Способ изготовления втулки подшипника скольжения

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления подшипников скольжения для применения в различных отраслях машиностроения. Проводят нанесение порошкового слоя на основу в виде шликера, содержащего порошковую шихту и пластификатор. Шликер уплотняют, создают на нем с помощью деформирующего элемента макрорельеф в виде углублений и сушат. Затем его спекают с припеканием к стальной основе и наносят на него антифрикционный материал. Данный способ позволяет увеличить износный ресурс подшипника и соответственно срок его службы, а также снизить трудоемкость и повысить производительность технологического процесса изготовления. 3 з п. ф-лы.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления подшипников скольжения для применения в различных отраслях машиностроения.

Известен способ изготовления подшипникового материала, включающий припекание к стальной основе порошкового слоя, охлаждение, пропитку спеченного слоя расплавленным свинцовым баббитом и Повторное охлаждение полученного материала (Патент СССР №513602, опубл. 05.06.76, Бюл. №17, заявитель «Клевит Корпорейшин» США).

Недостатком способа является то, что он позволяет получать подшипники с очень малым износным ресурсом (менее 0,1 мм), предназначенные для работы в условиях жидкостного трения, например вкладышах коленчатого вала ДВС. Их износный ресурс определяется толщиной пропитанного слоя антифрикционного материала, который ограничен диаметром припекаемых сферических частиц бронзы. В условиях граничного трения, где интенсивность изнашивания на 1-2 порядка выше, такие подшипники недолговечны и при срабатывании антифрикционного материала быстро выходят из строя.

В качестве ближайшего аналога выбран способ изготовления подшипников скольжения, включающий припекание на стальную основу пористого слоя бронзы и последующее заполнение пустот фторопластсодержащими антифрикционными материалами (Семенов А.П. Савинский Ю.Э. Металлофторопластовые подшипники. - М.: Машиностроение, 1975 г. - с.68-73).

Недостатком способа также является малый износный ресурс подшипника, ограниченный толщиной бронзового слоя, пропитанного фторопластовой композицией.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение износного ресурса подшипника и, соответственно, его срока службы, а также снижение трудоемкости и повышения производительности технологического процесса изготовления.

Указанная техническая задача решается тем, что в предлагаемом способе изготовления подшипника скольжения, включающим нанесение порошкового слоя, его спекание с припеканием к стальной основе и нанесение на него антифрикционного материала, согласно изобретению, порошковый слой наносят на основу в виде шликера, содержащего порошковую шихту и пластификатор (связующее), шликер уплотняют, создают на нем с помощью деформирующего инструмента макрорельеф в виде углублений и сушат, затем проводят спекание и наносят антифрикционный материал.

Уплотнение шликера, создание макрорельефа и сушку осуществляют одновременно. Уплотнение шликера, создание макрорельефа и сушку осуществляют инструментом, выполненным из материала с эффектом памяти формы, например никелида титана, с нагревом его до температуры обратного мартенситного превращения. После спекания осуществляют механическую обработку порошкового слоя.

Предлагаемый способ позволяет получить макрорельеф с глубиной канавок, практически равной толщине порошкового слоя, что обеспечивает подшипнику, после нанесения антифрикционного материала, износный ресурс и, следовательно, долговечность гораздо большую, чем у подшипников, изготовленных известными способами. Кроме этого, выполнение одновременно нескольких операций и применение специального инструмента значительно снижает трудоемкость и повышает производительность технологического процесса изготовления подшипника скольжения.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале из стальной трубы вытачивают заготовку. В смесителе готовят шликер путем смешивания порошкового материала с пластификатором (связующим), в качестве которого могут быть использованы вещества, широко используемые для шликерного литья в порошковой металлургии и в керамическом производстве. Заготовку устанавливают в токарный станок и при вращении закладывают в нее необходимое количество вязкотекущего шликера, который уплотняют оправкой. Затем специальным роликом, имеющим выступы на наружной поверхности, выполненными, например, в виде винтовой нарезки, деформированием «сырого» слоя шликера наносят макрорельеф, после чего заготовку сушат при температуре возгонки пластификатора. Затем осуществляют спекание и нанесение антифрикционного материала. Если требуются точные размеры подшипника, то для устранения последствий усадки после спекания заготовка может подвергаться механической обработке, например тонкому растачиванию.

Для снижения трудоемкости и повышения производительности процесса операции уплотнения шликера, нанесение на его поверхность макрорельефа и сушку целесообразно выполнять одновременно. Однако при этом наилучшее качество спеченного порошкового слоя достигается в случае, если для этого используется инструмент, выполненный из материала с эффектом запоминания формы, например никелида титана. Такой инструмент с наружной поверхностью, имеющий выпуклый макрорельеф, вводят внутрь заготовки, с нанесенным ровным слоем шликера. В случае, если заготовка тонкостенная, для предотвращения ее раздачи она может помещаться в обойму с внутренним диаметром, выполненным по переходной посадке к наружному диаметру заготовки.

После этого всю сборку или только инструмент нагревают до температуры 150-200°С (температура обратного мартенситного превращения никелида титана). При нагреве до температуры обратного мартенситного превращения инструмент восстанавливает первоначально заданную при нагреве (400÷500°С) форму при изготовлении, т.е. увеличивается в диаметре на 10-15%, в результате чего создает большое радиальное давление на шликер. В результате этого одновременно осуществляется напрессовка порошка и создание макрорельефа. После охлаждения до комнатной температуры инструмент принимает первоначальную форму и размеры, приданные ему при изготовлении при нормальной температуре. После сборку разбирают, а заготовку отправляют в печь для спекания порошкового слоя.

Выполнение инструмента из материала, обладающего обратимым эффектом запоминания формы, обеспечивает значительное изменение размеров и степени деформации при нагреве и охлаждении его выше и ниже интервала температур мартенситного превращения, что позволяет иметь очень простой и удобный силовой термочувствительный инструмент для напрессовки порошкового слоя и одновременно создания на нем макрорельефа, предназначенного для последующего заполнения его антифрикционным материалом. Например, никелид титана (содержащий 54-56% никеля, титан - остальное) обладает многократным обратимым эффектом памяти формы при термоциклированиии более 10⁷ циклов с величиной формоизменения по диаметру 10-15% и максимальным генерированием напряжений при изменении диаметра от нагрева выше 150°С до 60 кг/мм².

Заготовку с напрессованным порошковым слоем и созданным на нем макрорельефом подвергают спеканию известным способом, затем наносят антифрикционный материал и осуществляют механическую обработку. В качестве антифрикционного материала для узлов сухого трения используются полимерные композиции, а при трении со смазкой - расплавы мягких металлов на основе свинца.

Примеры выполнения способа.

Пример 1. Из стальной горячекатаной трубы вытачивают заготовку с внутренним диаметром 50 мм, толщиной стенки 3,5 мм, длиной 56 мм. По концам заготовки выполняют внутренние бурты высотой, равной толщине наносимого шликера (3 мм). Заготовку устанавливают в патрон токарного станка, наносят слой шликера, состоящего из порошка бронзы Бр.010С10 (фракции 40-60 мкм), смешанного с водным раствором поливинилового спирта (10 об.%), уплотняют путем прокатки свободно вращающимся на оправке цилиндрическим роликом. Затем на оправку устанавливают инструмент, также выполненный в виде ролика, на наружной поверхности которого изготовлен микрорельеф в виде винтовой нарезки. Инструмент прижимают к шликеру и накатывают макрорельеф. Заготовку помещают в печь, выдерживают при температуре 200°С 30 мин до полной возгонки пластификатора. Толщина порошкового слоя после сушки 1,5 мм, глубина макрорельефа 0,7 мм, а его площадь 50%. Заготовку спекают в среде водорода при температуре 880°С в течение 2 часов. После спекания заготовку охлаждают до 600°С, устанавливают в патрон токарного станка и засыпают расчетное количество гранул свинцово-оловянного сплава (90% Pb, 10% Sn).

После застывания расплава осуществляют механическую обработку. Внутреннюю поверхность дорнуют, а торцевые и наружную поверхность подвергают токарной обработке. Геометрические параметры подшипника после обработки: наружный диаметр 56 мм, внутренний 52,2 мм, длина 50 мм, толщина порошкового слоя 1,0 мм, глубина залитых свинцовым сплавом канавок 0,5 мм, толщина сплошного приработочного покрытия 0,1 мм.

Пример 2. Параметры заготовки и шликера те же, что и в примере 1. Однако после нанесения шликера на внутреннюю поверхность заготовки его уплотнение, нанесение макрорельефа и сушку пластификатора осуществляют одновременно путем прокатки специальным инструментом и подогревом заготовки до 200°С от внешнего источника (газовой горелки). Толщина порошкового слоя после сушки 1,5 мм, глубина макрорельефа 1 мм, площадь 65%. Затем заготовку помещают в печь для спекания, где происходит окончательная возгонка пластификатора.

После спекания порошковый слой подвергают тонкому растачиванию на 0,5 мм. Параметры слоя после обработки: толщина 0,8 мм, глубина канавок макрорельефа 0,4 мм, площадь 55%. На поверхность порошкового слоя наносят антифрикционную эпоксидофторопластовую композицию и после ее отверждения осуществляют механическую обработку подобно примеру 1.

Пример 3. Параметры заготовки и шликера те же, что и в примерах 1, 2. Уплотнение шликера, нанесение макрорельефа и сушку осуществляют инструментом, обладающим эффектом запоминания формы (никелид титана Т46 Н54), на поверхности которого нарезан макрорельеф в виде перекрещивающихся винтовых канавок. Наружный диаметр инструмента 44 мм, длина 65 мм. Заготовку устанавливают в стальную обойму с внутренним диаметром, выполненным по переходной посадке к наружному диаметру заготовки, внутрь которой ровным слоем закладывают шликер. Вводят инструмент, который центрируется по буртам (бурты при радиальном расширении инструмента деформируются вместе с порошковым слоем). Сборку нагревают в печи (200°С) и выдерживают 10 мин, а затем охлаждают на воздухе и разбирают. Заготовку спекают, наносят антифрикционный материал и производят механическую обработку подобно примеру 1. Геометрические параметры подшипника после обработки: наружный диаметр 56 мм, внутренний 52,1 мм, длина 50 мм, толщина порошкового слоя 1 мм, глубина залитых канавок 0,6 мм, толщина сплошного покрытия 0,05 мм.

Подшипники, изготовленные в примерах 1, 3, подвергались стендовым испытаниям в условиях граничного трения, а в примере 2 - в условиях трения без смазки. Аналогичные подшипники прошли производственные испытания в реальных парах трения строительно-дорожных машин. Стендовые испытания показали, что после полного износа сплошного приработочного слоя подшипники сохраняют свои высокие триботехнические свойства в результате фрикционного переноса антифрикционного материала, содержащегося в канавках макрорельефа, и создания надежной защитной пленки на сопряженной поверхности вала. Производственные испытания подтвердили, что износный ресурс подшипника равен глубине залегания антифрикционного материала.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно увеличить износный ресурс подшипника с меньшими энергозатратами и трудоемкостью, с высокими производительностью и качеством.

1. Способ изготовления втулки подшипника скольжения, включающий нанесение порошкового слоя, его спекание с припеканием к стальной основе и нанесение на него антифрикционного материала, отличающийся тем, что порошковый слой наносят на основу в виде шликера, содержащего порошковую шихту и пластификатор, шликер уплотняют, создают на нем с помощью деформирующего элемента макрорельеф в виде углублений и сушат, затем проводят спекание и наносят антифрикционный материал.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уплотнение шликера, создание макрорельефа и сушку осуществляют одновременно.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что уплотнение шликера, создание макрорельефа и сушку осуществляют инструментом, выполненным из материала с эффектом памяти формы, например, из никелида титана, с нагревом его до температуры обратного мартенситного превращения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после спекания осуществляют механическую обработку порошкового слоя.