close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15917

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
F 16C 33/04
(2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ УЗЛА ТРЕНИЯ
СКОЛЬЖЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20100093
(22) 2010.01.25
(43) 2011.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Белоцерковский Марат Артемович; Камко Александр Иванович; Жорник Виктор Иванович;
Леванцевич Михаил Александрович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси" (BY)
BY 15917 C1 2012.06.30
BY (11) 15917
(13) C1
(19)
(56) BY 11869 C1, 2009.
ЛЕВАНЦЕВИЧ М.А. и др. Энерго- и
материалосберегающие экологически
чистые технологии. Материалы VI
Международной научно-технической
конференции. Ч. 2. - Гродно, 2006. С. 68-75.
ЛЕВАНЦЕВИЧ М.А. Материалы покрытий. Диагностика. Нанесение покрытий. Упрочнение деталей. Обработка заготовок, инструменты. Защита
окружающей среды. - 2003. - Т. 2. № 4. - С. 53-55.
BY 5521 C1, 2003.
RU 2285582 C1, 2006.
WO 91/04311, A1.
RU 2054456 C1, 1996.
(57)
Способ изготовления детали узла трения скольжения, включающий изготовление заготовки из черного металла, формирование на рабочей поверхности заготовки покрытия
путем деформационного плакирования поверхности стальной щеткой, нанесение на покрытие слоя пластичной смазки с алмазосодержащей шихтой и последующую приработку
заготовки в узле трения скольжения, отличающийся тем, что покрытие формируют из
спеченного бронзографита, содержащего бронзу БрО10 и 0,5-2,0 мас. % графита, а приработку осуществляют при удельной нагрузке 9-15 МПа и скорости скольжения 0,2-0,3 м/с.
Изобретение относится к технологии изготовления деталей триботехнического назначения и, в частности, деталей узлов трения скольжения. Может быть использовано при
изготовлении элементов подшипников и опор скольжения, сферических и цилиндрических сочленений, применяемых, например, в сельхозмашиностроении, станкостроении,
металлургической промышленности.
Одним из наиболее эффективных путей решения задачи повышения ресурса и улучшения работоспособности пар трения скольжения, эксплуатирующихся при повышенных
удельных нагрузках, является использование композиционных пластичных смазок и технологий, обеспечивающих формирование тонких (толщиной 2-10 мкм) покрытий из мягких металлов (меди и медьсодержащих металлов, алюминия, олова, свинца и др.).
BY 15917 C1 2012.06.30
Покрытия из цветных металлов, которые значительно мягче детали, позволяют сравнительно легко обеспечить правило положительного градиента, согласно которому процесс
деформирования отдельных наиболее нагруженных участков поверхностей трения должен
проходить только в поверхностных слоях, не вовлекая в деформацию нижерасположенные
слои. Кроме того, тонкий слой мягкого покрытия позволяет улучшить прирабатываемость
деталей пар трения и способствует образованию в процессе трения адаптационных, субмикроскопических поверхностных пленок, обладающих повышенной адсорбционной способностью к смазочным материалам.
Известен способ изготовления детали узла трения скольжения [Леванцевич М.А.,
Максимченко Н.Н., Зольников В.Г. Повышение эксплуатационных свойств трибосопряжений нанесением покрытий металлическими щетками // Весцi НАН Беларусi - 2005. № 1. - С. 67-72], включающий изготовление заготовки из черного металла, формирование
на ее рабочей поверхности покрытия из меди методом деформационного плакирования
гибким инструментом, последующее нанесение слоя смазки и приработку в узле трения.
Процесс протекает следующим образом. На начальной стадии деформационного плакирования гибким инструментом (металлической щеткой) осуществляется наклеп поверхности
детали, вызывающий остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое на глубину,
зависящую от конструкции щетки, технологических режимов обработки и состояния исходной поверхности материала основы. В дальнейшем за счет переноса щеткой материала
от донора к детали формируется покрытие, также имеющее напряжения сжатия и обладающее адгезией к детали более 15 МПа.
Недостатками известного способа являются большая продолжительность процесса
приработки (от 30 мин до 2 ч) и относительно низкие антифрикционные свойства (износостойкость и коэффициент трения fтр).
Эти недостатки в значительной степени устранены в способе получения детали узла
трения скольжения [патент РБ 11869 C1, 2009], являющемся наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению. Способ включает изготовление заготовки
из черного металла, формирование на рабочей поверхности заготовки покрытия из меди
методом деформационного плакирования поверхности стальной щеткой, нанесение на покрытие слоя пластичной смазки, содержащей 0,5-1,5 мас. % шихты алмазосодержащей
"ША", и приработку детали в узле трения скольжения с удельной нагрузкой 20-30 МПа и
скоростью скольжения 0,1-0,15 м/с.
В процессе приработки со смазкой, модифицированной "ША", в поверхностном слое
медного покрытия формируется наноразмерная субструктура, характеризующаяся размером субзерен ≤ 100 нм. Образование в поверхностях трения наноразмерной субзеренной
структуры вследствие присущих ей чрезвычайно высоких пластических свойств приводит
к эффективному поглощению энергии фрикционного взаимодействия пары трения и облегчает приработку контактирующего сопряжения.
Главной особенностью способа-прототипа и разрабатываемых на его основе технологических процессов является реализация способности покрытий к определенным фазовым
превращениям и структурным изменениям, повышающим триботехнические характеристики, но не на стадии формирования покрытия, а на стадии приработки. Однако условия
приработки в данном способе могут быть реализованы только в тяжелонагруженных узлах
трения, эксплуатирующихся при давлениях более 25 МПа. Подавляющее большинство
узлов трения скольжения технологического оборудования и мобильных машин эксплуатируется при вдвое меньших удельных нагрузках.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, являются относительно высокие удельные нагрузки, необходимые для образования наноразмерной субструктуры.
Задачей изобретения является повышение износостойкости деталей узлов трения путем снижения коэффициента трения и повышения стойкости к задиру их рабочих поверхностей при эксплуатации в условиях средних удельных нагрузок.
2
BY 15917 C1 2012.06.30
Для решения поставленной задачи в способе изготовления детали узла трения скольжения, включающем изготовление заготовки из черного металла, формирование на рабочей поверхности заготовки покрытия путем деформационного плакирования поверхности
стальной щеткой, нанесение на покрытие слоя пластичной смазки с алмазосодержащей
шихтой и последующую приработку заготовки в узле трения скольжения, согласно изобретению, покрытие формируют из спеченного бронзографита, содержащего бронзу
БрО10 и 0,5-2,0 мас. % графита, а приработку осуществляют при удельной нагрузке
9-15 МПа и скорости скольжения 0,2-0,3 м/с.
В табл. 1 приведены результаты изучения зависимости времени периода стабилизации
коэффициента трения (fтр) (времени приработки) и интенсивности изнашивания пары трения "бронзографит - закаленная сталь" от скорости скольжения и удельной нагрузки. В
качестве пластичной смазки использовали смазку "Литол-24", модифицированную добавкой алмазосодержащей шихты "ША" (ТУ РБ 100056180.003-2003).
Триботехнические испытания проводились по схеме возвратно-поступательного движения контактирующих тел. Использование тиристорного привода позволило плавно изменять скорость скольжения от 0,20 до 0,40 м/с.
В результате проведенных испытаний установлено, что минимальную интенсивность
изнашивания (1,0-1,3) при наименьшем времени приработки (11-18 мин) имели образцы
№ 2-7, 10-12, 16-18, полученные по заявляемому способу.
Таблица 1
К-во графита в Удельная
Скорость
Период стабилиИнтенсивность
№ № бронзографите, нагрузка,
скольжения, зации коэффици- изнашивания памас. %
МПа
м/с
ента трения, мин
ры, мкм/км
1
0,4
12
0,25
21
2,0
2
0,5
12
0,25
16
1,3
3
0,6
12
0,25
13
1,1
4
1,0
12
0,25
11
1,0
5
1,3
12
0,25
11
1,0
6
1,8
12
0,25
14
1,1
7
2,0
12
0,25
16
1,2
8
2,1
12
0,25
29
1,3
9
1,8
8
0,25
20
1,3
10
1,8
9
0,25
15
1,2
11
1,8
14
0,25
13
1,2
12
1,8
15
0,25
11
1,3
13
1,8
16
0,25
20
1,8
14
1,8
17
0,25
20
1,9
15
1,8
12
0,15
28
1,3
16
1,8
12
0,20
13
1,1
17
1,8
12
0,25
12
1,2
18
1,8
12
0,30
12
1,4
19
1,8
12
0,35
19
1,7
20
1,8
12
0,40
18
2,0
21
2,2
16
0,45
24
2,1
22
2,2
18
0,45
24
2,4
Как и в способе-прототипе, в процессе испытаний со смазкой, модифицированной
"ША", в поверхностном слое формируется наноразмерная субструктура, характеризующаяся размером субзерен ≤ 100 нм. Образование в поверхностях трения наноразмерной
субзеренной структуры, вследствие присущих ей высоких пластических свойств, приво3
BY 15917 C1 2012.06.30
дит к эффективному поглощению энергии фрикционного взаимодействия при трении и
облегчает приработку контактирующего сопряжения. Более высокие антифрикционные
свойства бронзографита по сравнению с медью позволяют значительно снизить удельную
нагрузку при приработке, т.е. получить при более низких нагрузках наноразмерную субзеренную структуру. Уменьшение содержания графита менее 0,5 мас. % или увеличение
более 2 мас. % приводит как к росту интенсивности изнашивания, так и к увеличению
продолжительности периода стабилизации коэффициента трения.
Пример реализации способа
На опорные поверхности партии выходных стальных валов колебателя привода ножа
режущего аппарата экспериментальной жатки для трав (конструкция ГСКБ ПО "Гомсельмаш") наносили слой бронзографита БрО10Гр1,5. Бронзографит предварительно изготавливали методом порошковой металлургии путем приготовления шихты, состоящей из
98,5 мас. % порошка бронзы марки БрО10 (ТУ 48-26-19-88) с размером частиц 63-100 мкм
и 1,5 мас. % порошка графита марки ЭУГ (ГОСТ 10273-82) с размером частиц ≤ 40 мкм,
формования шихты под давлением 160 МПа и спекания в атмосфере аммиака при температуре 800 °С в течение 2 ч. Покрытия наносили методом деформационного плакирования
стальной щеткой. Натяг ворса - 1,2 мм, линейная скорость вращения щетки - 20 м/с, соотношение линейных скоростей вращения детали и щетки - 0,011, осевая подача 0,22 мм/об, количество проходов - 4. Толщина покрытий - 10-12 мкм. Затем опорную поверхность валов смазывали комплексной литиевой смазкой "Литол-24", модифицированной добавкой алмазосодержащей шихты "ША" в количестве 1,0 мас. %, и помещали в
опоры, выполненные из высокопрочного чугуна. Приработка сопряжений "вал-опора"
осуществлялась непосредственно в ходе эксплуатационных испытаний травяных жаток.
Удельная нагрузка в сопряжениях в процессе эксплуатации составляла 12,0-12,5 МПа,
скорость скольжения - 0,22-0,26 м/с. Момент сопротивления при проворачивании валов в
сопряжениях определялся динамометрическим методом через каждые 180 с эксплуатации.
Интенсивность изнашивания опорных поверхностей валов определялась методом "искусственных баз", для чего на них были выполнены уколы алмазной пирамидой на твердомере Виккерса. Замеры диагоналей отпечатков осуществлялись после каждых 30 мин
испытаний.
На поверхность второй партии стальных валов колебателя привода ножа режущего
аппарата экспериментальных жаток, согласно способу-прототипу, были нанесены методом деформационного плакирования медные слои толщиной 7-12 мкм. Сопряжения смазывали комплексной литиевой смазкой "Литол-24" с модификатором "ША" в количестве
1,0 мас. % и помещали в чугунные опоры. Эксплуатационные испытания валов и замеры
оцениваемых параметров осуществлялись так же, как и у первой партии.
Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний сопряжений, проведенные
на опытном поле ПО "Гомсельмаш", приведены в табл. 2.
Анализ приведенных в табл. 2 результатов показывает, что поверхность трения выходных валов, обработанная по заявляемому способу, после 9 мин эксплуатации прошла
приработку, в ходе которой осуществлялось фрикционное модифицирование бронзографитового слоя с формированием износостойких поверхностных структур. У валов, обработанных по способу-прототипу, процесс фрикционного модифицирования при таких
относительно небольших нагрузках не прошел, что обусловило вдвое более высокую интенсивность изнашивания.
4
BY 15917 C1 2012.06.30
Таблица 2
Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний
Момент сопротив- Средняя интенсивПродолжительность
Покрытие
ления проворачива- ность изнашивания,
испытаний, мин
нию, Н×м
мкм/км
3
9,4
9
9,4
Покрытие из меди + смазка "Литол-24",
15
9,4
модифицированная 1
30
9,3
1,72
мас. % "ША" (прототип)
60
9,3
1,71
120
9,2
1,69
3
9,1
9
8,2
Покрытие из бронзографита + смазка "Литол-24",
15
8,0
модифицированная
30
8,0
0,90
1 мас. % "ША"
60
8,0
0,88
120
8,0
0,89
Таким образом, изготовленные по заявляемому способу детали узлов трения скольжения имеют более высокие антифрикционные свойства, достигаемые при значительно
меньших удельных нагрузках в процессе приработки.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
100 Кб
Теги
by15917, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа