Эффективность применения композиционного материала в подшипниках опор валков



В данной статье приведены материалы о структуре полимерно-композиционных материалов, применение композиционного полимерного материала в подшипниках опор валков, оптимальное соотношение антифрикционной композиции для применения в оборудовании подготовительного производства, улучшения антифрикционных свойств полимерно-композиционных материалов.

Ключевая слова: антифрикционные свойства, полимерно-композиционных материал, подшипник, фторопласт, графит, стекловолокно

Технологическое качество производимых изделий, как комплексный показатель, определяется множеством факторов, в том числе точностью ориентации движения материалов при промере, разбраковке, настилании для раскроя, их напряжённо-деформированным состоянием и т. д.

Снижение уровня напряжённо-деформированного состояния материала, рациональность его расхода, прежде всего, связано с технологическим уровнем выполнения подготовительных процессов и обеспечением их современными техническими средствами. Решение этих вопросов возможно на базе обоснованного выбора критериев качества процессов, технологических режимов обработки материалов и параметров функционирования технических средств и применении эффективных способов восстановления швейного оборудования с помощью композиционных полимерных материалов.

Современные полимерные материалы способны за короткий промежуток времени восстановить работоспособность швейного оборудования, с минимальными затратами ресурсов, при этом повышая точность ориентирования материалов на намоточно-размоточном оборудовании. Однако существующие недостатки на компоненты полимерных материалов, нехватка и несовершенство технологического оборудования необходимого при ремонте и восстановлении, а также недостаточная изученность проблемы применения новых композиционных материалов в швейном оборудовании, требует более детального рассмотрения существующей проблемы применения этих материалов в оборудовании швейных производств.

Для быстрого восстановления изношенных узлов машин необходима разработка эффективных мероприятий, реализация которых на стадиях создания, эксплуатации и восстановлении позволила бы существенно увеличить срок их службы, тем самым увеличить надежность и работоспособность в течение длительного времени, что, несомненно, приведет к экономическим выгодам швейных предприятий.

Основные направления исследований, заданные на увеличение и сохранение износостойкости и надежности узлов трения машин и оборудования, можно подразделить на производственно-эксплуатационные, конструкторско-технологические и материаловедческие или микроструктурные.

Помимо существующих традиционных материаловедческих способов восстановления и ремонта машин, таких как применение различных новейших масел и присадок к ним; изготовление деталей и узлов трения из порошкообразных материалов (порошковая металлургия) с добавлением графита, фторопласта, керамики и т. д.; создание сопрягаемых поверхностей из чугуна, металла и цветных металлов, в различных комбинациях, в виде напыления и конструкционных вставок; и т. д. существует способ восстановление изношенных деталей с помощью полимерных композиционных материалов.

Применение композиционных материалов позволяет упростить и облегчить конструкцию, сэкономить дорогостоящие цветные металлы и смазки, снизить трудоемкость технического обслуживания и ремонта, уменьшить потери на трение и повысить износостойкость, расширить диапазон эксплуатационных режимов работы оборудования, увеличить долговечность и другие показатели.

Полимерные композиционные материалы представляют собой искусственные материалы сложной структуры, состоящие из полимеров и других мономатериалов с резко отличающимися свойствами приобретающие в результате такого сочетания различными направленными свойствами /3/. На макроструктурном уровне материальная модель полимерных композитов делится на две подсистемы: матрицу, к нему относится смола, отвердитель и добавки, так называемая непрерывная фаза, и включения в виде крупных, мелких, волокнистых, гранулированных и других, наполнителей, в виде дисперсной фазы.

Долговечность полимерных покрытий зависит от свойств материала как адгезия, температура, механические напряжения (возникающие на границе раздела фаз), полимерное связующее, металлический субстрат и др.

Проблема адгезии полимерного связующего к металлическим и неметаллическим субстратам занимает ведущее место в технике. Адгезионная прочность зависит от множества факторов, а изучение этих факторов и их взаимосвязи весьма затруднено. Кроме адгезионной прочности на целостность полимерного покрытия влияют циклические нагрузки. В этом случае полимерное покрытие теряет свои упругие свойства, становятся более хрупкими. Хрупкое разрушение полимерного покрытия наступает также под действием высоких и низких температур.

Улучшение адгезии, жесткости, стабильности размеров и износостойкости полимерного покрытия достигается специальной обработкой виброрезанием синусоидальных канавок, образованием виброрефлений, нарезанием буртов. В таких конструкциях сочетаются признаки каркасных, слоистых и протекторных материалов.

Перспективы развития композиционных полимерных материалов говорят об их больших внутренних запасах и не исследованных возможностей материала. Ведь детали из полимерных материалов и их композиций в большинстве своем дешевле металлических. Так при замене черных металлов трудоемкость процесса снижается в 5–6 раз. При замене цветных и особо дефицитных металлов себестоимость изделия снижается в 4–9 раз. Поэтому создание новых технологий на основе полимерных композиционных материалов является на сегодняшний день весьма актуальной проблемой большинства крупных и мелких швейных предприятий.

Проведенный анализ закономерности изменения коэффициента трения и изнашивания композиционных полимеров на основе реактопластов и фторопластов позволило определить направление дальнейшего развития антифрикционных полимерных материалов, обладающих высокой стойкостью к износу.

Качество швейного изделия формируется и в значительной степени определяется операциями раскройно-подготовительного производства и зависит от технического состояния оборудования, которое существенно меняется в процессе его эксплуатации вследствие износа поверхностей трения основных сопрягаемых деталей.

Развитие технологий изготовления композиционных полимерных материалов свидетельствуют об их больших внутренних ресурсах и эксплуатационных возможностях. Создание новых методов изготовления новых антифрикционных полимерных композиционных материалов является востребованным для подготовительного оборудования швейных отраслей.

Для оптимизации процесса восстановления опорных подшипников направляющих валков необходимо использовать вышедшие из строя подшипники, точнее только их внешние кольца с уже существующими посадочными размерами для опор. Втулка на вал изготавливается с учетом радиально-осевых нагрузок и технологического зазора необходимого под композиционный материал, в данном случае не более 5 мм на сторону.

Полимерно-композиционный материал для применения подготовительного оборудования швейных отраслей изготавливается в следующем порядке: совмещение эпоксидной смолы и фенол-формальдегидной смолы. Роль фенол-формальдегидной смолы заключается в отверждении эпоксидной смолы при температуре 160...180°С, катализатором этого процесса служит 13 %-й раствор аммиака; введение тщательно подготовленной смеси из фторопласта марки Ф-4Д (50 %) и антифрикционного коллоидного графита марки ГС-1 (50 %) в исходный полимер.

Процесс совмещения антифрикционных присадок происходит механическим путем до получения однородной массы. По окончании необходимо произвести удаление надсмольных вод с помощью пресса, под давлением 20 МПа, которые могут составлять более 1/2 части от всей массы материала; введение порошкообразной меди в композит; введение в состав композита рубленного стекловолокна; формирование композита на внутреннюю поверхность композита с нанесением смеси на предварительно уложенную стеклоткань методом горячего прессования в форму, под давлением 160...200 МПа и температурой 160...180°С; после отверждения материала, в течение 24 часов, композит подвергается дополнительной термообработке в исходной пресс-форме под температурой 300°С; 15.Создание напряжения сжатия в поверхностном слое композита с помощью обратной втулки при температуре 100°С; сушка полученных образцов в течении 24 часов; насыщение на рабочую поверхность композита антискачкового масла ИГНСп-20 методом притирки.

Применение композиционного полимерного материала в подшипниках опор валков по результатам экспериментальных исследовании позволяет применять их в предельных температурах до 200°С, в предельных скоростях скольжения υ=3 м/с и нагрузках в пределах 2,5 МПА.

Оптимальное соотношение для композиции в массовых процентах составляет: эпоксидная смола ЭД-20 15 %, фенол-формальдегидной смолы ФФС 30, графит 10 %, фторопласт Ф-4Д 30 %, стекловолокно 10 %, медь 5 %.

Таким образом, анализ триботехнических свойств показал, что для улучшения антифрикционных свойств в матрицу ПКМ эффективно вводить систему наполнителей: фторопласт, графит, стекловолокно, пространственную арматуру. Комбинированные материалы или композиционные конструкции являются лучшей основой, сочетающей в себе жесткость и прочность формы, и несущие способности, низким трением износостойкостью современного полимерного композита.

Литература:

1. Иванов В. А., Теоретические принципы управления триботехническими свойствами и технологические основы производства эпоксидофторопластов и самосмазывающихся подшипников; Хабаровский государственный технический университет. Дисс. На соис.уч. степени д. т.н.; Хабаровск 2000 г.

2. Зыонг Минь Там.; Исследование и разработка методов изготовления машинных узлов и механизмов на основе применения композиционных материалов.; Дисс. к.т.н.; 05.02.08.; Московская государственная академия автомобильного и тракторного машиностроения