СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО И АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ
METHOD TO PRODUCE WEAR-RESISTANT AND ANTIFRICTION COATING ON WORKING SURFACE OF PART

Область использования
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения износостойкого и антифрикционного покрытия на рабочих поверхностях деталей узлов трения.
Уровень техники
Известен способ получения износостойкого и антифрикционного покрытия на рабочих поверхностях деталей узлов трения, включающий предварительное изготовление стержня из материала покрытия, приведение его во фрикционный контакт с рабочей поверхностью детали в присутствии технологического состава, пассивацию полученного покрытия с последующим нанесением на нее смазочной композиции на основе мыльной пластичной смазки, включающей порошки меди, свинца и политетрафторэтилена (SU, авторское свидетельство №1456283, МПК B22F 7/04, 1986 [1]). Однако это покрытие изнашивается в процессе работы узла трения.
Известен также принятый в качестве ближайшего аналога способ обработки рабочей поверхности детали узла трения для придания ей износостойких и антифрикционных свойств путем электроискрового легирования ее рабочей поверхности с помощью электрода, выполненного из материала на основе меди, шлифование покрытия со съемом 10…30% толщины, натирания материалом на основе меди при давлении на покрытие 50…120 МПа, скорости перемещения материала по обрабатываемой поверхности 0,01…0,10 м/с в среде из смеси глицерина с хлоридом меди, взятых в соотношении от 97:3 до 99:1, пассивации, сушки и нанесения на обработанную поверхность композиции, содержащей 4…12 мас.% меди, 2…8 мас.% политетрафторэтилена и 2…8 мас.% бората гликоля в мыльной пластичной смазке. Указанную композицию периодически дополнительно наносят в режиме эксплуатации узла трения (RU, патент №2319790, МПК C23C 28/00, 2006 [2]).
Применение этого способа повышает противоизносные и антифрикционные свойства покрытия, однако оно в недостаточной степени обеспечивает продолжительную работу узла трения.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является повышение противоизносных и антифрикционных свойств покрытия и увеличение срока работы узла трения.
к
доп
доп
доп
к
дoп
Для достижения этого технического результата в способе получения износостойкого и антифрикционного покрытия на рабочей поверхности детали, включающем ее электроискровое легирование электродом, выполненным из материала на основе меди, шлифование покрытия со съемом 10…30% толщины, натирание материалом на основе меди при давлении на покрытие 50…120 МПа, скорости перемещения материала по обрабатываемой поверхности 0,01…0,10 м/с в среде из смеси глицерина с хлоридом меди, взятых в соотношении от 97:3 до 99:1, пассивацию, сушку и нанесение на обработанную поверхность смазочной композиции, содержащей 4…12 мас.% меди, 2…8 мас.% политетрафторэтилена и 2…8 мас.% бората гликоля в мыльной пластичной смазке, которую периодически дополнительно наносят при эксплуатации узла трения, согласно изобретению перед нанесением смазочной композиции ее предварительно термообрабатывают в атмосфере инертного газа путем продавливания 3…5 раз под давлением N=(0,01…0,07) МПа с расходом G=(0,01…0,20) кг/мин через зазор между наружными и внутренними обоймами нагретых до температуры t°=(0,5…0,7)t° последовательно расположенных подшипников качения, число которых n=7…9, вращающихся с частотой W=(0,01…0,03)W, к которым прикладывают давление P=n(0,06…0,60)Q, где Q - предельная допустимая статическая нагрузка на один подшипник, t° - температура каплепадения смазочной композиции, W - предельно допустимая частота вращения подшипников.
Ведение некоторых технологических процессов в атмосфере инертного газа само по себе известно. Однако ни в одном из известных способов термообработку смазочной композиции, использующейся для получения износостойкого и антифрикционного покрытия, не проводят в атмосфере инертного газа, т.е. в предлагаемом способе этот признак проявляет новое свойство - расширяет область применения известного способа.
к
доп
доп
1
доп
к
2
доп
доп
По известным заявителю источникам некоторые общие свойства признаков «нагретых до температуры t°=(0,5…0,7)t°» и «вращающихся с частотой W=(0,01…0,03)W, к которым прикладывают давление P=n(0,06…0,60)Q» известны, например, из патента SU №1196552, МПК F16C 33/66, 1984 г., по которому при обработке подшипника качения перед эксплуатацией между рабочими поверхностями подшипника вводят смазочную композицию, подшипник вращают с частотой W=(0,01…0,03)W в течение 12…20 мин, нагревают до температуры t°=(0,5…0,7)t°, затем увеличивают частоту вращения до W=(0,05…0,07)W и вращают с этой частотой в течение 5…8 мин. После этого к подшипнику прикладывают давление P=(0,06…0,60)Q, и вращают в этих условиях в течение 2…3 часов. В предлагаемом способе эти признаки проявляют новое свойство - расширяют область применения известного способа.
Использование признаков «путем продавливания 3…5 раз под давлением N=(0,01…0,07) МПа с расходом G=(0,01…0,20) кг/мин, через зазор между наружными и внутренними обоймами» и «последовательно расположенных подшипников качения, число которых n=7…9» в других способах получения антифрикционного и износостойкого покрытия по опубликованным источникам не известно.
На основании этого анализа отличительных признаков изобретения заявляемый способ получения антифрикционного и износостойкого покрытия соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявителем впервые установлено в своих исследованиях, что после заявляемых действий над смазочной композицией в ней образуются активированные частицы присадки, наличие которых значительно интенсифицирует процесс плакирования ими трущихся поверхностей деталей машин. Это повышает противоизносные и антифрикционные свойства покрытия и увеличивает его долговечность.
Подробное описание изобретения
Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом. Сначала на рабочую поверхность детали узла трения электроискровым легированием наносят покрытие электродом, выполненным из материала на основе меди. Затем покрытие шлифуют, снимая 10…30% толщины нанесенного слоя, и натирают материалом на основе меди при давлении на стержень 50…120 МПа, скорости перемещения материала по обрабатываемой поверхности 0,01…0,10 м/с в среде из смеси глицерина с хлоридом меди, взятых в соотношении от 97:3 до 99:1, пассивируют и сушат.
к
доп
доп
доп
к
доп
Смазочную композицию, содержащую 4…12 мас.% меди, 2…8 мас.% политетрафторэтилена и 2…8 мас.% бората гликоля в мыльной пластичной смазке, термообрабатывают в атмосфере инертного газа путем продавливания 3…5 раз под давлением N=(0,01…0,07) МПа с расходом G=(0,01…0,20) кг/мин, через зазор между наружными и внутренними обоймами нагретых до температуры t°=(0,5…0,7)t° последовательно расположенных подшипников качения, число которых n=7…9, вращающихся с частотой W=(0,01…0,03)W, к которым прикладывают давление P=n(0,06…0,60)Q, после чего ее наносят на поверхность обработанной детали. Периодически ее дополнительно наносят при эксплуатации узла трения. Здесь Q - предельная допустимая статическая нагрузка на один подшипник, t° - температура каплепадения смазочной композиции, W - предельно допустимая частота вращения подшипников.
Натирание покрытия материалом на основе меди может быть осуществлено с помощью приспособления, содержащего корпус с подпружиненным фиксатором медьсодержащего стержня. Приспособление монтируют, например, в резцедержателе токарного станка, а обрабатываемую деталь - в патроне станка.
Практическое применение предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами, в которых рабочие поверхности деталей узла трения обрабатывали по предлагаемому способу и по способу-прототипу [2], а также по способам, в которых параметры операций выходили за заявляемые пределы.
2
-4
Была проведена обработка внутренних рабочих поверхностей 6 партий стальных втулок подшипников скольжения. При электроискровом легировании на все втулки наносили покрытие из бронзы БрАЖМц 10-3-1,5 при напряжении на электродах 105 В, токе короткого замыкания и рабочем токе 5,2 А, энергии импульсного разряда 0,5 Дж, токе в импульсе 0,78 кА, удельном времени обработки 2,2 мин/см, частоте вращения электрода 5000 об/мин, длительности импульса 10 с. Затем поверхность шлифовали со съемом 20% нанесенного слоя и натирали стержнем из материала на основе меди при давлении на стержень 85 МПа, скорости перемещения стержня по обрабатываемой поверхности 0,05 м/с за 5 проходов, пассивировали и сушили. После этого в мыльную пластичную смазку ЦИАТИМ-201 добавляли 8 мас.% порошка меди, по 5 мас.% порошков политетрафторэтилена и бората гликоля, перемешивали и термообрабатывали по режимам, указанным в таблице.
Затем ее наносили на рабочую поверхность втулок и проводили испытания на стенде для испытания шарниров по схеме «вал - втулка». Сравнительную эффективность обработки втулок определяли по интенсивности их изнашивания, среднему коэффициенту трения в процессе испытаний и пути трения до достижения заданного значения коэффициента трения, равного 0,22 в паре трения с валами из стали ЗОХГСА. Валы совершали возвратно-вращательное движение с амплитудой 15 мм и частотой 2 Гц. Удельное давление составляло 120 МПа.
Результаты трибологических испытаний также приведены в таблице. Обозначения: пример 1 - обработка по способу-прототипу [2], 2 и 6 - обработка по способам, значения параметров операций которых меньше (2) и больше (6) заявленных, 3, 4, 5 - обработка по заявленному способу, параметры которого лежат на нижней (3) и верхней (5) заявленной границе, а также в центре (4) между нижней и верхней границами. Каждое значение интенсивности изнашивания, приведенное в этой таблице, получено в результате вычисления среднеарифметического значения результатов 4…5 опытов.
Параметры технологического процесса приготовления партий смазочной композиции и результаты их трибологических испытаний
Наименование операций
Номер примера способа
1
2
3
4
5
6
Подача инертного газа в камеру для обработки
-
-
+
+
+
+
Нагрев подшипников до температуры t°/t°<sub>к</sub>
-
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Приведение подшипников во вращение с частотой W/W<sub>доп</sub>
-
0,005
0,01
0,02
0,03
0,04
Продавливание смазочной композиции под давлением N, МПа
-
0,0005
0,01
0,04
0,07
0,10
с расходом G, кг/мин
-
0,0005
0,01
0,1
0,20
0,30
Приложение к подшипникам давления, P/nQ<sub>доп</sub>
-
0,01
0,06
0,33
0,60
0,93
Продавливание через количество подшипников n, шт.
-
6
7
8
9
11
Число раз продавливания партии
-
2
3
4
5
6
Интенсивность изнашивания втулки, мг/км
3,1
3,1
2,7
2,6
2,7
2,9
Коэффициент трения
0,11
0,11
0,10
0,09
0,10
0,11
Путь трения до f=0,22, м
866
870
1213
1299
1215
997
Таким образом, в соответствии с результатами трибологических испытаний, применение заявленного способа по сравнению с прототипом [2] повышает противоизносные свойства покрытия на 15…19% и антифрикционные свойства на 10…22% при увеличении его долговечности 1,4…1,5 раза.