Способ изготовления подшипника скольжения
Изобретение относится к технологии формирования полимерных изделий центробежным способом и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения. Технической задачей изобретения является повышение долговечности подшипника. Согласно способу изготовления подшипника скольжения загружают полимерную композицию в виде связующего и антифрикционных наполнителей в металлическую втулку и осуществляют формирование антифрикционного покрытия при вращении металлической втулки с образованием слоев наполнителей по толщине антифрикционного покрытия посредством ликвации. Дополнительно в полимерную композицию вводят наполнитель пограничного слоя в виде крупнодисперсного металлического порошка, который имеет коэффициент температурного расширения, больший коэффициента температурного расширения металлической втулки, и удельный вес, превышающий удельный вес антифрикционных наполнителей. Перед ликвацией антифрикционных наполнителей устанавливают температурный и скоростной режим, который обеспечивает формирование пограничного слоя из металлического порошка между металлической втулкой и антифрикционным покрытием. В качестве предпочтительных вариантов материалов при применении алюминиевой втулки используют бронзовый порошок, при применении бронзовой втулки - стальной порошок, при применении стальной втулки - порошки эвтэктического расплава, например, никеля и железа. Дополнительное введение в полимерную композицию наполнителя пограничного слоя в виде крупнодисперсного металлического порошка, который имеет коэффициент температурного расширения, больший, чем у металлической втулки, позволяет создать структуру из матрицы в виде уплотненного пористого слоя металлического порошка с полимерным связующим (псевдометаллический слой), которая обеспечивает прочность сцепления антифрикционного покрытия с металлической втулкой при температурных колебаниях как при изготовлении, так и в процессе эксплуатации подшипника скольжения, за счет сглаживания псевдометаллическим слоем разницы изменения линейных размеров металла и полимера из-за их различных коэффициентов температурного расширения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к технологии формирования полимерных изделий центробежным способом и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения.
Известен способ изготовления подшипника скольжения из полимерной композиции путем центробежного формирования антифрикционного слоя на внутренней поверхности металлической втулки (Е.В.Зиновьев и др. Полимеры в узлах трения машин и приборов. - М.: Машиностроение, 1980, с.40-41).
Однако при таком способе качество антифрикционного слоя и прочность его сцепления с поверхностью металлической втулки невысокие, поэтому снижается надежность работы подшипника.
Ближайшим аналогом является способ изготовления подшипника скольжения, при котором загружают полимерную композицию в виде связующего и антифрикционных наполнителей в металлическую втулку и осуществляют формирование антифрикционного покрытия при вращении металлической втулки с образованием слоев наполнителей по толщине антифрикционного покрытия посредством ликвации (патент РФ №2207955, кл. В 29 D 31/02, 08.11.2001).
Недостатком способа является низкая прочность сцепления антифрикционного покрытия с металлической втулкой, что приводит к его отслоению при термообработке подшипника скольжения при изготовлении. Кроме того, из-за большой разницы коэффициентов температурного расширения металлической втулки и полимерного антифрикционного покрытия происходит разрушение пограничного слоя (слоя, который образуется в известном способе из композиции в виде связующего и армирующего материала в промежутке между поверхностью металлической втулки и антифрикционным слоем), что не позволяет эксплуатировать подшипник скольжения в широком диапазоне температур и при их колебаниях.
Технической задачей изобретения является повышение долговечности подшипника.
Решение указанной задачи достигается тем, что согласно способу изготовления подшипника скольжения, при котором загружают полимерную композицию в виде связующего и антифрикционных наполнителей в металлическую втулку и осуществляют формирование антифрикционного покрытия при вращении металлической втулки с образованием слоев наполнителей по толщине антифрикционного покрытия посредством ликвации, дополнительно в полимерную композицию вводят наполнитель пограничного слоя в виде крупнодисперсного металлического порошка, который имеет коэффициент температурного расширения, больший коэффициента температурного расширения металлической втулки, и удельный вес, превышающий удельный вес антифрикционных наполнителей, а перед ликвацией антифрикционных наполнителей устанавливают температурный и скоростной режим, который обеспечивает формирование пограничного слоя из металлического порошка между металлической втулкой и антифрикционным покрытием. Кроме того, в качестве предпочтительных вариантов материалов при применении алюминиевой втулки используют бронзовый порошок, при применении бронзовой втулки - стальной порошок, при применении стальной втулки - порошки эвтэктического расплава, например, никеля и железа.
Дополнительное введение в полимерную композицию наполнителя пограничного слоя в виде крупнодисперсного металлического порошка, который имеет коэффициент температурного расширения, больший, чем у металлической втулки, позволяет создать структуру из матрицы в виде уплотненного пористого слоя металлического порошка с полимерным связующим (псевдометаллический слой), которая обеспечивает прочность сцепления антифрикционного покрытия с металлической втулкой при температурных колебаниях как при изготовлении, так и в процессе эксплуатации подшипника скольжения, за счет сглаживания псевдометаллическим слоем разницы изменения линейных размеров металла и полимера из-за их различных коэффициентов температурного расширения. Превышение удельного веса металлического порошка по отношению к удельному весу антифрикционного наполнителя позволяет в процессе ликвации сформировать вначале пограничный слой из порошка, а затем - антифрикционное покрытие.
Установка перед ликвацией антифрикционных наполнителей температурного и скоростного режима, обеспечивающего формирование пограничного слоя из металлического порошка между металлической втулкой и антифрикционным покрытием, создает условия для быстрого и качественного расслоения связующего и наполнителей с последующим отверждением покрытия при его центробежном формировании.
Использование предпочтительных вариантов для материалов металлической втулки и металлического порошка, а именно при применении алюминиевой втулки использование бронзового порошка, при применении бронзовой втулки - стального порошка, при применении стальной втулки - порошков эвтэктического расплава, например, никеля и железа, объясняется оптимальным соотношением их коэффициентов температурного расширения, позволяющим осуществить способ создания пограничного слоя, повысить прочность, износостойкость подшипника скольжения и увеличить его долговечность.
На фиг.1 приведена схема центробежного формирования подшипника скольжения.
На фиг.2 - узел I на фиг.1 - вид антифрикционного покрытия с пограничным слоем (псевдометаллическим слоем) после ликвации наполнителей.
Пример реализации способа изготовления подшипника скольжения.
В подготовленную металлическую втулку 1 (например, из бронзы), вставленную в посадочную поверхность торцевой крышки 2, заливают предварительно смешанную полимерную композицию на основе связующего (например, эпоксидную смолу ЭД-20 с отвердителем полиэтиленполиамин), антифрикционных наполнителей (например, порошки графита и фторопласта) и дополнительный наполнитель в виде крупнодисперсного (размер частиц 0,05-0,15 мм) металлического порошка (стального) с коэффициентом температурного расширения, большим коэффициента температурного расширения металлической втулки 1. Количество и соотношение связующего, антифрикционных наполнителей и металлического порошка определяют экспериментально исходя из размеров подшипника скольжения и толщины антифрикционного покрытия. Затем металлическую втулку 1 закрывают торцевой крышкой 3, устанавливают в центробежную установку и приводят во вращение (фиг.1). При плавном увеличении скорости вращения происходит распределение полимерной композиции по внутренней поверхности металлической втулки, удаление пор и пузырьков воздуха из полимерной композиции. Затем устанавливают температурный и скоростной режим, который обеспечивает формирование пограничного слоя 4 (псевдометаллического слоя) из металлического порошка между металлической втулкой 1 и антифрикционным покрытием (см. фиг.2). При этом температуру формования поднимают до начала разжижения связующего (увеличения его текучести), для эпоксидной смолы ЭД-20 - 60-80° С, а скорость вращения металлической втулки - до величины, обеспечивающей отделение металлического порошка от связующего и уплотнения его в виде пограничного слоя 4 между металлической втулкой 1 и антифрикционным покрытием (скорость вращения для разных композиций и размеров металлической втулки определяют опытным путем). Нагрев металлической втулки 1 и полимерной композиции позволяет сократить время отверждения композиции и за счет ее разжижения создать псевдометаллический слой из металлического порошка, пропитанного полимерным связующим, с плотностью, близкой к металлу, и адгезионной прочностью, близкой к полимерному связующему. В процессе ликвации образуется антифрикционный слой 5 (или несколько слоев по толщине полимерного покрытия, что зависит от удельных весов антифрикционных наполнителей), который прочно связан с пограничным (псевдометаллическим) слоем 4 и обеспечивает низкую силу трения и высокую износостойкость в процессе эксплуатации.
После отверждения полимерной композиции подшипник скольжения охлаждают при комнатной температуре, а затем термообрабатывают известным способом. В процессе термообработки пограничный слой препятствует отслоению антифрикционного покрытия от металлической втулки, так как за счет разницы коэффициентов температурного расширения металлического порошка и металлической втулки в сформированном псевдометаллическом слое возникают напряжения сжатия, что гарантирует предотвращение разрушения адгезионных связей.
В качестве предпочтительных вариантов сочетания материалов металлической втулки и металлического порошка предлагается использовать: алюминиевая втулка (коэффициент температурного расширения равен 22,9× 10-6°C-1) - бронзовый порошок (коэффициент температурного расширения - 17,5× 10-6°С-1); бронзовая втулка (коэффициент температурного расширения - 17,5× 10-6°С-1) - стальной порошок (коэффициент температурного расширения 11,9× 10-6°С-1); стальная втулка (коэффициент температурного расширения -11,9× 10-6°С-1) - порошки эвтектического расплава, например, никеля и железа (коэффициент температурного расширения - 0,9× 10-6°C-1). Указанные сочетания материалов определены опытным путем и подобраны по величине удельных весов в процессе ликвации центробежным способом.
В отличие от аналогов данный способ изготовления подшипника скольжения позволяет повысить качество изделий за счет создания пограничного, близкого по свойствам к металлической втулке и полимерному покрытию, слоя, что повышает надежность и долговечность узла трения.
1. Способ изготовления подшипника скольжения, при котором загружают полимерную композицию в виде связующего и антифрикционных наполнителей в металлическую втулку и осуществляют формирование антифрикционного покрытия при вращении металлической втулки с образованием слоев наполнителей по толщине антифрикционного покрытия посредством ликвации, отличающийся тем, что дополнительно в полимерную композицию вводят наполнитель пограничного слоя в виде крупнодисперсного металлического порошка, который имеет коэффициент температурного расширения, больший коэффициента температурного расширения металлической втулки и удельный вес, превышающий удельный вес антифрикционных наполнителей, а перед ликвацией антифрикционных наполнителей устанавливают температурный и скоростной режим, который обеспечивает формирование пограничного слоя из металлического порошка между металлической втулкой и антифрикционным покрытием.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве предпочтительных вариантов материалов при применении алюминиевой втулки используют бронзовый порошок, при применении бронзовой втулки - стальной порошок, при применении стальной втулки - порошки эвтэктического расплава, например, никеля и железа.
