УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЛИВКИ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

Полезная модель относится к литейно-металлургическому производству и может быть использована в области машиностроения, в частности для заливки и перезаливки подшипников скольжения баббитом и другими легкоплавкими сплавами.
Известен способ изготовления биметаллических втулок, включающий заливку бронзы в металлическую втулку сифонным способом через угольный стержень (для создания восстановительной атмосферы) [1].
Недостатками этой системы являются: невозможность вращения центрального литникового стержня для формирования полости слитка, одноразовость стержня и необходимость обрубки питателей перед механической обработкой.
Известен способ заливки вкладышей подшипников скольжения баббитом (патент №2167738, кл. В 22 D 19/08, 1997), где последовательно выполняются следующие операции: очистка внутренней поверхности корпуса, обезжиривание, травление, промывка в горячей и холодной воде и лужение. Стальной корпус устанавливается в неподвижной матрице и нагревается. Металл выжимается из металлоприемника в полость между подвижной матрицей и корпусом, далее вкладыш охлаждается.
К недостаткам этого способа следует отнести отсутствие (невозможность) деформации кристаллизующегося и закристаллизовавшегося баббитового слоя.
Наиболее близким к заявляемому, по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для получения полых слитков (патент №2108196, кл. В 22 D 7/04, 1997), содержащее поддон, изложницу и центральный стержень, эксцентрично установленный на валу с возможностью его вращения.
Недостатком этого устройства является то, что заливка осуществляется сверху, в литейную
полость между изложницей и центральным стержнем, что снижает качество литого металла, по сравнению с металлом получаемым сифонной заливкой. При этом сифонный способ заливки невозможен. Сменная графитовая вставка - ребро, формирующее полость, позволяет перемешивать металл, в частности бронзу, в жидком и в полужидком состоянии, однако деформировать закристаллизовавшийся металл мягкой графитовой вставкой невозможно, она просто разрушится. Известная конструкция и не предполагает деформацию закристаллизовавшегося металла, так как ось стержня при кристаллизации и затвердевании металла из асимметричного положения перемещается в симметричное.
Техническая задача заявляемой полезной модели является создание новой конструкции центрального оребренного стержня, имеющего каналы для сифонной заливки металла, а также возможность вращения, для того чтобы деформировать залитый металл не только в жидком и в полужидком, но и в закристаллизовавшемся (твердом) состояниях. Это позволяет повысить качество заливки подшипника: исключить газовые поры, уменьшить дендритную ликвацию, повысить весь комплекс свойств, и обеспечить повышенную адгезию баббита с корпусом подшипника. Эти преимущества позволяют значительно увеличить срок службы, безотказность и надежность работы подшипников скольжения.
Поставленная задача достигается созданием конструкции вращающегося стержня, имеющего, центральный, литниковый канал, выполняющий роль стояка для сифонной заливки металла, а вдоль наружной поверхности цилиндрического стержня установлены продольные ребра для обеспечения в процессе заливки металла и его кристаллизации интенсивного перемешивания и деформирования заливки в жидком, полужидком и твердом состояниях, при вращении этого стержня.
Сифонная заливка через стержень позволяет снизить потерю тепла в литейных каналах при заливке металла, что позволяет снизить температуру заливаемого металла, уменьшая тем самым объемную усадку при кристаллизации.
Одной из важных проблем при заливке баббита в корпус (стальной, чугунный) является обеспечение высокой адгезионной прочности на границе корпус - заливка. Решение этой проблемы усложняется тем, что в процессе кристаллизации залитого баббита объемная усадка (0,65% для Б83, например) обуславливает "отслоение" кристаллизующегося баббита от корпуса, дальнейшая термическая усадка баббита при охлаждении еще более увеличивает этот зазор.
Известные решения не решают данную проблему.
Сравнение заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «новизна».
Устройство можно изготовить на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».
На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройство для заливки подшипников скольжения.
ст
кп
Устройство содержит поддон 1, центральный стержень 2, корпус подшипника 3 и кольцо для формирования прибыли 4. Стержень содержит литейные каналы, представляющие собой литейную воронку 5, стояк 6 и питатели 7 (количество питателей зависит от диаметра стержня). На поверхности стержня установлены ребра 8, изготовленные из стали 40Х13 (количество ребер зависит от диаметра стержня). Поддон выполнен из чугуна, так как чугун менее подвержен деформациям под действием температур. Полость поддона, контактирующая с расплавом, покрыта плазменным способом слоем керамики. Керамическое покрытие препятствует химическому взаимодействию расплава с чугуном, значительно уменьшает теплоотвод и способствует улучшению разбираемости формы. В поддоне предусмотрены посадочные места для стержня D и корпуса подшипника D (фиг.1).
Работа устройства заключается в следующем.
Облуженный и подогретый корпус подшипника 3 в сборе с поддоном 1 заливается расплавом через литейную воронку 5. Заливка прекращается в момент появления жидкого металла в кольце-прибыли 4. Все это время, от начала заливки до полного затвердевания расплава, вращается оребренный стержень 2 с установленной при помощи регулятора частотой.
Вращающийся оребренный стержень оказывает давление на заливку, компенсируя объемную усадку баббита при кристаллизации, полностью "разбивает" дендритную структуру, практически устраняет дендритную ликвацию и способствует дегазации металла заливки. После затвердевания баббитовой заливки (фиг.1, в) имеет место ее пластическая деформация, то есть, баббит, по крайней мере, на рабочей поверхности подшипника, становится горячедеформированным. Это повышает его служебные свойства.
После полной кристаллизации стержень 2 свободно извлекается из формы, обрубка литников не требуется, так как после вращения они уже отсоединены от металла заливки. Корпус подшипника 3 вынимается из поддона 1. Отливка подшипника готова.
Свойства баббита находится в прямой зависимости от структуры, дисперсности SnSb и равномерности распределения кристаллов в мягкой основе. Острые грани кубических кристаллов SnSb, формирующиеся при традиционной технологии (фиг.2, а), служат концентраторами напряжений и снижают механические характеристики сплава. Новая технология позволяет получать измельченные твердые кристаллы SnSb округлой (глобулярной) формы (фиг.2, б), что с точки зрения концентрации напряжений всегда предпочтительнее.
Пример. Для испытаний была изготовлена специальная оснастка (схема на фиг.1) для заливки подшипников скольжения и стальные корпуса подшипников, имеющие следующие размеры: наружный диаметр D=180 мм, внутренний диаметр d=132 мм, высота h=223 мм..
об
Облуженный корпус подшипника устанавливали на поддон и эту систему нагревали изнутри до температуры 250-270С, далее устанавливали оребренный стержень. Заливка производилась расплавом баббита Б83 при температуре 400-410С через литниковую систему вращающегося оребренного стержня. Для данного конкретного случая была выбрана оптимальная частота вращения стержня ≈100 /мин. После полного затвердевания заливки приспособление разбирали, и подшипник извлекали.
н
По данной технологии изготовлена партия подшипников скольжения в количестве 6 штук для ООО «Подшипниковый завод №6» (г.Екатеринбург) с габаритными размерами: D=180 мм и h=230 мм. За 1,5 года эксплуатации подшипники показывают себя с лучшей стороны.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания
1. Ремисов Д.А. Производство биметаллических втулок. - Одесса: Маяк, 1964, 48;
2. Кукса А.В., Никулин В.В. Елансков Д.И. Волгоградский государственный технический университет. Патент RU 2108196 С1, 21.01.1997;
3. Грамыко А.Г., Лукьянченков В.В. Калининградский государственный технический университет. Патент RU 2167738 С2, 17.06.1997.