Способ обработки рабочей поверхности детали узла трения для придания ей износостойких и антифрикционных свойств

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении новых и восстановлении изношенных узлов трения различных машин и механизмов. Получают защитное покрытие поверхности путем ее электроискрового легирования с помощью выполненного из материала на основе меди электрода. Шлифуют покрытие со съемом 10-30% толщины покрытия, затем последнее пассивируют в растворе окислителя и сушат. На обработанную поверхность наносят композицию, содержащую следующие компоненты, мас.%: медь 4-12, политетрафторэтилен 2-8, борат гликоля 2-8, мыльная пластичная смазка - остальное. Указанную композицию периодически дополнительно наносят в режиме эксплуатации узла трения. Перед пассивацией покрытие натирают 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 мас.%. Приведенная обработка поверхности детали позволяет повысить противоизносные и антифрикционные свойства узла трения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении новых и восстановлении изношенных узлов трения различных машин и механизмов.

Известен способ обработки рабочей поверхности детали узла трения для придания ей износостойких и антифрикционных свойств, включающий создание защитного покрытия поверхности путем ее электроискрового легирования [1] - прототип. Известный способ повышает износостойкие и антифрикционные свойства узла трения в недостаточной степени, что не обеспечивает желаемой продолжительности срока службы узла.

Достигаемым результатом изобретения является увеличение продолжительности срока службы узла трения путем повышения его противоизносных и антифрикционных свойств.

Указанный результат обеспечивается тем, что в известном способе обработки рабочей поверхности детали узла трения для придания ей износостойких и антифрикционных свойств, включающем создание защитного покрытия поверхности путем ее электроискрового легирования, электроискровое легирование осуществляют электродом, выполненным из материала на основе меди, затем проводят шлифование со съемом 10-30% толщины покрытия, пассивацию в растворе окислителя и сушку, после чего на обработанную поверхность наносят композицию, содержащую, мас.%:

медь	4-12
политетрафторэтилен (ПТФЭ)	2-8
борат гликоля	2-8
мыльная пластичная смазка	остальное до 100

При этом перед пассивацией целесообразно для создания дополнительного слоя защитного покрытия электроискровое покрытие натирать 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.

Наносимую на обработанную поверхность после сушки и пассивации композицию целесообразно периодически дополнительно наносить на эту поверхность в режиме эксплуатации узла трения.

Операция шлифования необходима для создания оптимального с точки зрения достижения высоких износостойких и антифрикционных свойств узла трения соотношения между площадью среза вершин микронеровностей основного покрытия после шлифования и площадью впадин между срезанными вершинами.

Было экспериментально установлено, что при съеме менее 10% толщины электроискрового покрытия из-за высокого удельного контактного давления несущая способность узла трения и его износостойкость будут невелики. При съеме более 30% толщины электроискрового покрытия износостойкость узла трения также будет невелика из-за значительного увеличения работы трения.

Нанесение композиции указанного состава после пассивации и сушки, а также в режиме эксплуатации узла трения необходимо для осуществления взаимодействия между электроискровым покрытием и указанной композицией. Взаимодействие происходит при работе узла трения и заключается в способности композиции указанного состава регенерировать покрытие в наиболее нагруженных зонах фрикционного контакта деталей узла трения.

Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом. Сначала на рабочую поверхность узла трения электроискровым легированием наносят покрытие электродом, выполненным из материала на основе меди. Электрод может быть выполнен, например, методом горячего прессования из смеси порошков меди, свинца, фторопласта и дисульфида молибдена. Процесс осуществляют на стандартном оборудовании при следующих режимах: напряжение холостого хода или напряжение на рабочих электродах 10-200 В, ток короткого замыкания и рабочий ток 0,5-10 А, энергия импульсного разряда 0,3-0,7 Дж, ток в импульсе 0,05-1,5 кА, длительность импульса 10^-6-10^-3 с, удельное время обработки 1,0-3,5 мин/см², частота вращения электрода (4-6)·10³ об/мин. Затем покрытие шлифуют, снимая 10-30% толщины нанесенного слоя. После этого для еще большего улучшения износостойких свойств покрытия поверх основного (электроискрового) покрытия наносят дополнительное покрытие путем натирания электроискрового покрытия 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.

Натирание покрытия материалом на основе меди может быть осуществлено с помощью приспособления, содержащего корпус с подпружиненным фиксатором медьсодержащего стержня. Приспособление монтируют в резцедержателе токарного станка, а обрабатываемую деталь в патроне станка.

После шлифования поверхность детали пассивируют и сушат. Если в процессе обработки используют натирание для создания дополнительного покрытия, то пассивацию и сушку производят после натирания. Во всех случаях после пассивации и сушки, а также периодически (желательно раз в полгода) в процессе эксплуатации узла трения на поверхность обработанной детали наносят композицию, содержащую 4-12% меди, 2-8% ПТФЭ и 2-8% бората гликоля в мыльной пластичной смазке.

Пример. Была проведена обработка внутренних рабочих поверхностей 8 партий стальных втулок подшипников скольжения (по 8 втулок в партии) по способу согласно прототипу (вариант 1), согласно изобретению без использования натирания электроискрового покрытия (вариант 2) и с использованием натирания, в том числе в пределах заявленных интервалов параметров натирания (варианты 3, 4, 5) и за пределами указанных параметров (варианты 6, 7).

При электроискровом легировании на все втулки наносили покрытие из бронзы БрАЖМц 10-3-1,5.

Сравнительную эффективность обработки втулок определяли по интенсивности их износа, среднему коэффициенту трения в процессе испытаний и пути трения до достижения заданного значения коэффициента трения, равного 0,22. Результаты испытаний помещены ниже в таблице.

Наименование основных операций	Вариант реализации
1	2	3	4	5	6	7
1. Электроискровое легирование при:
- напряжении на электродах, В	105	105	10	105	200	1	300
- токе КЗ и рабочем токе, А	5,2	5,2	0,5	5,2	10,0	0,1	14,8
- энергии импульсного разряда, Дж	0,5	0,5	0,3	0,5	0,7	0,1	0,9
- токе в импульсе, кА	0,78	0,78	0,05	0,78	1,5	0,01	2,22
- удельном времени обработки, мин/см2	2,2	2,2	1,0	2,2	3,5	0,1	4,8
- частоте вращения электрода, n×103, об/мин	5	5	4	5	6	3	7
- длительности импульса, с	10-4	10-4	10-6	10-4	10-3	10-7	10-2
- шлифовании со съемом % нанесенного слоя	-	20	10	20	30	1	40
2. Натирание электроискрового покрытия материалом на основе меди при:
- давлении на стержень, МПа	-	-	50	85	120	15	155
- скорости перемещения втираемого материала, м/с	-	-	0,01	0,05	0,10	0,001	0,15
- в смеси состава (глицерин: хлорид меди)	-	-	99:1	98:2	97:3	99,5:0,5	96:4
3. Нанесение композиции состава, мас.%:
- меди	-	8	4	8	12	1	16
- ПТФЭ	-	5	2	5	8	1	11
- бората гликоля	-	5	2	5	8	1	11
- мыльной пластичной смазки ЦИАТИМ-201	100	82	92	82	72	97	62
4. Результаты испытаний:
- толщина покрытия, мкм (после ЗИЛ)	90	90	120	90	70	220	50
- интенсивность износа, IG, мг/км	12,9	10,3	3,0	3,1	3,2	9,7	10,0
Средний коэффициент трения, f	0,20	0,17	0,11	0,11	0,11	0,17	0,17
- путь трения, Lтр до f=0,22, м	385	447	865	866	867	440	442

Таким образом, способ согласно изобретению по сравнению с прототипом обеспечивает в особенности в рекомендуемых интервалах технологических параметров существенно меньшие значения величин интенсивности износа узла трения и среднего коэффициента трения, а также существенно большее значение пути трения до достижения коэффициента трения, равного заданной величине. За пределами интервалов рекомендуемых параметров характеристики узла трения ухудшаются, оставаясь вместе с тем лучше соответствующих характеристик способа-прототипа [1].

Источник информации

1. Электроискровое легирование металлических поверхностей. Под редакцией Ю.Н.Петрова, Кишинев, Штиинца, 1985 г. с.42-43

1. Способ обработки рабочей поверхности детали узла трения для придания ей износостойких и антифрикционных свойств, включающий создание защитного покрытия поверхности путем ее электроискрового легирования, отличающийся тем, что электроискровое легирование осуществляют электродом, выполненным из материала на основе меди, затем проводят шлифование со съемом 10-30% толщины покрытия, пассивацию в растворе окислителя и сушку, после чего на обработанную поверхность наносят композицию, содержащую, мас.%:

медь	4-12
политетрафторэтилен	2-8
борат гликоля	2-8
мыльная пластичная смазка	остальное до 100

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед пассивацией покрытие натирают 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 мас.%.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанную композицию периодически дополнительно наносят в режиме эксплуатации узла трения.