CC BY
54
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДРЕВЕСНО-МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Шевелева Е.В. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
Исследование свойств древесины и разработка технологий, направленных на совершенствование физико-механических характеристик древесных материалов позволили значительно расширить область их применения, в частности для изготовления антифрикционных вкладышей подшипников скольжения. Особенности строения древесины, разработанные технологии её модифицирования в сочетании со сравнительно низкой стоимостью делают этот материал перспективным для применения в качестве основы для создания композиционных материалов трибологического назначения.
Анализ перспектив повышения работоспособности деталей из древесно-металлических материалов показывает, что она может быть достигнута как за счет формирования благоприятной совокупности объемных характеристик, определяемых строением и свойствами отдельных структурных составляющих древесной матрицы и металлической фазы, так и путем управления свойствами функциональных поверхностных слоев, обеспечиваемых в основном условиями их обработки резанием.
Вкладыши подшипника целесообразно изготавливать из отдельных секторов. Вначале в древесный брус, увлажнённый до 70...80 %, имплантируются те-плоотводящие элементы. Имплантация проводится метанием при помощи метательной установки, в которой используется энергия порохового заряда, необходимая навеска которого рассчитывается.
Внедрение теплоотводящих элементов осуществляется метанием в пропаренную древесину. Такая очередность проведения операции имплантации обусловлена, во-первых, необходимостью уменьшения силового воздействия и снижения вероятности разрушения древесного материала при введении в нее теплоотводящих элементов, во-вторых, возможностью повышения сплошности формируемого материала за счет ликвидации каналов, остающихся после внедрения имплантата, при последующем прессовании.
Для создания вкладышей выделяется три слоя, толщина которых составляет для наружного- 40 %, среднего- 20 %, внутреннего- 40 % толщины вкладыша. Для всех слоев необходима одинаковая скорость подлёта разных по размерам, массе и глубине имплантации в древесину частиц. Это можно достичь, варьируя диаметр и плотность частицы, то есть её материал. Для того чтобы частицы равномерно расположились по всей площади древесного бруса, необходимо произвести несколько выстрелов таким образом, чтобы площадь рассеивания частиц одного выстрела граничила с площадью рассеивания соседних и так охватывала всю площадь образца.
Метание производится с внешней поверхности будущего подшипника. Для того чтобы некоторые теплоотводящие элементы во время метания не вылетали из древесной основы, устанавливается свинцовая подкладка.
После введения теплоотводящих элементов из бруса изготавливаются заготовки секторов необходимых размеров и затем помещаются в горячую пропиточную ванну, где осуществляется их пропитка в 30% растворе карбамида при температуре 90-100°С в течение 2 часов.
После пропитки полученная таким образом композиция подвергается прессованию в специальной пресс-форме.
Прессование древесных заготовок осуществляется с помощью винтового пресса. Затем пресс-форма помещается в сушильную камеру, где при температуре 120-125°С выдерживается в течение 4-5 часов. Влажность образцов после сушки составляет 1...2%. После этого форма разбирается, и из нее извлекаются отдельные секторы вкладыша, которые склеиваются эпоксидным клеем. В результате формируется кольцевая заготовка подшипника скольжения. На заключительной операции механической обработки осуществляется расточка внутреннего и внешнего диаметров с формированием функциональных параметров поверхностного слоя. В процессе механической обработки обеспечивается получение на формируемой рабочей поверхности вкладыша соотношения площадей древесного материала и теплоотводящих элементов (85-90 и 15-10 процентов соответственно). Высота шероховатости получаемой поверхности составляла 0,32-0,64 мкм.
Свойства функциональных поверхностей, формируемые в процессе механической лезвийной обработки, главным образом, определяются режимами резания, угловыми параметрами резцов и свойствами древесного материала и теплоотводящих элементов.
В процессе обработки происходит одновременное резание древесного материала и теплоотводящих элементов. При этом теплоотводящие элементы за счет действия сил резания могут вдавливаться в упругую основу, перерезаться с образованием на поверхности фрикционного контакта металлического пятна, либо полностью вырываться из древесного материала. Характер протекания процесса резания определяется степенью закрепления теплоотводящих элементов в древесном материале, сопротивлением имплантированного металла срезанию, величиной касательной силы резания, определяемой в основном прочностными характеристиками материала, уровнем срезания частицы и угловыми характеристиками используемых инструментов.
После завершения процесса резания действие вдавливающей силы прекращается, и частица под действием сил упругости перемещается в радиальном направлении по отношению к оси обрабатываемого вкладыша. При этом на обработанной поверхности формируются выступы теплоотводящих элементов, которые являются основными несущими элементами подшипника скольжения.
Таким образом, появляется дополнительная возможность управления фрикционными характеристиками поверхности композиционного подшипникового материала за счет реализации принципа Шарпи.
Качество поверхностей, получаемых в процессе обработки резанием, определяется поверхностной структурой древесно-металлических материалов, микрорельефом, позволяющим управлять площадью контакта всех деталей фрикционного соединения, наличием на рабочей поверхности выходов металлической фазы и отсутствием вырывов металлической составляющей.
Высокая стойкость полученных вкладышей к повышенным температурам проявляется за счёт увеличенного теплоотвода вследствие имплантирования в древесный материал металлических теплоотводящих элементов. Теплоотводящие элементы максимальных диаметров расположены в слое, прилегающем к рабочей поверхности подшипника и находятся в непосредственном контакте с валом. По мере приближения слоя к внешнему диаметру вкладыша диаметр и объёмная концентрация теплоотводящих элементов уменьшается.
Повышение антифрикционных свойств связано с применением антифрикционных материалов на рабочей поверхности и обеспечения реализации избирательного переноса и принципа Шарпи. Предлагаемые материалы с повышенными триботехническими свойствами рекомендуется использовать в узлах трения, подверженных воздействию динамических нагрузок, действию абразива в зоне контакта, воспринимающих вибрации и.т.д.
