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机床导轨粘补技术的应用

发布时间：2012-09-27 浏览次数：681

　　摘　要：针对机床导轨工况条件，研究了活化填充聚四氟乙烯板粘补技术及抗剪切、抗机油、皂化液侵蚀的性能，结果表明，与其它氟塑料粘结技术相比，活化填充聚四氟乙烯板粘补技术抗剪切强度高，抗机油和皂化液侵蚀性能好，并成功地应用于车床和磨床导轨粘补修复。
　　关键词：机床导轨；粘补技术；聚四氟乙烯；抗剪切强度；抗侵蚀性
　　机床导轨受磨损超过一定程度，将直接影响加工精度。在机床修理时，电机、变速箱、主轴、刀架等均可更换，唯有导轨与床身连为一体，不可更换，导轨受磨损或划伤后的修复是机床维修的关键环节。为延长机床使用寿命，降低设备运行成本，国内外先后发展了粘结、刷镀、热喷涂、镶嵌等机床导轨修复技术，收到了一定效果。但至今仍存在许多不足，如导轨材质为铸铁，刷镀、热喷涂覆层结合欠牢固，易剥落，并且成本高；镶嵌法适用于局部凹坑修补，对大面积薄层修补难奏其效；粘结法简单易行，以氟塑料板代替金属板粘补导轨已成为世界研究热点，但目前商用粘结剂和粘结板存在润湿性差、结合力低、易变形、翘曲等问题。我们结合机床维修实践，探讨了用活化填充聚四氟乙烯板粘补导轨的粘结剂和粘补工艺参数，经多年实际应用，取得了良好效果。
　　1　实验材料和方法
　　1.1 实验材料　
　　粘补材料采用活化填充聚四氟乙烯板，这种材料具有优异的耐磨、抗蠕变、自润滑、抗压、尺寸稳定等性能。活化填充聚四氟乙烯板粘结面活化剂采用钠一萘离子络合物（配方为钠与萘重量比1∶5，150g钠萘混合物溶于1L无水四氢呋喃，隔绝水分与空气贮存，以防钠爆炸），铸铁导轨表面活化剂采用碘化钾—磷酸水溶液。粘结剂采用自配的双组分聚氨酯胶。
　　1.2 活化填充聚四氟乙烯板的表面处理
　　（1）用丙酮擦拭；（2）用钠一萘离子铬合物擦拭10min；（3）用丙酮洗除残留络合物；（4）用去离子水冲刷掉残留物；（5）用电吹风吹干。
　　1.3 导轨的表面处理
　　（1）刨平轨面，用砂纸打毛；（2）用喷灯烘烤除油；（3）用3%磷酸三钠和3%硫酸钠水溶液刷洗除油；（4）用去离子水清洗掉残留物；（5）用含50g/L碘化钾的50%磷酸水溶液刷洗，使表面形成一种特殊的氧化铁层；（6）用去离子水清洗掉残留物；（7）用电吹风干燥。
　　1.4 粘结
　　将聚氨酯胶涂于经表面活化处理的导轨粘补处和活化填充聚四氟乙烯板上，贴合，加压5×104~10×104Pa，室温固化24~30h，去压，用刮刀等工具修整工作面及边角。
　　1.5 剪切试验和耐侵蚀实验
　　在上述粘补技术用于机床维修之前，考虑到机床导轨付之间长期的往复摩擦力对粘结界面构成剪切力，粘结界面还长期受润滑油和切削冷却用皂化液的浸泡，首先进行了试样剪切试验和耐侵蚀试验。
　　剪切试验采用ASTMD1002搭接剪切试件标准，制作铸铁和活化填充聚四氟乙烯试块，尺寸均为93.5mm×25.4mm×16mm，搭接面长度为30mm。粘结试样5件，在拉伸试验机上进行试验，计算剪切强度，并与以往机床维修中常用的粘结方法进行比较。
　　耐侵蚀试验以20号机油和皂化液为介质，分别浸泡剪切试件5件，浸泡时间为240h，观察剪切强度的变化。
　　2　实验结果
　　2.1 剪切强度
　　实验结果如表1所示。结果表明，用自制聚氨酯胶和本实验方法进行粘结，抗剪切强度优于其它常用的氟塑料粘结剂和粘结方法。

表1 粘结剂对剪切强度的影响 MPa

　　2.2 耐侵蚀实验
　　实验结果如表2所示。结果表明，经240h浸泡后，各粘结界面剪切强度均未受影响。可以认为，本粘结技术适用于机床导轨工况条件，并具有抗剪切强度较高的优势。

表2 侵蚀后的剪切强度 MPa

　　3　应用
　　3.1 车床导轨粘补
　　自1997年开始，在普通车床大修中，采用了活化填充聚四氟乙烯导轨板粘补技术，至今已修理12台，其中8台采用本技术。具体做法是：床身导轨用导轨磨床加工后，将大溜板导轨面修整。若拉伤较严重，则刨削加工。根据三杠下移情况，确定粘结活化填充聚四氟乙烯导轨板的厚度，按本实验方法进行粘结。这样做的目的是使进刀箱、溜板箱及三杠位置不发生改变，减少了大修工时和更换零件费用。
　　经过几年的使用，用其它粘结技术修复的4台车床，粘补板已变形、翘曲，只好拆除更换，而用本技术粘补的8台车床，床身导轨无明显磨痕和变形，仍在正常使用。
　　3.2 磨床砂轮架导轨付粘补
　　运用车床导轨粘补的成功经验，利用活化填充聚四氟乙烯板和自配聚氨酯胶对一台旧M1432磨床进行精化改造尝试。其方案是，将磨头部分原动压轴承改为静压轴承，床身及砂轮架导轨付用本粘补技术粘补。原工作台导轨有轻度拉伤，床身与工作台导轨精刨后，床身导轨按工作台导轨配磨。因V型导轨为90°，故选1.5mm厚板粘结平导轨，用1mm厚板粘结V型导轨，按本粘结技术进行粘补，完全固化后修边刮研，使运行精度达到要求。砂轮架原为滚动导轨，为保持原砂轮架与工作台相对位置不变，经计算先粘贴了钢板，后粘补活化填充聚四氟乙烯板。通过对两导轨付的改造，消除了工作台低速爬行现象，提高了砂轮进给阻尼，增强了吸振能力，为提高磨床加工精度和光洁度奠定了基础。经3年运行，未出现异常。
　　4　结论
　　4.1 该粘结工艺和材料合理可行，所用粘结剂和工艺对活化填充聚四氟乙烯板和铸铁进行粘结，抗剪切强度可达15～18MPa，优于其它常用氟塑料粘结技术，界面抗机油和皂化液侵蚀。
　　4.2 粘补材料和技术适用于车床和磨床导轨付修补，具有较高的实用价值，有望在其它机床和机械设备上推广应用。