Рекомендации по применению наполненных фторопластовых материалов.

Применение наполненных композиционных материалов на основе фторопласта-4 (ПТФЭ) позволяет решать  ряд научно-технических проблем, связанных  с разработкой узлов трения, работающих без смазки, в условиях агрессивных сред, глубокого вакуума в диапазоне температур от  -260 до +260 °С.

Использование узлов и деталей  из  наполненных фторопластов Ф4К20, Ф4К15М5, Ф4С15, Ф4К15УВ5, Ф4УВ15, Ф4УВ20, АФГМ и др. дало возможность значительно повысить  классность машин и приборов. Ниже приведены примеры наиболее широкого использования материалов на основе фторопласта.

Подшипники.

Для подшипников работающих при высоких нагрузках и повышенной  начальной температуре окружающей среды используются тонкостенные ленточные подшипники.

Ленточный подшипник представляет собой  обойку из металлического листового материала, в которую вкладывается  лента из наполненного фторопласта. Вместо металлической обоймы можно сделать соответствующую высоту в обойме самого подшипника или на валу. Глубина  выточки или загиб краев обоймы должны быть не более 1/2 – 1/3 толщины ленты. Например, 0,25 мм для металлической ленты 0,4 мм. Для ленточных подшипников применяют от 0,4 до 1,5 мм. Так, для подшипников с внутренним диаметром 13 мм используют ленту 0,4 мм, для подшипников  диаметром более 75 мм используют ленту  1,5 мм. Отрезок ленты необходимой длины обрезают с концами прямыми, косыми или шевронными - все эти разрезы пригодны для вращающихся валов, а для возвратно-поступательного движения лучше шевронный разрез.
Фторопластовая лента отрезается по длине с точностью ±0,2 мм, при вкладывании ленты в обойму должен оставаться зазор для расширения ленты при нагреве от 0,15 до 0,6 мм в зависимости от диаметра. Так как в ленточном подшипнике  абсолютная деформация под нагрузкой невелика, то максимальная нагрузка  допускается выше, чем для пассивного подшипника примерно 1,5-1,75 кН.

Поршневые кольца.

Наполненный фторопласт 4 (ПТФЭ) в виде поршневых колец работает  в сравнительно благоприятных условиях: охлаждение поверхности трения просто и эффективно – влагой (водой). Материал цилиндра компрессора оказывает большее влияние на износ колец. Чистота обработки поверхности цилиндра должна быть не ниже 0,08 мм. Зазор между  цилиндром и поршнем рекомендуется делать 0,5 мм. Поршневые канавки для уплотнительных  и направляющих колец должны быть строго перпендикулярны к оси поршня, с гладкими плоскопараллельными боковыми стенками. Осевой зазор  между кольцом и канавкой должен быть таким, чтобы кольцо  при максимальном нагреве не заклинивало. Число  уплотнительных колец зависит от разности давления.

Материал колец выбирается в зависимости от сжимаемых газов и разности давлений, приходящихся на одно кольцо, износостойкости и сроков непрерывной работы.

Кольца из композиции фторопласта 4 (ПТФЭ) с коксом  и искусственным графитом применяются при небольших разностях давлений, кольца из композиции ПТФЭ со стекловолокном при  высокой разности давлений. При этом композиции со стекловолокном и графитом используются для влажных газов.
Мы предлагаем вам купить графитопласт у нас по выгодным ценам. Кольца изготавливаются со ступенчатым разрезом, если применяются всего два или три кольца для разности давлений не более 2МПа – и прямым или косым разрезом, если применяются не менее трех колец. В этом случае разнос стыков должен быть не менее 900. Величина зазора в разрезе стыка должна быть такой, чтобы при максимальном нагреве кольца концы стыков сошлись вплотную. Кольца  без разреза применяются только при малых температурах и малых  скоростях скольжения, в механизмах, работающих с большими перерывами.

Размер выступа в ступенчатом разрезе должен составлять 2/3 толщины кольца с допуском ±0,35.
Перед обработкой композиционных материалов, заготовку следует  отжечь при температуре на 50-700С выше  максимальной рабочей температуры кольца, продолжительностью нагрева не менее 1,5 часа на каждый сантиметр толщины  заготовки, охлаждать заготовку со скоростью не более 250С/час.

Кольца из фторопласта диаметром до 650 мм изготавливаются цельными, больших размеров, сегментными с прямым или ступенчатым разрезом. Иногда в одну наковку изготавливают два кольца с половинной высотой с прямым или ступенчатым разрезом, разнесенным в противоположные стороны, с креплением штифтом против поворачивания.

Поршневые кольца из наполненного фторопласта 4 (ПТФЭ) обязательно снабжают пружинными расширяющими кольцами из нержавеющей стали. Пружинного кольцо должно давить  на поршневое кольцо небольшим давлением до 0,01-0,05 МПа.

Кроме поршневых колец часто ставят  направляющие кольца в особенности на горизонтальных или V-образных компрессорах. Материал направляющих колец обычно тот же, что для поршневых.
Поршневые кольца рекомендуется применять  из наполненных материалов до +160С.

Не рекомендуется применять поршневые кольца из наполненных материалов при средней скорости движения поршня более 0,5 м/сек.

Геометрические размеры поршневых и пружинных  колец для компрессоров приведены в таблице:

Износ колец считается нормальным, если он не более 0,1-0,2 мм за 1000 часов работы. Поршневые кольца из наполненного фторопласта 4 (ПТФЭ) должны выдерживать до полного износа не менее 10 000 часов работы, а для компрессоров низкого и среднего давления не менее 20 000 – 40 000 часов работы.

Направляющие станков.

Одной из самых значительных областей применения в машиностроении фторопластов как антифрикционного материала является использование их в качестве  накладных направляющих тяжелых станков.

Высокие техноэкономические показатели накладных направляющих  из наполненных фторопластов: низкий коэффициент трения, высокая износостойкость, легкость обработки, заменяющие цветные сплавы, вывели их на первое место  по применяемости в станках с особо высокими требованиями равномерности подачи, точности позиционирования, длительному сохранению геометрической точности в процессе их эксплуатации.

Отечественным антифрикционным материалом из наполненных фторопластов для изготовления  направляющих является композиция Ф4К15М5. Исследования характеристик трения в большом интервале скоростей показали,  что коэффициент трения наполненных композиций Ф4К20 и Ф4К15М5 в паре с закаленной сталью не превышают 0,06-0,08, а по чугуну 0,09-0,12.

Относительная износостойкость  различных пар трения, направляющих скольжение станков.

Начиная с 1980 г., накладные направляющие из фторопластовой композиции Ф4К15м5 устанавливаются на следующих моделях станков: 2А622Ф2-1, 6Б443ГФ3, 6Б443Г, 2А622Ф4. Обследование этих станков после трех лет эксплуатации показало, что при двухлетней работе геометрическая точность станков не изменилась. Видимого износа на направляющих саней  и шпиндельной бабки не обнаружено.

Уплотнительные кольца для гидромеханических передач.

Одной из наиболее эффективных областей применения, наполненных фторопластом 4 (ПТФЭ) композиций является  использование их в качестве уплотнительных колец гидромеханических передач (ГМП), большегрузных автомобилей, тракторов и автобусов вместо стальных и чугунных колец

.
Уплотнительные кольца для ГМП изготавливаются  из Ф4К20, позволяют увеличивать ресурс работы гидротрансмиссии в 3-4 раза, повысить пробег автомобиля до капитального ремонта. Эти кольца можно заменять непосредственно на автопредприятиях. Внедрение колец из Ф4К20 стало возможным только после разработки технологии их массового изготовления, которая состоит в следующем: получение профиля кольца из втулки методом строжки на токарном  станке, термофиксация  профиля в спиральную заготовку; разрезка спирали на кольца.

Профильные заготовки изготавливают методом строжки на токарном станке специальным резцом, сечением равным размеру сечения уплотнительного кольца. Полученный таким образом профиль наматывается на цилиндрическую оправку, по диаметру равную диаметру  посадочного места уплотнительного кольца ГМП.

Намотанная и зафиксированная спираль нагревается в электропечи до 280С в течение 40 мин, затем охлаждается в проточной воде в течение 10 мин. При этом фиксируется на оправке  размер уплотнительного кольца. После охлаждения спираль разрезается прямо на оправке на отдельные кольца.

Ведущие фирмы по выпуску ПТФЭ и композиций на его основе