }- ~# n8 G* ?3 d
例2.,。重載低速,、往復(fù)運動摩擦副，如機(jī)車動輪軸箱和平斜鐵,，游動板摩擦副,，工作壓力)
8 x1 n. k0 n2 u* `: z& O/ x, S 50噸平均7MPa,往復(fù)運動。六個機(jī)務(wù)段參與了精密涂層試點,，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!!臺機(jī)車上,，裝100塊左右涂層游動板,，各進(jìn)行了10萬公里左右的試驗。結(jié)果涂層的游動板及其對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的刀花。而未涂層的游動板或平斜鐵及其對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。( o* R, k3 J+ y( }4 M i6 V9 n
例3 ,，重載低速,，旋轉(zhuǎn)運動摩擦副，如橡膠廠煉膠機(jī)的軋輥軸承，材質(zhì)原設(shè)計為青銅,，用多個穩(wěn)釘固定在軸箱體上,，以免在輥碾力下松動。其工作軸壓為44t軸頸為250x200,。在采用精密涂層技術(shù)修理時不用 銅瓦,，直接在軸箱體上涂層，也無需穩(wěn)釘,。經(jīng)過4個月雙班運行后檢查,，幾乎無磨損。繼續(xù)試驗中,，由于連續(xù)1天忘了給油而燒損（如果用青銅軸承,，缺油幾小時就燒了），但涂層在軸箱上粘合牢固,，直至燒損也未轉(zhuǎn)動。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)口的特薄型滾動軸承,，不僅可以節(jié)約數(shù)以萬計的美元外匯，而且可以使采煤機(jī)設(shè)計得更輕,，體積更小,。1 |' a. G( h5 j$ U
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,，因此一時還不能直接滿足高速重載摩擦副的需要。必要時可以采取一些散熱,、導(dǎo)熱措施,，如加大給油量，涂層中鑲嵌銅鋼網(wǎng)等,。
y1 T" ~7 n% o7 O$ M) B5 u5 D. ? 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量的工作面,，如焊后慣性裂紋的搖桿側(cè)面,，動輪組裝狀態(tài)下不許補焊的曲拐銷轂面等，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更好,。相信隨著復(fù)合材料,，例如納米級復(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愈來愈高,。
9 D) H6 D. m4 q+ G) G' R 【三】精密涂層技術(shù)的優(yōu)點0 W b* j- R: a& o u7 b
�,。�1）在簡化甚至無需機(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、往返搬運和等待加工的時間,。
4 `/ e) T5 T9 w+ ^) u, C& w �,。�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)對磨件少磨損，減少摩擦副的修換率,，保證操作輕松靈活,。9 K7 ?* Y, j9 H3 h- ]; l" Q
（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。
l: I$ \$ F5 v+ x$ I7 }+ { �,。�4）減少單件修復(fù)修配的范圍,，對修換率高的零件，實現(xiàn)批量修復(fù)。: w9 U% `. Z3 X( J9 ^( e2 F* }, A
�,。�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,，對靜配合面來說，可以大大提高整個結(jié)構(gòu)的抗震,、抗沖擊能力,。對動配合面來說，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)造出高于原制造時的新水平。. s7 g+ Q& \0 H# q+ o1 V# [; i
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4 r5 H4 g8 R: x 作者簡介：范哲（1920）,，男，高級工程師,，研究方向：復(fù)合材料及其8 n; ?1 ~: S9 I b, S
精密涂層技術(shù),。# J8 q4 l/ k/ l+ l* r! A/ g$ e
收稿日期：2001-11-13 J8 [* D- }# r$ |) [
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樓主: zhef84
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