Файл: Вуколов В.М. Детали из пластмасс в пневмогидравлических системах.pdf

оборудовании с автоматизацией производственных процессов, Все это делает их весьма перспективным материалом и во многих случаях полноценным заменителем металла. Однако совершенно необходимо в каждом отдельном случае знать и учитывать особые свойства полимеров для определения возможности правильного их использования. Одна из положительных особенностей поли­ мерного уплотнителя в соединениях трубопроводов — достиже­ ние герметизации неподвижных соединений за счет более полного эффекта самоуплотнения при минимальном предварительном об­ жиме прокладки во время ее установки в соединение. Так, при применении полимерных линзовых уплотнений не требуется боль­ ших усилий для создания полной герметизации соединения. При определенном конструктивном исполнении соединения поли­ мерные линзы значительно снижают динамические напряжения в трубопроводах. Изготовление полимерных линз по сравнению с металлическими проще. Например, изготовление линз из капролона и фторопласта производится на токарном станке обычными резцами. Линзы из других полимерных материалов изготавли­ ваются в пресс-формах. Опыт эксплуатации пневматических и гидравлических систем высокого давления показал, что такие материалы, как капролон, поликапролактам, полиформальдегид, смола П-68 и др. с успехом можно применять в уплотнитель­ ных устройствах в системах самого различного назначения. На ряде предприятий нашей страны уже созданы металлопластмас­ совые клапаны, которые после всестороннего испытания внедрены в серийное производство и успешно применяются при изготовле­

происходит износа седла, а сами клапаны имеют большую эро­ зионную стойкость. Вследствие этого металлопластмассовые кла­ паны значительно повышают работоспособность арматуры в целом. Кроме того, металлопластмассовые клапаны с полимерными уплот­ нителями удобны в эксплуатации: при выходе из строя клапана из-за вымывания уплотнителя возможно неоднократное подрезание торца клапана (четыре-пять раз) и повторная установка клапана в вентиль.

Невысокие требования предъявляются и к обработке уплот­ нительных поверхностей.

Применение полимерных направляющих втулок вместо брон­ зовых также позволило успешно решить ряд вопросов экономи­ ческого и технического порядка. Эксплуатация мощных силовых гидроцилиндров (грузоподъемность 100 т и выше) связана с раз­ ными трудностями вследствие интенсивного износа не только бронзовых направляющих втулок, но и стальных цилиндров дом­ кратов. При работе гидродомкратов на поверхностях бронзовых втулок и цилиндров уже через 5-— 10 циклов появляются надиры глубиной до 0,5 мм. Одна из причин этого— попадание в гидро­ систему частиц металла. Изменить условия работы направляю­

62

щих втулок конструктивными мерами оказалось очень сложно. Применение же конструкции сталь— пластмасса помогло ликвиди­ ровать указанный недостаток. Правильный конструктивный вы­ бор такого узла (например, армированная втулка) дает возмож­ ность выгодно сочетать высокие эксплуатационные свойства обоих материалов.

В настоящее время капролоновые втулки испытаны в широком диапазоне температур, удельных давлений, скоростей скольже­ ния. Установлено, что полимерные втулки в силовых цилиндрах гидросистемы высокого давления увеличивают их долговечность в несколько раз благодаря резкому уменьшению износа не только самих направляющих втулок, но и цилиндров, и штоков, и рези­ новых уплотнений.

Таким образом, благодаря своим физико-механическим и хи­ мическим свойствам уже в настоящее время синтетические мате­ риалы могут широко использоваться в машиностроении не только как заменители цветных металлов и сплавов, но и как самостоятель­ ные конструкционные материалы.

Тем не менее применение полимеров в гидросистемах еще тормо­ зится, так как недостаточно их производство, отсутствуют расчет­ ные данные для создания тех или иных конструкций, не разрабо­ таны методики проектирования уплотнений из пластмасс. В на­ стоящее время совершенно отсутствуют нормативные данные по применению пластмасс в машиностроении. Поэтому проектиро­ вание пластмассовых уплотнений необходимо производить, ис­ пользуя практические данные многих исследований. Целесо­ образно проектирование осуществлять на основе испытаний, проводимых при тех условиях, в которых будет работать уплот­ нение. Причем представляется более правильным принимать в расчет те параметры, которые по своим качествам давали ос­ нование сделать принципиальное заключение о возможности использования выбранного материала в качестве уплотняющего элемента в системах высокого давления.

Прежде чем приступить к расчету и конструированию детали, необходимо располагать данными о том, какую функцию должна выполнять готовая деталь и при каких условиях она будет рабо­ тать. Так как объем требуемой информации может быть весьма обширным, то для ее сбора целесообразно использовать специаль­ ный контрольный лист, с помощью которого конструктор может рассмотреть и учесть в расчете все основные требования, предъяв­ ляемые к детали. Использование контрольного листа особенно полезно для конструктора, который впервые сталкивается с пла­ стмассами, так как этот лист может служить не только руковод­ ством для расчета и конструирования требуемой детали, но и вы­ ступать в качестве своеобразной справочной таблицы, иллюстри­ рующей возможности применения пластмасс. При конструиро­ вании всех пластмассовых изделий необходимо учитывать рабо­ чую температуру. В расчетах в качестве исходных параметров

63

могут быть использованы основные показатели механических свойств, полученных при комнатной температуре. При более вы­ сокой температуре следует использовать соответствующие проч­ ностные показатели материала. Таким образом, может быть га­ рантирована удовлетворительная работа пластмассовой детали при заданной температуре. Если известен диапазон колебаний рабочей температуры, то использование показателей, соответствую­ щих самой высокой температуре, обеспечивает достаточный коэф­ фициент запаса прочности. Следует отметить, что такое же из­ менение прочности происходит у металлов, но обычно его не учитывают, так как степень изменений в металлах в области тем­ ператур, в которой обычно используются пластмассы, ничтожно мала.

Окружающая среда также играет важную роль при расчете пластмассовых деталей. Например, некоторые пластмассы спо­ собны в процессе работы поглощать определенное количество атмосферной влаги. Это может привести к изменению как меха­ нических свойств, так и размеров деталей. Для таких материалов при конструировании необходимо учитывать возможные условия применения. Подробные данные о свойствах этих материалов при различных условиях можно получить от завода-изготовителя пластмасс.

На некоторые пластмассы неблагоприятно действуют опре­ деленные масла, смазки и другие материалы, с которыми в про­ цессе хранения или эксплуатации может соприкасаться рассма­ триваемая пластмассовая деталь. Поэтому при выборе пластмас­ сового материала стойкость к таким воздействиям должна прини­ маться в расчет.

Во многих случаях окончательно выбрать полимерный ма­ териал и конструкцию детали следует лишь после тщательного испытания, чтобы гарантировать ее работу при разнообразных условиях.

Фактор, действие которого также следует учитывать при вы­ боре материала, *— это время действия нагрузки и скорость на­ гружения детали. Это одна из трудноуловимых характеристик любого материала, ибо в большинстве случаев очень трудно опре­ делить точно, какая динамическая нагрузка будет действовать в реальных условиях и как она будет воздействовать на деталь, а существующие методы позволяют рассчитать только геометри­ чески простые детали.

§ 10. Методы изготовления деталей из полимеров

Необходимый уровень безотказной работы пневмогидравлических агрегатов должен обеспечиваться при изготовлении уплот­ нительных устройств и поддерживаться в процессе их эксплуата­ ции путем организации рациональных и простых ремонтов. Ос­ новным критерием для оценки надежной работы агрегата

64

является время, за которое герметичность соединения не нару­ шится больше нормы.

Проблема обеспечения полной герметизации пневмогидравлических систем — одна из главных в их создании. Практика пока­ зывает, что нарушение герметичности является первой причиной неполадок в работе пневмогидравлических и гидравлических си­ стем. Особенно это относится к системам, предназначенным для работы в условиях высоких температур и давлений рабочей среды. Поэтому основные требования к изготовлению уплотнений выте­ кают из их назначения: препятствовать утечке воздуха или жидкости, находящихся под некоторым избыточным давлением, через зазор в стыке двух неподвижных или перемещающихся отно­ сительно друг друга жестких поверхностей деталей арматуры. Это достигает'ся созданием нулевого или малого зазоров между уплотнительными поверхностями.

Уплотнения трубопроводной арматуры при всем их разно­ образии могут быть разделены на три основные группы: клапан­ ные (между клапаном и седлом); уплотнения манжетой (не регу­ лируемые, с двумя уплотнительными поверхностями) и уплотне­ ния с помощью прокладок.

Уплотнения указанных групп могут быть изготовлены двумя способами: литьем под давлением и обработкой резанием. В наи­ более тяжелых условиях в процессе работы находятся уплотне­ ния первой группы. Причем клапанные устройства будут рабо­ тать достаточно надежно при выполнении ряда факторов, одним из которых является создание качественных уплотнитель­ ных поверхностей. Чем выше класс чистоты поверхности, тем больше плотность прилегания клапана и седла, а следовательно, тем меньше усилие, действующее на клапан, требуется для созда­ ния герметичного соединения. Примером может служить работа клапана в редукторе высокого давления. Поэтому при изготовле­ нии уплотнителей клапанного типа необходимо учитывать уро­ вень обработки уплотняющих поверхностей. Рассмотрим два основных способа изготовления пластмассовых уплотнителей в ар­ матуре пневмогидравлических систем высокого давления.

Получение пластмассовых уплотнителей методом литья под давлением

Литье под давлением является наиболее высокопроизводитель­ ным и совершенным методом изготовления полимерных уплотни­ телей. Этим методом на специальных автоматических литьевых машинах перерабатывают обычно термопластичные материалы (полиэтилен, полипропилен, полиформальдегид, поликапро­ лактам и другие полиамиды). Так, способность полиформальде­ гида быстро затвердевать является очень ценным свойством при его переработке. При литье под давлением полимер выдерживается в форме короткое время. При этом получаются детали с минималь­ ными внутренними напряжениями.

Изделия, получаемые методом литья под давлением, имеют точные размеры, очень чистую поверхность и не требуют последую­ щей механической обработки (за исключением удаления литни­ ков и подрезки уплотнителя после сборки его с корпусом клапана). Процесс получения изделия длится 5-—20 с. В связи с малой длительностью процесса все операции изготовления изделия должны точно регламентироваться при строгом соблюдении ре­ жимов процесса литья под давлением, что достигается исполь­ зованием специальных автоматических литьевых машин.

Особенно перспективен этот способ для изготовления мелких уплотнителей, а также полимерных прокладок сложной конфи­ гурации. Внедрение производства уплотнений методом литья под давлением на предприятиях машиностроения не связано с за­ тратами на приобретение специального оборудования и освоение сложных технологических процессов. Наличие раковин не всегда означает, что деталь имеет дефекты. Большинство термопластов в толстостенных деталях при остывании образуют пузырьки и раковины. Основным критерием браковки детали с раковинами является опасность разрушения, которому может способствовать раковина. Следует четко указать те части детали, в которых не допускается наличия раковин. Требование полного отсутствия раковин может значительно увеличить стоимость детали [11].

Получение пластмассовых уплотнителей резанием

Как известно, пластмассы поддаются всем видам обработки резанием, которые выполняют на обычных металлорежущих стан­ ках. Этим методом изготавливают обычно уплотнители из капролона, фторопласта, поликапролактама и т. д. Для получения необходимого качества уплотнительной поверхности очень важен выбор режима резания и инструмента, причем при обработке рекомендуется учитывать специфические физико-механические свойства пластмасс: низкую теплопроводность, относительную мягкость и др. Скорости резания и подачи, глубина резания для большинства пластмасс остаются приблизительно равными вели­ чинами, принятыми при обработке латуни и меди.

Благодаря низкому сопротивлению резанию пластмасс по сравнению с металлами их обработку можно производить на по­ вышенных скоростях резания и подачи. Это может быть достигнуто за счет допускаемой силы резания, которую регулируют умень­ шением толщины снимаемой стружки и быстрым ее удалением из зоны обработки, а также путем заточки инструмента. Однако вследствие низкой теплопроводности пластмасс в полной мере использовать возможности скоростного режима резания не удается. Значительное количество накопленного тепла в детали, сильный разогрев инструмента и детали становится опасным, особенно для термопластичных материалов. Для ликвидации этого необходимо увеличить задний угол в режущем инструменте,

66