АНТИФРИКЦИОННАЯ НАКЛАДКА

Полезная модель относится к станкам, преимущественно к металлорежущим станкам, более конкретно к антифрикционным накладкам поверхностей скольжения подвижных узлов станков с полужидкостной смазкой.
Станки, в частности металлорежущие станки, имеют так называемые направляющие скольжения - узлы, предназначенные для перемещения инструмента, заготовки и связанных с ними узлов по заданной траектории с требуемой точностью. В процессе работы станка подвижные узлы станка (называемые также ползунами), такие как суппорт, каретка, салазки, стол и т.п., передвигаются по направляющим скольжения опорных элементов станка, которые относительно них являются неподвижными, но в то же время сами могут передвигаться по направляющим скольжения другого опорного элемента станка (к примеру, верхние салазки скользят по нижним салазкам, а нижние салазки скользят по станине). В ГОСТ 7599-82 «Станки металлообрабатывающие. Общие технические условия» элементы подвижного узла и элементы опорного элемента станка, скользящие друг по другу, объединены термином «направляющие скольжения». В патентной литературе элемент подвижного узла станка, сопрягаемый с направляющей скольжения опорного элемента станка, называется поверхностью скольжения, или скользящей поверхностью, или направляемой поверхностью, или направляющей поверхностью скольжения. В дальнейшем для лучшего понимания под термином «поверхность скольжения» мы будем подразумевать элемент подвижного узла станка, а под термином «направляющая скольжения» - элемент опорного элемента станка, скользящие друг по другу. На поверхность скольжения подвижных узлов станка, сопрягаемую с направляющей скольжения опорного элемента, для уменьшения трения устанавливаются антифрикционные накладки, которые изготавливаются из материала с низким коэффициентом трения, например, из фторсодержащих полимеров.
Антифрикционные накладки выполняются, как правило, в виде пластин и могут (в зависимости от толщины накладки) наклеиваться или закрепляться на подвижном узле станка крепежными элементами. Антифрикционные накладки имеют на своей контактной поверхности (сопрягаемой с направляющей скольжения опорного элемента станка и, по сути, являющейся поверхностью скольжения) масляные каналы (канавки), чаще всего один масляный канал. Масло подается через отверстие(я) и распределяется при помощи масляных каналов, чтобы обеспечить непрерывную и постоянную масляную пленку между сопрягаемыми поверхностями. Это уменьшает сопротивление скольжения между направляющей скольжения опорного элемента станка и поверхностью скольжения подвижного узла станка, позволяет подвижным узлам станка двигаться по опорным элементам станка плавно, без рывков, обеспечивает точность станка. Масляные каналы выполняются в виде зигзагообразной линии, в виде -образной линии, в виде продольного канала с поперечными боковыми ответвлениями и т.п. В литературе такие направляющие скольжения и поверхности скольжения называют также направляющими с полужидкостной смазкой.
Однако масляные каналы при работе станка со временем заполняются продуктами износа, в результате засорения масляных каналов масло не может равномерно распределяться по поверхности скольжения, масляная пленка нарушается, антифрикционные свойства антифрикционной накладки ухудшаются, это может привести к чрезмерному износу одной или обеих сопрягаемых поверхностей, нарушению плавного и точного хода подвижного элемента станка, потере точности позиционирования подвижного узла станка и точности станка в целом.
2
Из патентного документа № P 2007-061955 (опубл. 15.03.2007) известна антифрикционная накладка подвижного узла станка из композитного материала на основе политетрафторэтилена в качестве основного компонента с добавлением меди или ее сплавов. На поверхности антифрикционной накладки по всей ширине выполнено множество неглубоких прямоугольных выемок (углублений). Глубина выемок составляет от 0,1 до 0,4 от толщины накладки. Общая площадь выемок составляет от 20% до 60% от общей площади поверхности накладки. Площадь выемки от 4 до 25 мм. Выемки выполнены с фаской с углом наклона от 10 до 40°, для клинового действия масла. Выемки формируются за счет пластической деформации и обеспечивают постоянную подачу масла и масляную пленку между сопрягаемыми поверхностями. Недостатком такого устройства является следующее. Выемки на поверхности антифрикционной накладки со временем могут заполниться продуктами износа, масло не сможет равномерно распределяться по поверхности антифрикционной накладки, износ антифрикционной накладки увеличится, увеличится износ направляющей скольжения опорного элемента станка, точность позиционирования подвижного узла станка и точность станка упадет. Так как размеры антифрикционных накладок сильно различаются, потребуется множество металлических форм для формования маслоудерживающего рельефа на накладках с разными размерами. Требуется наличие специального технологического оборудования (прессов). Стоимость производства антифрикционных накладок, подвижных узлов станка и станка в целом вырастет. Кроме того, композитный материал на основе политетрафторэтилена в качестве основного компонента с медью или с ее сплавами имеет ряд недостатков - высокую пластическую деформацию, и, следовательно, невысокую точность позиционирования; низкие демпфирующие свойства, и, следовательно, большую вибрацию при движении; высокий износ и, следовательно, короткий срок службы.
Из патентного документа № JP 2003-211333 (опубл. 29.07.2003) известна антифрикционная накладка подвижного узла станка из композиционного материала на основе фторполимера и металла. На поверхности антифрикционной накладки по всей ширине выполнено множество неглубоких чашеобразных выемок (углублений) круглой или продолговатой формы, расположенных в шахматном порядке, и множество масляных канавок (каналов), связывающих между собой выемки. Глубина выемки более предпочтительно составляет от 30 до 60 мкм, наиболее предпочтительно от 40 до 50 мкм, диаметр 12 мм. Соотношение контактных поверхностей предпочтительно составляет от 20 до 30%. Глубина канала 50 мкм. Выемки и каналы выполняются при помощи торцевой фрезы. Благодаря масляным каналам, связывающим выемки, продукты износа могут удаляться по ним из выемок. Масло равномерно распределяется по всей поверхности антифрикционной накладки, образуя тонкую масляную пленку на сопрягаемых поверхностях. Это техническое решение выбрано за ближайший аналог заявляемой полезной модели. Недостатком такого устройства является следующее. Так как число выемок велико, и они сформированы путем торцевого фрезерования, не достигается одинаковая глубина выемок из-за износа фрезы. В результате масло распределяется по поверхности скольжения антифрикционной накладки неравномерно. Кроме того, хоть продукты износа и могут удалятся из выемок по масляным каналам, но они не имеют выхода. Антифрикционные свойства антифрикционной накладки ухудшаться. В результате накопления продуктов износа на антифрикционной накладке масляные каналы и выемки со временем могут засориться, масло не сможет равномерно распределяться по поверхности антифрикционной накладки, износ антифрикционной накладки увеличится, увеличится износ направляющей скольжения опорного элемента станка, точность позиционирования подвижного узла станка и точность станка упадет. Недостатки композиционного материала, из которого изготовлена антифрикционная накладка, те же что и у предыдущего аналога.
Перед авторами стояла задача улучшения антифрикционных свойств антифрикционной накладки для подвижного узла станка за счет равномерного распределения по ней масла и обеспечения удаления с нее продуктов износа, а также расширение арсенала технических средств. Поставленная задача решается созданием улучшенной антифрикционной накладки.
2
Для достижения указанного технического результата антифрикционная накладка для подвижного узла станка выполнена в виде пластины с масляными канавками (далее - канавки) на всей ее контактной поверхности, связанными с расположенным в пластине отверстием для подачи масла, при этом канавки антифрикционной накладки выполнены зигзагообразными и взаимно пересекающимися, образующими на контактной поверхности пластины сетку с ромбовидными ячейками. Предпочтительно чтобы канавок было четыре. Предпочтительно чтобы количество ромбовидных ячеек находился в диапазоне от 16 до 25 на 6,25 см. Целесообразно чтобы канавки были выполнены с выходами на одной из торцевых сторон накладки. Целесообразно чтобы отверстие для подачи масла располагалось на стороне накладки, противоположной относительно стороны, на которой расположены выходы канавок.
2
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что канавки антифрикционной накладки выполнены зигзагообразными и взаимно пересекающимися, образующими на контактной поверхности пластины антифрикционной накладки сетку с ромбовидными ячейками, предпочтительно с четырьмя канавками, с количеством ромбовидных ячеек в частном случае от 16 до 25 на 6,25 см, с канавками выполненными с выходами на одной из торцевых сторон накладки, почтительно с отверстием для подачи масла расположенным на стороне накладки, противоположной относительно стороны, на которой расположены выходы канавок. Благодаря этому улучшаются антифрикционные свойства антифрикционной накладки для подвижного узла станка, за счет равномерного распределения по ней масла, благодаря чему создается постоянная и непрерывная масляная пленка, а также за счет обеспечения удаления с антифрикционной накладки продуктов износа.
2
2
Так как канавки выполнены зигзагообразными и взаимно пересекающимися, образующими сетку с ромбовидными ячейками, даже при засорении какого-либо участка канавки продуктами износа, масло будет попадать в незагрязненные участки этой канавки в местах пересечения с другими канавками. При полном засорении канавки, другие, не засоренные канавки, обеспечивают равномерную подачу масла по всей поверхности антифрикционной накладки, при этом достаточно даже одной не засоренной канавки для сохранения постоянной и непрерывной масляной пленки на поверхности скольжения. С другой стороны, так как масло может свободно перетекать из одной канавки в другую, продуктам износа сложнее накапливаться в канавках. Количество канавок при этом выбирается из условия обеспечения равномерной подачи масла при засорении части канавок. Опытным путем установлено, что оптимальное количество канавок должно составлять четыре. Большое количество канавок усложняет обработку антифрикционной накладки, повышает трудозатраты, меньшее количество канавок уменьшает количество дублирующих друг друга путей подачи масла. От размера ромбовидных ячеек сетки, образованной канавками, зависит распределение масла по поверхности антифрикционной накладки. При количестве ромбовидных ячеек более 25 на 6,25 см увеличиваются трудозатраты на изготовление антифрикционной накладки из-за увеличения длины или количества канавок, увеличивается расход масла, при количестве ромбовидных ячеек менее 16 на 6,25 см масло будет менее равномерно распределятся по антифрикционной накладке, не будет создаваться постоянная и непрерывная масляная пленка, антифрикционные свойства ухудшаться, увеличится износ поверхности скольжения и направляющей скольжения, упадет точность позиционирования подвижного узла станка и станка в целом. Выполнение канавок с выходами на одной из торцевых сторон накладки и выполнение отверстия для подачи масла расположенным на стороне накладки, противоположной относительно стороны, на которой расположены выходы канавок, позволяет удалять продукты износа из канавок вместе с вытекающим из них маслом, улучшая антифрикционные свойства, а также уменьшая износ антифрикционной накладки, благодаря чему ее антифрикционные свойства сохраняются дольше.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом.
На фигуре схематично показана антифрикционная накладка с засоренными участками масляных канавок (стрелками показано направление потоков масла по канавкам) где 1 - масляная канавка (1а - первая, 1б - вторая, 1в - третья, 1г - четвертая канавка), 2 - ромбовидная ячейка, 3 - сетка с ромбовидными ячейками (2) образованная канавками (1а, б, в, г), 4 - отверстие для подачи масла, 5 - продукты износа, 6 - выход (открытый конец) канавки (1).
2
Антифрикционная накладка может быть изготовлена из фторопласта (политетрафторэтилена), из композитного материала на основе фторопласта и бронзы, однако наиболее целесообразно изготавливать ее из полиэтилентерефталата (например, известной марки ZEDEX-100K), могут быть использованы и другие известные материалы. Антифрикционная накладка изготавливается в виде пластины толщиной от 0,2 мм до 2,0 мм, ширина и длина антифрикционной накладки зависят от размеров поверхности скольжения подвижного узла станка. На всей контактной поверхности антифрикционной накладки выполняются взаимно пересекающиеся канавки (1а, б, в, г), за счет чего образуется сетка (3) с ромбовидными ячейками (2). Канавки (1а, б, в, г) выполняются (прорезаются) при помощи любого подходящего известного инструмента, может использоваться торцевая фреза. Трудоемкость изготовления антифрикционной накладки ниже, чем у ближайшего аналога. В антифрикционной накладке выполняется отверстие (4) для подачи масла. В приведенном конкретном примере масло подается через единственное отверстие (4) в антифрикционной накладке, однако отверстий (4) для подачи масла может быть несколько. Антифрикционная накладка прикрепляется к поверхности скольжения подвижного узла станка любым подходящим способом (приклеивается, прикрепляется при помощи крепежных элементов). Ширина масляной канавки (1а, б, в, г) в конкретном приведенном примере 2,0 мм, глубина 0,2 мм, количество ромбовидных ячеек (2) 20 на 6,25 см. Канавки (1а, б, в, г) служат для распределения масла и резервуаром масла, а ромбовидные ячейки (2), образованные канавками (1а, б, в, г), служат контактной поверхностью, покрытой масляной пленкой. Обеспечиваются лучшие антифрикционные свойства, масло распределяется равномерно, обеспечивается необходимая масляная пленка на поверхности контакта поверхности скольжения и направляющей скольжения. Кроме того, так как канавки (1) многократно взаимно пересекаются друг с другом, продукты износа (5) в них не накапливаются и выносятся с маслом через выходы (6) канавок (1). Однако, если продукты износа (5) все-таки засорили какой-либо участок канавки (1), масло попадает в незагрязненные участки этой канавки в местах пересечения с другими канавками (1), как показано на фигуре. Даже одна не засоренная канавка (1) может обеспечить непрерывную и постоянную масляную пленку на поверхности скольжения. Антифрикционная накладка может быть применена в таком подвижном узле станка как суппорт, салазки, стол, каретка и т.п., в таких станках как токарный, фрезерный, в металлообрабатывающих центрах и т.п.
Заявляемое техническое решение антифрикционной накладки для подвижного узла может быть осуществлено в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования и технологий. При изготовлении антифрикционной накладки используются стандартные материалы. Антифрикционная накладка была реализована при изготовлении суппортной группы Т500.1100.000 токарного станка Т500Р/1000 на предприятии заявителя.