Способ нанесения антифрикционного слоя на металлическую деталь
Владельцы патента RU 2691356:
Кузьмин Юрий Георгиевич (RU)
Туманов Александр Викторович (RU)
Изобретение относится к нанесению антифрикционного слоя на металлические поверхности, в частности на колодки и подшипники. Осуществляют отливку методом литья под давлением пластины из полиэфирэфиркетона. Указанную пластину отливают по размеру и геометрии металлической детали в литьевой форме под давлением 130 кг⋅с/см2, при температуре расплава 430°С, скорости впрыска 120 мм3 в секунду и температуре пресс-формы 250°С. На поверхность металлической детали наносят бронзоникелевый слой, размещают нагретую до 390-435°С металлическую деталь в горизонтальном положении в матрице, изготовленной по габаритам упомянутой детали и предварительно прогретой до температуры 200-230°С. На шток пресса помещают пуансон и осуществляют задавливание упомянутой предварительно нагретой до температуры 180-200°С пластины из полиэфирэфиркетона на бронзоникелевый слой с получением антифрикционного слоя толщиной 1,0-1,2 мм. Обеспечивается исключение образования пор и микротрещин, что, в свою очередь, увеличивает несущую способность не менее чем на 40% и износостойкость не менее чем на 50%. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к нанесению антифрикционного слоя на металлические поверхности, например, опорных, в том числе, (радиальных) колодок и подшипников.
Из уровня техники известен документ RU 2294398, C23C28/00, опубл. 27.02.2007 из которого известен способ, который включает плазменное напыление адгезионного металлического подслоя и последующее формирование слоя фторопласта с его оплавлением. Плазменное напыление адгезионного подслоя осуществляют при силе тока 90-110 А, напряжении 30-45 В с последующей его термической обработкой при температуре 650-800°С. Оплавление фторопластового покрытия проводят при температуре 250-270°С в течение 3-5 часов. Напыляют адгезионный подслой на основе медно-цинкового сплава. Защитное покрытие получают на поверхности алюминиевого сплава или углеродистой стали.
Недостатком данного способа является, высокая стоимость установки газоплазменного напыления, слишком мелкая фракция зерна, это до 220-240 микрон, что в свою очередь не обеспечивает, необходимую адгезию полимерного антифрикционного слоя с бронза-никелевым подслоем. Оптимальным размером зерна является 550-600 микрон.
Из уровня техники известен документ 2005130482/11, 03.03.2004. Изобретение относится к подшипникам, пластиковым материалам подшипников и способам их получения. Подшипник содержит слой материала подложки, пористый слой, расположенный на слое подложки, и слой экструдированного материала подшипника, размещенный посредством пропитки в пористом слое и имеющий сплошную затвердевшую структуру, включающую сплошную политетрафторэтиленовую матрицу и раздельные частицы материала добавки, при этом слой материала подшипника имеет часть пористого слоя. Также заявлен пластиковый материал подшипника,
который включает экструдированную неспеченную ленту или полосу, предназначенную для пропитки в пористом слое, расположенном на материале подложки, и включающий политетрафторэтиленовую матрицу и раздельные частицы материала добавки.
При данной технологии, полимерный материал в виде пластины или ленты, изготавливается способом экструзии. При экструзии полимера, давление составляет не более 15 кгс\см2. Что не обеспечивает полное и равномерное спрессовывание полимерных пластин. Они имеют поры и микротрещины. И это негативно сказывается на несущей способности подшипника и его износостойкости.
Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ нанесения антифрикционного слоя на металлическую деталь, включающий нанесение антифрикционного материала на металлическую деталь по документу EP 201301220, МПК С23С28/00, 28.02.2014.
Во всех известных методах нанесения дронзо-никеля, методом электро-дугового напыления (металлизации), напыляемая деталь, маленького габарита, жестко закреплена неподвижно, а металлизатор в ручную двигается относительно поверхности детали.
Технический результат заключается в том, что при давлении 130 кгс\см2, исключается образование пор и микротрещин, что в свою очередь увеличивает несущую способность не менее чем, на 40% и износостойкость не менее чем, на 50%.
Технически результат достигается за счет способа нанесения антифрикционного слоя на металлическую деталь. Методом литья под давлением отливают пластину из полиэфирэфиркетона, при этом указанную пластину отливают по размеру и геометрии металлической детали в литьевой форме по давлением 130 кгс/см2, температуре расплава 430°С, скорости впрыска 120 мм3 в секунду и температуре пресс-формы 250 °С, на поверхность металлической детали наносят бронзо-никелевый слой, размещают нагретую индукционным нагревателем до 390-435оС металлическую деталь в горизонтальном положении в матрице,
изготовленной по габаритам упомянутой детали, и предварительно прогретой до температуры 200-230°С, помещают на шток пресса пуансон и осуществляют задавливание упомянутой предварительно нагретой до температуры 180-200 °С пластины из полиэфирэфиркетона на бронзо-никелевой слой с получением антифрикционного слоя толщиной 1,0-1,2 мм.
Металлическую деталь используют в виде колодки.
Металлическую деталь используют в виде подшипника.
На первом этапе производится отливка, методом литья под давлением, пластин толщиной 2.2 мм, по размеру и геометрии колодки или подшипника, в литьевой форме под давлением 130 кгс\см2. температура расплава 430 градусов. Скорость впрыска 120 мм 3 в секунду. Температура пресс-формы 250 °С.
После чего наносится дополнительный слой. Дополнительный слой может наносится двумя различными способами.
Упорные колодки устанавливаются на магнитный диск, диаметром 300 мм, при этом вращение диска происходит со скоростью 50-52 оборотов в минуту, скорость перемещения металлизатора в горизонтальной плоскости 500 мм в 1 минуту.
На металлическую поверхность, разогретой до 180-200 градусов и предварительно обработанную колотой дробью, фракция 1,5-1,8 мм, и доведённой до шероховатости не менее 4,5 мкм, наносится первый слой бронзо-никеля, электродуговым металлизатором, с зернистостью до 200 микронов, толщина слоя 0.2-0.3 мм, шероховатость 4-5 мкм, сила тока 220 ампер, давление воздуха 40бар., диаметр проволоки 2 мм, расстояние от дуги до поверхности металла 100-120 мм, затем наносится второй слой бронзо-никеля с зернистостью 500-600 микрон, толщина слоя 0.5-0.8 мм, при этом сила тока 280 ампер, давление 15 бар, диаметр проволоки 2.2 мм, при нанесении второго бронзо-никелевого слоя, одновременно производится
продувка инертным газом под давление 10 бар., для устранения окиси. Данная технология предназначена для металлизации ровных поверхностей.
Деталь закреплена на магнитной установке, движется в горизонтальной плоскости, при помощи механизма с серво-приводом, а металлизатор, закрепленный на площадке, которая в свою очередь, закреплена на шарико-винтовой паре, приводимой в движение мотор-редуктором, движется в вертикальной плоскости. При этом процесс повторяется несколько раз, при изменяющейся силе тока, скорости подачи проволоки и давления воздуха. Что в свою очередь обеспечивает разную величину зерна, в каждом нанесённом слое.
Опорные колодки или подшипники, устанавливаются в другую установку, на поворотный стол, диаметром 550 мм, возвратно-поступательное вращение стола на 180 градусов происходит со скоростью 1500 мм в минуту, скорость перемещения металлизатора, в вертикальной плоскости 120 мм в минуту, на металлическую поверхность, разогретой до 180-200 градусов и предварительно обработанную колотой дробью, фракция которой составляет 1,5-1,8 мм, и доведённая до шероховатости не менее 4,5 мкм, наносится первый слой бронзо-никеля, электродуговым металлизатором, с зернистостью до 200 микронов, толщина слоя 0.2-0.3 мм, шероховатость 4-5 мкм, при этом сила тока 220 ампер, давление воздуха 40 бар., диаметр проволоки 2 мм, расстояние от дуги до поверхности металла 100-120 мм, затем наносится второй слой бронзо-никеля с зернистостью 500-600 микрон, толщина слоя 0.5-0.8 мм, при силе тока 280 ампер, давление 15 бар, диаметр проволоки 2.2 мм, при нанесении бронзо-никелевого слоев, одновременно производится продувка инертным газом под давление 10 бар, для устранения окиси. Данная технология предназначена для металлизации радиальных поверхностей (внутренняя или наружная часть трубы).
После чего в обоих случаях наносится антифрикционный слой трения, на основе полиэфирэфиркетона.
Толщина слоя трения из антифрикционного материала П-30НТ на основе полиэфирэфиркетона (РЕЕК), составляет 1,0-1,2 мм. Только такая толщина обеспечивает отвод тепла в зоне трения.
На втором этапе колодка или подшипник устанавливается в матрицу (постель), изготовленную по ее габаритам, в горизонтальном положении, предварительно прогретую до температуры 390-435 °С. На шток пресса устанавливается пуансон с калибром и задавливает материал П-30НТ на слой бронзо-никеля. Сама пластина из полиэфирэфиркетона, для избежания трещин, предварительно нагревается до температуры 180-200 градусов.
Колодка или подшипник нагревается индукционным нагревателем, до температуры от 390 до 435 градусов, в зависимости от толщины металла. Чем тоньше металл, тем ниже температура.
Данные приведены в таблице 1.
| Толщина металла в мм. | Температура в градусах Цельсия | Давление кг⋅с\ см 2 | Время удержания под давлением в секундах. |
| 10 | 435 | 30 | 40 |
| 20 | 425 | 35 | 60 |
| 30 | 418 | 40 | 120 |
| 40 | 415 | 45 | 180 |
| 50 | 405 | 50 | 220 |
| 60 | 400 | 60 | 250 |
| 70 и более | 390 | 70 | 350 |
1. Способ нанесения антифрикционного слоя на металлическую деталь, отличающийся тем, что методом литья под давлением отливают пластину из полиэфирэфиркетона, при этом указанную пластину отливают по размеру и геометрии металлической детали в литьевой форме под давлением 130 кг⋅с/см2, температуре расплава 430°С, скорости впрыска 120 мм3 в секунду и температуре пресс-формы 250°С, на поверхность металлической детали наносят бронзоникелевый слой, размещают нагретую индукционным нагревателем до 390-435°С металлическую деталь в горизонтальном положении в матрице, изготовленной по габаритам упомянутой детали и предварительно прогретой до температуры 200-230°С, помещают на шток пресса пуансон и осуществляют задавливание упомянутой предварительно нагретой до температуры 180-200°С пластины из полиэфирэфиркетона на бронзоникелевый слой с получением антифрикционного слоя толщиной 1,0-1,2 мм.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлическую деталь используют в виде колодки.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлическую деталь используют в виде подшипника.
