Способ формирования антифрикционной поверхности трения в парах трения

 

Использование: выполнение антифрикционной поверхности в парах трения. Сущность изобретения: на поверхности трения выполняют канавки глубиной 0,1-1000 мкм, причем соотношение суммарной площади поверхности трения за вычетом площадей углублений к суммарной площади углублений равно 0,2-2,0. Канавки заполняют антифрикционным материалом, содержащим интерметаллиды цветных металлов, армированные ультрамелкодисперсными алмазами. 2 табл.

Заявляемое изобретение относится к области машиностроения, в частности, к способу формирования антифрикционных поверхностей терния в парах трения и может быть использовано в различных областях техники: машиностроении, автотракторном моторостроении и т.д.

Антифрикционные поверхности скольжения в парах трения формируют путем нанесения на поверхность деталей с использованием различных технологических приемов высокопрочных и износостойких ориентированных материалов: полимеризующихся пластмасс, смазочных композиций, твердых смазочных материалов.

Известен способ получения износостойкой поверхности детали путем нанесения рабочего слоя на его поверхность с использованием промежуточного металлического слоя [1] С целью улучшения связи рабочего слоя с материалом основы на поверхность рабочего слоя наносят слой цементирующего металла и нагревают его в нейтральной атмосфере до температуры выше температуры плавления цементирующего металла. В качестве рабочего слоя используют порошок карбида вольфрама, а в качестве цементирующего промежуточный слой меди. При таком способе не достигается желаемого эффекта в повышении триботехнических свойств из-за большой разности в твердости и фазового состава тела и контртела пары трения. Такие пары в процессе работы перегреваются с изменение состава рабочего слоя, что влечет за собой снижение триботехнических свойств.

Наиболее близким по технической сути является способ образования антифрикционной поверхности скольжения подшипника [2] Сущность способа заключается в том, что на поверхности трения подшипника предварительно нарезают спиральную канавку, а затем полимерный материал укладывают в эту канавку, поверхность которой нагревается в процессе ее нарезания и полимерный материал расплавляется с образованием адгезионной связи с ней, после чего полимерный материал прикатывают.

Однако известный способ обладает недостатками, т.к. вследствие контактных температур, возникающих в процессе трения происходит вытекание и выгорание органики на опорных поверхностях в контакте активного терния с образованием твердых частиц, что резко снижает устойчивость пары к задиру.

Задачей настоящего изобретения является создание способа формирования антифрикционной поверхности, обеспечивающей в парах трения высокие триботехнические свойства, задиростойкость, долговечность деталей и узлов машин на весь ресурс, повышение КПД.

Решается поставленная задача тем, что в известном способе формирования антифрикционной поверхности трения в парах трения, включающем выполнение на одной из поверхностей рельефа и заполнение его антифрикционным материалом, рельеф выполняют в виде выступов и впадин глубиной от 0,1 мкм до 1000 мкм с суммарным соотношением площадей выступов и впадин равным 0,2^oC2,0, и в качестве антифрикционного материала используют антифрикционный материал, содержащий спеченные интерметаллиды цветных металлов, армированные ультрамелкодисперсными алмазами.

Отличительными существенными признаками заявляемого изобретения являются: операция нанесения рельефа на одну из поверхностей трения в паре трения; форма выполнения рельефа; выбор оптимального соотношения эффективных площадей опорной поверхности (выступов) и впадин; выбор антифрикционного материала, которым путем фрикционного переноса заполняют впадины рельефа.

Применение предлагаемого способа при формировании поверхностей трения резко снижает внутренние потери на трение, повышает износостойкость пары трения, исключает возникновение задира, дает возможность использовать черные металлы взамен цветных металлов и сплавов.

Положительный результат достигается за счет правильного выбора глубины впадин и соотношения площадей выступов и впадин, заполненных подобранным антифрикционным материалом. Глубина впадин определяется оптимальной величиной износа пары до ремонтного размера или же до полной ее замены. Впадина заполнена массой антифрикционного материала, который в процессе работы постоянно подпитывает опорную поверхность (выступ) пленкой.

Соотношение площадей выступов и впадин определяется физико-механическими и физико-химическими условиями работы пары трения (удельные нагрузки, давление, среда, температура).

Высокие триботехнические свойства, тепло- и температуропроводность антифрикционного материала, содержащего интерметаллиды, армированные ультрамелкодисперсными алмазами, препятствуют возникновению локальных температур, следовательно, обеспечивают увеличение задиростойкости, износостойкости, стабильности работы пары.

В таблице 1 приведены сравнительные результаты испытаний на задиростойкость специального чугуна Ч5НРСэ, поверхность которого формировалась по предлагаемому способу и по способу-прототипу.

Пример 1. Испытания проводились на машине трения СМЦ-2 без дополнительной смазки. Задиростойкость поверхностей оценивалась по количеству циклов нагружения (времени действия нагрузки) до наступления схватывания и задира. Контртело ролик из стали ШХ15. Перед каждым опытом контртело восстанавливалось мелкозернистым алмазным бруском в течение 10 мин.

В той же таблице 1 приведены данные, подтверждающие достижение положительного эффекта в заявляемом интервале параметров, касающихся выполнения рельефа на поверхности трения.

Как видно из таблицы 1, наиболее эффективный результат по времени до задира соответствует соотношениям площадей от 0,2 до 2,0 и глубина впадин 0,1^oC1000 мкм.

Выход за пределы заявленных параметров приводит к снижению износостойкости пары терния.

Имеются данные о проведении стендовых испытаний гильз цилиндров ДВС марки СМД-60 и СМД-31, изготовленных из чугуна Ч5НРСэ, обработанных по предлагаемому способу. 800-часовые испытания показали, что внутренние потери на трение снизились на 25% а стойкость компрессионных колец за счет отсутствия прижогов и натира увеличилась в 1,7^oC2,4 раза.

Пример 2. На машине трения по методике, описанной в примере 1 определялась задиростойкость бронзы марки БрА9ЖЗЛ в сравнении со сталью марки Ст. 45, ЧОНРСэ, поверхность которой формировалась по предлагаемому способу.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Как видно из таблица 2, задиростойкость стали, поверхность которой сформирована по предлагаемому способу, значительно выше, чем у бронзы, которая используется для изготовления "третьего тела" в парах терния подшипников скольжения и втулок.

Очевидно, что черные металлы, поверхность которых сформирована в соответствии с заявляемым изобретением, могут быть использованы взамен цветных металлов и их сплавов.

Таким образом, предлагаемый метод может найти широкое применение в различных областях машиностроения, решить важнейший вопрос в экономии дорогостоящих цветных металлов и их сплавов.

Формула изобретения

Способ формирования антифрикционной поверхности трения в парах трения, включающий выполнение на поверхности трения углублений и заполнение их антифрикционным материалом, отличающийся тем, что углубления выполнены глубиной 0,1 1000 мкм, причем соотношение суммарной площади поверхности трения за вычетом площадей углублений к суммарной площади углублений равно 0,2 2,0, а в качестве антифрикционного материала используют антифрикционный материал, содержащий интерметаллиды цветных металлов, армированные ультрамелкодисперсными алмазами.

РИСУНКИ

Рисунок 1