Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОЙ ОПОРЫ СКОЛЬЖЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Белоцерковский Марат Артемович Леванцевич Михаил Александрович Рудько Владимир Максимович Шелег Валерий Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Способ изготовления композиционной опоры скольжения, включающий газопламенное напыление на подготовленную стальную основу слоя термопластичного полимера и последующее напыление слоя алюминия, отличающийся тем, что перед напылением слоя алюминия в слое термопластичного полимера выполняют равномерно распределенные по поверхности слоя отверстия диаметром не менее 3 мм с суммарной площадью поперечного сечения, составляющей 10-15 от площади слоя термопластичного полимера,а на поверхность слоя алюминия напыляют покрытие из металлического антифрикционного сплава, при этом слой алюминия напыляют толщиной, определяемой из следующего соотношения 3 2 плплпл,где- толщина слоя алюминия, мкм,Тпл - температура плавления металлического антифрикционного сплава, С , ,- коэффициенты, соответственно равные 310-7 мкм/град 3, 1,110-3 мкм/град 2,1,54 мкм/град, 64,73 мкм. Изобретение относится к технологии изготовления деталей и элементов конструкций триботехнического назначения и может быть использовано при изготовлении подшипников и опор скольжения с повышенными демпфирующими свойствами, применяемых в машиностроительной, станкостроительной, авиационной, металлообрабатывающей отраслях промышленности. Известен способ изготовления многослойного подшипника скольжения (патент ФРГ 3934141, МПК 16 с 33/12, опубл. 1990), обладающего повышенными демпфирующими 12667 1 2009.12.30 свойствами, заключающийся в нанесении слоистого пластика на корпус подшипника с помощью клеевых составов, являющихся промежуточным и связующим элементом рабочих слоев пластика. Существенным недостатком известного способа является относительно узкий диапазон применения изготовленных подшипников (работоспособны только при небольших удельных нагрузках). Известен способ изготовления композиционного подшипника скольжения (патент ФРГ 4038139, МПК 16 с 33/10, опубл. 1990), обладающего повышенными демпфирующими свойствами, заключающийся в нанесении на стальную основу литьевым методом покрытия из алюминия и его сплавов, последующем формировании на нем слоя оксида алюминия и пропитке слоя оксида алюминия твердой смазкой. Недостатком известного способа является низкая адгезия между слоями композиционного подшипника, поскольку алюминиевое покрытие нанесено литьевым методом на гладкую стальную основу, и прочность сцепления при этом составляет менее 8 МПа. В процессе эксплуатации подшипника, изготовленного по данному способу, даже относительно небольшие касательные напряжения могут приводить к сдвигу слоя алюминия с образованием трещин, что вызовет впоследствии разрушение всего композита. Кроме того, подшипники, изготовленные по данному способу, имеют относительно низкую демпфирующую способность, поскольку содержат слои из достаточно жесткого материала с высоким модулем упругости, имеющего ограниченные возможности гашения колебаний и вибраций. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ изготовления композиционной опоры скольжения (Патент РФ 2198327, МПК 16 33/26. Опуб. 10.02.2003 // Бюл.4), включающий нанесение на подготовленную стальную основу газопламенным напылением слоя термопластичного полимера, последующее напыление слоя алюминия и его оксидирование. Виброизолирующие и механические свойства опор скольжения, изготовленных по способу - прототипу, гораздо выше, чем у приведенных выше аналогов. Недостатком известного способа являются низкие антифрикционные свойства изготовленных опор скольжения, что обусловлено наличием оксида алюминия на рабочей поверхности. Обе модификации оксида алюминия ( -А 2 О 3 и- А 2 О 3), как и вообще любая керамика, имеют высокий коэффициент трения в контакте с металлами и сплавами и могут скорее выступать в качестве фрикционного материала. Так, широко известно применение оксидированного алюминия в тормозных барабанах, дисках сцепления, а также в качестве материала торцевых уплотнений. Высокий коэффициент трения вызывает и снижение износостойкости пары, повышенный износ контртела. Кроме того, высокий момент трения является причиной быстрого разогрева поверхности скольжения и, как следствие, деформации и выдавливания термопластичного полимера. Следует отметить, что нагрев выше 70 С уже недопустим для большинства термопластов, эксплуатирующихся под нагрузкой. В связи с отсутствием теплоотвода из зоны трения в стальную основу (препятствием служит полимерный слой) температура в локальных участках достигает и больших значений. Задачей изобретения является снижение коэффициента трения в трибосопряжении и снижение износа контртела, что позволит повысить надежность и долговечность опор при эксплуатации в широком диапазоне удельных нагрузок и скоростей скольжения. Для решения поставленной задачи в способе изготовления композиционной опоры скольжения, включающем газопламенное напыление на подготовленную стальную основу слоя термопластичного полимера и последующее напыление слоя алюминия, согласно изобретению, перед напылением слоя алюминия в слое термопластичного полимера выполняют равномерно распределенные по поверхности слоя отверстия диаметром не менее 3 мм с суммарной площадью поперечного сечения, составляющей 10 - 15 от площади 2 12667 1 2009.12.30 слоя термопластичного полимера, а на поверхность слоя алюминия напыляют покрытие из металлического антифрикционного сплава, при этом слой алюминия напыляют толщиной, определяемой из следующего соотношения(1)3 пл - 2 плпл - ,где- толщина слоя алюминия, мкм Тпл - температура плавления металлического антифрикционного сплава, С А, В, С,- коэффициенты, соответственно равные 310-7 мкм/град 3 1,110-3 мкм/град 2 1,54 мкм/град 64,73 мкм. Выполнение отверстий в полимерном слое позволяет при последующем напылении алюминия заполнить их металлом с хорошей теплопроводностью, что позволяет снизить теплонагруженность зоны трения за счет отвода тепла в стальную основу. При этом также исключается термодеформация или деструкция полимерного слоя. Для повышения антифрикционных свойств композиционной опоры скольжения на алюминиевый слой напыляется металлический антифрикционный сплав, например оловянистая или свинцовистая бронза, баббит, антифрикционный алюминиевый сплав и т.п. Чем выше температура плавления антифрикционного сплава, тем больше (в зависимости от Тпл) должна быть толщина алюминиевого слоя, при этом антифрикционный сплав достаточно прочно (прочность сцепления на отрыв 2530 МПа) сцеплен со слоем алюминия. Экспериментальными исследованиями с последующей обработкой данных методами математической статистики установлено, что толщина алюминиевого слоя, наносимого на слой полимера, должна быть не менее 220 мкм при нанесении свинцовистых баббитов, не менее 410 мкм при нанесении цинка, не менее 490 мкм при нанесении алюминиевых антифрикционных сплавов, не менее 600 мкм при нанесении оловянистой бронзы, не менее 660 мкм при напылении антифрикционных сталей мартенситного класса. Используя экспериментальные результаты, построив график и обработав на ПЭВМ, было получено уравнение (1), позволяющее определить требуемую толщину алюминиевого слоя в зависимости от выбранного антифрикционного сплава, наносимого на рабочую поверхность опоры скольжения. В ходе экспериментальных исследований были установлены наиболее рациональные значения диаметра отверстий в полимерном слое и их суммарной площади поперечного сечения (таблица). Полимерные слои наносились на стальные образцы в виде пластин размером 100 х 100 мм с помощью газопламенного распылителя ТЕРКО-П порошком полиамида марки ПА 6. Толщина нанесенных слоев полимера составляла 350-370 мкм. Со стороны стальных пластин высверливались по три отверстия на каждом образце, в которые были вставлены термометры для регистрации температуры полимерного слоя. Затем со стороны полимерного слоя высверливались отверстия различного диаметра и с различной суммарной площадью поверхности. Последующее нанесение слоев алюминия толщиной 300-310 мкм на полимерные слои осуществлялось с помощью установки проволочной термораспылительной ТЕРКО распылением проволок ПрАО и ПрСВА. Далее к алюминиевым слоям прикладывали нагретые до температуры 100-110 С стальные пластины и регистрировали температуру полимерных слоев. Качественная оценка характеристик демпфирования осуществлялась по ускорению измерительного стола в результате удара эталонного металлического шарика по испытываемому образцу с полимерно-алюминиевым покрытием. Замер ускорений осуществлялся с помощью пьезоэлектрического датчика типа КД-41 с дальнейшим усилением сигнала на усилителе -501 и регистрацией результатов на ПЭВМ. Результаты исследований приведены в таблице. Полученные данные свидетельствуют о том, что достаточно хороший теплоотвод (нагрев полимерного слоя менее 50 С) обеспечивается при наличии отверстий диаметром 3 мм и более с относительной суммарной площадью более 10 . Увеличение относительной 12667 1 2009.12.30 площади отверстий более 15 приводит к заметному ухудшению демпфирующих характеристик композиционных покрытий (повышение коэффициента передачи ускорений более 0,5). Пример реализации способа. Поверхность чугунной опоры скольжения шпинделя консольно-фрезерного станка марки ОШФ-32 была подготовлена путем струйно-абразивной обработки, и затем газопламенным напылением был нанесен слой полиэтилентерефталата толщиной 340-380 мкм. В слое полимера были выполнены отверстия диаметром 3 мм и общей площадью 12 , затем последующим газопламенным напылением был нанесен слой алюминия толщиной 610-620 мкм, после чего нанесен газопламенным напылением слой свинцовистой бронзы. Стендовые ускоренные испытания композиционной опоры скольжения шпинделя, изготовленной по заявляемому способу, показали, что температура узла трения в ходе испытаний не превышала 30 С, интенсивность изнашивания верхнего антифрикционного слоя опоры в условиях ограниченной подачи смазочного материала составила 0,11-0,13 мкм/км при коэффициенте трения 0,08-0,10 общий шум при работе составил 73-77 дБ. Аналогичная опора скольжения была изготовлена по прототипу нанесение слоя полимера, слоя алюминия и его микродуговое оксидирование. Температура узла трения в ходе испытаний составила 60-70 С, интенсивность изнашивания оксидированного слоя опоры в условиях ограниченной подачи смазочного материала составила 0,20-0,21 мкм/км при коэффициенте трения 0,12-0,14 общий шум при работе составил 82-86 дБ. Температура полимерного слоя при различных размерах и количестве отверстий Диаметр Относительная суммарная Средняя температура Коэффициент передаотверстий площадь отверстий,полимерного слоя, С чи ускорений 1 2 3 4 Отверстия не были заполне 1 ны алюминием 2 10 80 0,30 2 15 75 0,32 2 20 70 0,50 2 25 70 0,56 3 7 66 0,30 3 8 66 0,35 3 9 60 0,37 3 10 50 0,39 3 11 46 0,43 3 15 41 0,49 3 16 40 0,51 3 17 39 0,54 3 20 38 0,64 4 10 41 0,41 4 15 36 0,50 4 17 35 0,63 Таким образом, изготовленные по заявляемому способу композиционные опоры скольжения имеют более высокие антифрикционные свойства. Дополнительный эффект заключается в том, что обеспечивается значительно большее снижение шума и вибраций узлов трения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4

МПК / Метки

МПК: C23C 4/02, B32B 7/02, C23C 4/06, F16C 33/04

Метки: изготовления, способ, опоры, скольжения, композиционной

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/4-12667-sposob-izgotovleniya-kompozicionnojj-opory-skolzheniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ изготовления композиционной опоры скольжения</a>

Похожие патенты