ЗАГОТОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ "МАК-БИМЕТ"

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к изготовлению биметаллических изделий, в частности подшипников скольжения, предназначенных для эксплуатации в высоконагруженных узлах трения, в условиях ограниченной смазки, воздействия высокой температуры, абразивной и агрессивной среды, и может быть использовано в заготовках для изготовления цилиндрических биметаллических изделий.
Известна заготовка, которая используется при изготовлении массивных биметаллических изделий наплавкой по патенту Украины на изобретение №58552, МПК B22D 19/08, бюл. №8, 2003 г., включающая стальную заготовку в виде герметичного контейнера, с размещенной в ней наплавляемой бронзой.
Также известна заготовка, которая используется в способе изготовления биметаллического подшипника скольжения по патенту Украины на изобретение №4066 С1, МПК B22D 19/08, дата подачи 23.04.1991, дата начала действия 27.12.1994, содержащая форму из цилиндрических металлических заготовок с кольцевой рабочей полостью с наполнителем, сообщенной с размещенной над ней литниково-питающей системой с каналами под легкоплавкий сплав и перепускным клапаном.
Наиболее близкой к заявляемой заготовке для изготовления биметаллического изделия «МАК - БИМЕТ» по совокупности признаков и ожидаемому техническому результату является заготовка, которая используется в способе для изготовления биметаллического изделия «МАК - БИМЕТ» по патенту Украины №23918 на полезную модель, дата публикации 11.06.2007 г., бюл. №8, включающая общую герметичную камеру, образованную трубчатым корпусом с днищем и крышкой, внутри которой размещен дисковый разделитель общей герметичной камеры на рабочую и литниковую камеры, внутреннюю трубу установленную в рабочей камере с
возможностью образования кольцевой камеры между трубчатым корпусом и внутренней трубой, заполненной наполнителем, перепускной клапан в крышке трубчатого корпуса и каналы под расплав легкоплавкого материала, размещенного в литниковой камере.
Общей причиной препятствующей достижению технического результата является трудоемкость и не технологичность изготовления вышеприведенных заготовок, что повышает себестоимость биметаллического изделия.
Кроме того, при использовании в заготовках литниковой системы, в которой каналы под сплав выполнены над кольцевой камерой, было установлено, что в наплавленном легкоплавком слое металла наблюдаются участки, имеющие неоднородную структуру сплава, которая приводит к ухудшению его эксплуатационных свойств. Объясняется это тем, что заполнение кольцевой камеры и смачивание наполнителя легкоплавким расплавом осуществляется путем истечения потока расплава сверху вниз. Учитывая то, что сплав легкоплавкого материала, в частности бронза, обладает высокой степенью текучести, то при его истечении сверху вниз, форма потока расплава при прохождении через наполнитель остается близкой к форме потока сформированного на выходе из канала литниковой системы. В результате чего, исходящие из литниковой системы потоки расплава не перекрывают друг друга, то по мере их продвижения сверху вниз остаются непропитанные бронзой участки. Их пропитка осуществляется при обратном движении потока расплава, которое происходит при достижении им днища кольцевой камеры и ее заполнении. Возникающий при этом временной интервал в процессе смачивания компонентов наполнителя и заполнения кольцевой камеры приводит к образованию участков с неоднородной структурой и как следствие к ухудшению эксплуатационных свойств биметаллического изделия, т.е. к ухудшению его антифрикционных и износостойких свойств. Вышеприведенные погрешности в режиме процесса смачивания графитизированной стали, также негативно отражаются на процессе окисления имеющихся на
поверхности формы и наполнителя окислов железа, что снижает прочность диффузионного соединения наплавляемого материала со стальной основой.
В основу полезной модели поставлена задача, усовершенствовать заготовку для изготовления биметаллического изделия «МАК - БИМЕТ», путем изменения особенностей выполнения элементов заготовки, упростить конструкцию заготовки, повысить ее технологичность, обеспечить оптимальный режим смачиваемости наполнителя и, за счет этого, снизить себестоимость заготовки и повысить эксплуатационные свойства биметаллического изделия.
Поставленная задача решена тем, что в заготовке для изготовления биметаллических изделий содержащая, общую герметичную камеру, образованную трубчатым корпусом с днищем и крышкой, внутри которой размещен дисковый разделитель общей герметичной камеры на рабочую и литниковую камеры, внутреннюю трубу установленную в рабочей камере с возможностью образования между трубчатым корпусом и внутренней трубой кольцевой камеры, заполненной наполнителем, перепускной клапан в крышке трубчатого корпуса и каналы под расплав легкоплавкого материала, размещенного в литниковой камере, согласно полезной модели, внутренняя труба выполнена с вылетом относительно кольцевого выступа, выполненного на внутренней поверхности трубчатого корпуса, дисковый разделитель размещен на торцевой поверхности внутренней трубы с возможностью контактирования с последней и образования технологического зазора между дисковым разделителем и кольцевым выступом, при этом толщина стенки трубчатого корпуса, образующая кольцевую камеру и толщина стенки внутренней трубы взяты в соотношении 1÷(0,2-0,4), каналы под расплав легкоплавкого материала выполнены в виде дугообразных участков и образованы промежутком между боковой поверхностью дискового разделителя и внутренней поверхностью трубчатого корпуса, перепускной клапан выполнен в виде, размещенного в патрубке крышки шарового затвора, подпружиненного пластинчатой скобой установленной на крышке, уровень заполнения
кольцевой камеры наполнителем установлен в плоскости кольцевого выступа, а уровень заполнения кольцевой камеры расплавом легкоплавкого материала, установлен в плоскости торцевой поверхности дискового разделителя, обращенной к кольцевой камере.
Выполнение внутренней трубы с вылетом относительно кольцевого выступа, выполненного на внутренней поверхности трубчатого корпуса, и размещение дискового разделителя с возможностью образования технологического зазора между разделителем и выступом, позволило исключить образование усадочных раковин в торцевой части биметаллической заготовки, а излишки легкоплавкого материала вернуть обратно в технологический процесс изготовления заготовки.
При толщине стенки трубчатого корпуса, образующая кольцевую камеру и толщине стенки внутренней трубы, взятые в соотношении 1÷(0,2-0,4) обеспечиваются прочность соединения антифрикционного материала, т.е. легкоплавкого материала со стальной основой, а также износостойкие и антифрикционные свойства биметаллического изделия.
Выполнением каналов под расплав легкоплавкого материала в виде дугообразных участков, образованных промежутком между боковой поверхностью дискового разделителя и внутренней поверхностью трубчатого корпуса, достигается истечение легкоплавкого расплава сверху вниз по поверхности трубчатого корпуса до достижения дна кольцевой камеры, по мере накопления которого происходит поднятие уровня расплава, при котором создается оптимальный режим смачивания наполнителя, способствующий созданию однородности в наплавочном слое, и повышению качества диффузионного соединения со стальной трубой.
Выполнением перепускного клапана в виде, размещенного в патрубке крышки шарового затвора, подпружиненного пластинчатой скобой установленной на крышке, достигнуто упрощение и дешевизна решения задачи перепуска газов из литниковой камеры.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на:
фиг.1 - представлено сечение общего вида заготовки для изготовления биметаллического изделия «МАК - БИМЕТ»;
фиг.2 - заготовка для изготовления биметаллического изделия «МАК -БИМЕТ» в сечении по А-А.
Сведения, подтверждающие возможность промышленного использования заявляемой полезной модели.
Заготовка для изготовления биметаллического изделия «МАК-БИМЕТ» содержит общую герметичную камеру, образованную трубчатым корпусом 1 с днищем 2 и крышкой 3. Внутри общей герметичной камеры размещен дисковый разделитель 4, посредством которого упомянутая общая камера разделяется на рабочую 5 и литниковую 6 камеры. Внутренняя труба 7 установлена в рабочей камере 5 с возможностью образования между трубчатым корпусом 1 и внутренней трубой 7 кольцевой камеры 8. Кольцевая камера 8 заполнена наполнителем 9, в качестве которого используют графитизированную стальную дробь. Перепускной клапан 10 размещен в крышке 3 трубчатого корпуса 1. Легкоплавкий материала 11, в качестве, которого используют бронзу, размещен в литниковой камере 6. Внутренняя труба 7 выполнена с вылетом относительно кольцевого выступа 12, выполненного на внутренней поверхности трубчатого корпуса 1. Дисковый разделитель 4 размещен на торцевой поверхности внутренней трубы 7 с возможностью контактирования с последней и образования технологического зазора Д между упомянутым разделителем 4 и выступом 12. Толщина стенки трубчатого корпуса 1, образующая кольцевую камеру 8 и толщина стенки внутренней трубы 7 взяты в соотношении 1÷(0,2-0,4). Каналы 13 под расплав легкоплавкого материала 11 выполнены в виде дугообразных участков в промежутке между боковой поверхностью дискового разделителя 4 и внутренней поверхностью трубчатого корпуса 1. Перепускной клапан выполнен в виде, размещенного в патрубке 14 крышки 3 шарового затвора 15, подпружиненного пластинчатой скобой 16 установленной на крышке 3. Уровень 17 заполнения кольцевой камеры 8 наполнителем установлен в плоскости
кольцевого выступа 12. Уровень заполнения кольцевой камеры 8 расплавом легкоплавкого материала 11 установлен в плоскости торцевой поверхности 18 дискового разделителя, обращенной к кольцевой камере 8.
Для изготовления заготовки биметаллического изделия «МАК -БИМЕТ» предварительно подготавливают составные части образующие трубчатый корпус 1. Для изготовления составной части трубчатого корпуса 1, образующей кольцевую камеру 8 используют трубу с толщиной стенки и высотой не менее заданной высоты биметаллического изделия. Для изготовления составной части трубчатого корпуса 1, образующей литниковую камеру 6 используют трубу, с толщиной стенки и высотой не менее слоя легкоплавкого материала 11, необходимого и достаточного для заполнения кольцевой камеры до соответствующего уровня 17. Обе составные части соединяют герметичной сваркой. За счет того, что составные части трубчатого корпуса имеют различную толщину, в зоне их стыка образуется кольцевой выступ 12. Для изготовления внутренней трубы используют трубу с толщиной стенки взятой в соотношении 1÷(0,2-0,4) к толщине стенки составной части трубчатого корпуса 1, образующий кольцевую камеру 8. При этом высоту внутренней трубы 7
(Нвн.)=Нкорп.+Δ, где:
Н корп. - высота составной части трубчатого корпуса, образующего кольцевую камеру;
Δ - технологический зазор.
Далее внутреннюю трубу приваривают к днищу с последующей ее установкой в составной части корпуса, образующего кольцевую камеру 8 и герметичной сваркой трубчатого корпуса 1 к упомянутому днищу 2. Затем кольцевую камеру 8 заполняют наполнителем в следующей последовательности. Сначала на дне кольцевой камеры 8 формируют слой аммония, в частности фтористого аммония NH4F в масс % - (1-4), затем слой графитизированной стальной дроби, где содержание графита кристаллического в масс % (0,7-4), стальной дроби диаметром 0,5 мм в масс % (55-60). Кольцевую
камеру 8 заполняют графитизированной стальной дробью 9 до уровня совмещенного с плоскостью кольцевого выступа 12. После чего сверху в трубчатый корпус 1 с натягом вводят дисковый разделитель 4 до достижения контакта с торцевой поверхностью внутренней трубы 7. Таким образом, между торцевой поверхностью внутренней трубы 7, установленной с вылетом относительно кольцевого выступа 12, между дисковым разделителем 4 и слоем наполнителя в кольцевой камере 8 сохраняется технологический зазор Л. Разделительный диск 4 приваривают к трубчатому корпусу 1, с оставлением не проваренных участков. Таким образом, в промежутке между боковой поверхностью упомянутого диска и трубчатым корпусом формируются не проваренные дугообразные участки 13, для которых упомянутого промежутка достаточно для выполнения функции канала, через который расплав легкоплавкого материала беспрепятственно и равномерно поступает в кольцевую камеру 8. После размещения дискового разделителя 4, литниковую камеру 6 загружают легкоплавким материалом 11, согласно заданной рецептуре при которой сначала разместили слой алюминиевой пудры, затем слой основного матричного сплава, в частности бронзы. Уровень заполнения кольцевой камеры 8 расплавом легкоплавкого материала 11 установлен в плоскости торцевой поверхности 18 дискового разделителя 4, обращенной к кольцевой камере 8. После чего трубчатый корпус 1 со стороны литниковой камеры 6 закрывают крышкой 3 с перепускным клапаном 10 в виде шарового затвора 15, подпружиненного пластинчатой скобой 16 установленной на крышке 3.
Герметично закрытую заготовку с соответствующим набором компонентов, согласно заданной рецептуре в масс %, помещают в печь в строго вертикальном положении. При этом нагрев герметичной формы с наполнителем и матричными сплавами производят до температуры (1100-1230)°С, со скоростью нагрева (100-120)°С/час. Выдержку формы осуществляют в течение (9-12) часов. После охлаждения печи до 300°С с последующим охлаждением на воздухе, заготовку подвергают механической обработке.
Освобождение биметаллического изделия от элементов заготовки, в частности от составной части трубчатого корпуса 1, образующего литниковую камеру 6 осуществляют путем среза, который выполняют в зоне технологического зазоре А в плоскости совмещенной с плоскостью выступа 12. Это позволило исключить образование усадочных раковин в торцевой части биметаллической заготовки, а излишки легкоплавкого материала вернуть обратно в технологический процесс изготовления заготовки.
Граничные параметры соотношения толщины стенки составной части трубчатого корпуса 1, образующая кольцевую камеру и толщины стенки внутренней трубы 7 взятые 1÷(0,2-0,4), установлено экспериментально, основными критериями, при установлении которых, были взяты прочность соединения антифрикционного материала со стальной основой, износостойкие и антифрикционные свойства биметаллического изделия.
В результате промышленных испытаний полученных биметаллических изделий, в частности на примере использования их в качестве подшипников скольжения и их дефектоскопии было установлено, что в них отсутствуют усадочные раковины, антифрикционная наплавка имеет однородную структуру, а достигнутые при этом прочность соединения антифрикционного слоя и его антифрикционные и износостойкие свойства позволили повысить в 2,5 раза срок службы подшипников скольжения и в 2 раза повысить производительность их изготовления по сравнению с подшипниками полученные посредством заготовок согласно прототипа.
Таким образом, предложенная заготовка для изготовления биметаллического подшипника скольжения обеспечивает снижение себестоимости заготовок, а также гарантирует их высокие эксплуатационные свойства в условиях ограниченной смазки и воздействия агрессивной среды.