Технологическое повышение прочности сцепления и износостойкости антифрикционного покрытия биметаллических подшипников скольжения

Актуальность темы

В настоящее время производство оснащено современной сложной техникой, безотказность работы которой зависит от срока службы наиболее нагруженных деталей. Во многих изделиях машиностроительного производства нашли широкое применение различные подшипники скольжения, так как они обладают высокими антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, выдерживают значительные удельные нагрузки и высокие скоростные режимы. Чаще всего это бронзовые подшипники скольжения типа «втулка». Эти подшипники лимитируют ресурс работы ответственных узлов и агрегатов. Обеспечение высокой прочности сцепления антифрикционного покрытия и износостойкости биметаллических подшипников скольжения является сложной задачей, как при их изготовлении, так и при ремонте.

Одним из наиболее рациональных путей повышения прочности сцепления антифрикционного покрытия и износостойкости подшипников скольжения является применение биметаллических втулок с нанесенным на внутреннюю поверхность покрытием из порошков на основе бронзы. Серьезной проблемой при изготовлении подобных втулок является обеспечение необходимой прочности сцепления покрытия с основой. Известно, что прочность сцепления может быть повышена формированием' на поверхности основы специального рельефа. Одним из наиболее рациональных видов наносимых рельефов является сетчатый профиль, получаемый накатыванием. Однако отсутствие обоснованных рекомендаций по режимам и применяемым материалам при изготовлении подшипников скольжения косым сетчатым накатыванием и газопламенным напылением порошков бронзы сдерживает внедрение таких технологий в производство и поэтому является актуальной задачей.

Цель работы: технологическое повышение прочности сцепления и износостойкости антифрикционного покрытия биметаллических подшипников скольжения косым сетчатым накатыванием и газопламенным напылением порошков бронзы.

Задачи исследований:

1) провести анализ технологий изготовления подшипников скольжения и существующих антифрикционных материалов, а также показателей качества технологий нанесения металлопокрытий;

2) исследовать процесс пластического деформирования основы в процессе накатывания;

3) исследовать прочность сцепления покрытий с основой, микроструктуру и микротвердость основы и покрытий;

4) определить шероховатость и маслоёмкость покрытий и провести сравнительные исследования износостойкости покрытий, а также эксплуатационные испытания подшипников;

5) разработать технологию и оснастку для изготовления биметаллического подшипника скольжения косым сетчатым накатыванием и газопламенным напылением порошков бронзы и определить экономическую эффективность разработанной технологии.

Объект исследований: технология изготовления биметаллических подшипников скольжения косым сетчатым накатыванием на резьбовой поверхности основы и газопламенным напылением антифрикционного покрытия.

Предмет исследований: числовые значения подъема металла основы, шероховатости, прочности сцепления, микротвердости, маслоемкости и износостойкости антифрикционных покрытий биметаллического подшипника скольжения.

Методы исследований: при проведении исследований использованы фундаментальные положения технологии машиностроения, теории упругости и пластичности, численные методы решения систем дифференциальных уравнений (метод конечных элементов), теория планирования эксперимента, статистической обработки экспериментальных данных и регрессионного моделирования.

Научная новизна:

1. Установлено, что косое сетчатое накатывание по предварительно нарезанной резьбе обеспечивает повышение прочности сцепления нанесенного антифрикционного покрытия в 1,5 раза и увеличивает его износостойкость в 1,65 раза.

2. Установлено влияние технологических параметров обработки, геометрических параметров резьбы и геометрических параметров инструмента на перераспределение металла по высоте при косом сетчатом накатывании на резьбовой поверхности.

3. Разработаны математические модели, связывающие технологические параметры обработки (шаг резьбы Рглубина регулярной неровности Ьшаг накатного ролика 0 и силы деформирования при косом сетчатом накатывании на резьбовой поверхности. '.

Достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретического моделирования и экспериментальных исследований, и внедрением результатов исследований в производство.

Практическая ценность работы:

1. Определены рациональные технологические параметры косого сетчатого накатывания, обеспечивающие наилучшее сцепление с антифрикционным покрытием;

2. Разработаны и внедрены технология и оснастка для изготовления подшипников скольжения косым сетчатым ~ накатыванием, и газопламенным напылением порошков бронзы.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на следующих конференциях: Фундаментальные и прикладные проблемы в машиностроительном комплексе «Технология — 2009»: XI Международная научно-техническая конференция 12−21 марта 2009 г. — Россия, Орел — Taba, Arab Republic of EgiptНадежность и ремонт машин: 1-я и 2-я Международная научно-техническая конференция 2004 — 2005 г. — г. ГаграНаучные проблемы и перспективы развития ремонта, обслуживания машин и восстановления деталей: Международная научно-техническая конференция, г. Москва ГНУ ГОСНИТИ, 2003; Инженерия поверхности и реновация изделий: 1-я, 2-я, 3-я Международная научно-техническая конференции, 2001 — 2003 г., г. ЯлтаИнженерно-техническое обеспечение и машинно-технологические станции в условиях реформирования АПК: Международная научно-практическая конференция, г. Орел, 2000 г.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в производственный процесс ряда предприятий г. Орла: ЗАО «Дормаш», ЗАО «Орел-Погрузчик» и ЗАО «СДМ-Сервис Орел» в виде технологического процесса и оснастки для изготовления подшипников скольжения балансирных устройств.

Публикации. По материалам работы автором опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и 3 патента на изобретения.

Объём и структура работы. Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложенийизложена на 172 страницах, содержит 110 рисунков, 25 таблиц, 135 формул, библиографию из 81 наименования, 19 приложений.

На защиту выносятся:

1) технология и оснастка для изготовления биметаллических подшипников скольжения косым сетчатым накатыванием и газопламенным напылением порошков бронзы;

2) результаты теоретических исследований процесса пластического деформирования резьбовой основы в процессе косого сетчатого накатывания;

3) результаты экспериментальных исследований влияния технологических параметров косого сетчатого накатывания на прочность сцепления газопламенных покрытий с основой;

4) результаты исследований шероховатости, маслоёмкости покрытий, микроструктуры и микротвердости основы и покрытий;

5) результаты сравнительных исследований износостойкости покрытий.