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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械工程師雜志文章
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% B4 Q7 M/ Y G* O8 N. x 精密涂層技術(shù)的應(yīng)用! }/ r( y+ y. ?
范哲
7 g# I$ [* e; Z1 b6 o 《安徽銅陵鐵路車輛廠，安徽銅陵244142》
" H" g, l* i7 `) g; p$ ^ 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。5 T5 o+ C4 n9 v/ |4 |) h; E; H( H* i
關(guān)鍵詞：修理模式；熔焊；精密涂層；
4 s: d! D6 ^0 {) N1 M/ ^ 中圖分類號：-.++/文獻(xiàn)標(biāo)識碼：0文章編號：#""!1!$$$（!""!）"$1""#+1"$
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6 w. E- a0 N0 K* Q0 L 【一】機械三階段修理模式存在的問題( ]. |* x" p& T6 o
20世紀(jì)以來，熔焊技術(shù)的發(fā)展，把機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械修理模式。但是這種模式存在著下述主要問題：- h& W m1 H$ e* A0 a# X4 p
�。�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)。
5 ~ L8 l+ q6 e �。�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)濟效益差。+ [4 o! y/ n: ^ y( V
�。�3）鉗工修配量大加工后的零部件工作面與相對應(yīng)的機械工作面，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：在修理蒸汽機車中，為了消除機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。
; _! i6 r4 \1 g' ]: C' X 【二】"精密涂層技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用實例
4 j# P; r g- [! B% U 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、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" M6 e! D S+ w- l+ m9 X X
。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。可以預(yù)計，精密涂層技術(shù)進(jìn)入液壓支柱及各種機械液壓缸修理領(lǐng)域的日子已經(jīng)不遠(yuǎn)。
! I \9 _& Z$ ~7 m4 k9 k' `5 L 鐵道工業(yè)在蒸汽機車機械設(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 h) j# S6 H3 w2 @
例!蒸汽機車雙軸導(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�？梢�，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。7 W7 [) n1 @$ k2 {! N7 I* G, j: F+ ^
�。�2）動配合部位 O; v) N1 N+ m! ~& q* L0 C2 {+ u5 _
例1，一般滑動摩擦副，如表面滲碳淬火的機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，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。
7 T& j6 q! @! P2 ^' e6 A 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)。9 [5 a) @! b% n: G. u# z
例2.。重載低速、往復(fù)運動摩擦副，如機車動輪軸箱和平斜鐵，游動板摩擦副，工作壓力)( n1 X% Y: q( t9 n4 j3 A& N
50噸平均7MPa,往復(fù)運動。六個機務(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。
! ]( P. b" ~1 |; p/ M* n8 I 例3 ，重載低速，旋轉(zhuǎn)運動摩擦副，如橡膠廠煉膠機的軋輥軸承，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，而且可以使采煤機設(shè)計得更輕，體積更小。/ S5 s* j9 n9 H; b9 p9 Q$ w2 o
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。7 x- c5 `2 v" y! B9 I2 L# Y
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。+ u# }9 _$ I( a! d, T
【三】精密涂層技術(shù)的優(yōu)點+ x! i& T& R+ ~9 x8 M8 e N
�。�1）在簡化甚至無需機床加工、鉗工鑲配的條件下獲得機床加工、鉗工鑲配難以達(dá)到的機械精度。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。$ t7 }5 W" ?4 G: @- o; D
�。�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。從而降低或消滅機械拉傷、燒損、機床爬行、能源及油脂消耗。保護對磨件少磨損，減少摩擦副的修換率，保證操作輕松靈活。
( L" S* a+ d% _: C S4 H( z P" D# z �。�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。
/ i$ _" K* K$ i X% V+ _7 Z �。�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)。7 y/ G6 d+ @, l: }" U
�。�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。+ n8 l) {" [! s& d+ |$ K1 h- s
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作者簡介：范哲（1920），男，高級工程師，研究方向：復(fù)合材料及其
( {" o9 g5 X# D* ? 精密涂層技術(shù)。
4 b8 N6 M$ x. I7 o9 S- l3 \5 n$ I* J 收稿日期：2001-11-13
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