ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛАДЫШЕЙ

 

Сосновский И.А., Куриленок А.А. (ГНУ «ОИМ НАН Беларуси», г. Минск, РБ)

Худолей А.Л. (ГНУ «ИТМО НАН Беларуси», г. Минск, РБ)

Кузнечик О.О. (ГНУ ИПМ, г. Минск, РБ)

 

Разработаны технологические основы для изготовления биметаллических вкладышей разъемных подшипников скольжения из трубчатой заготовки, полученной центробежным индукционным методом. Предложены три принципиальные схемы изготовления половин вкладыша. Проанализированы преимущества и недостатки использования каждой из схем.

The technological foundation of making bimetal shells of split slider bearing from the tubular billet by centrifugal induction method are developed. Three schematic diagrams of the bearing insert manufacturing are proposed. The advantages and disadvantages of using each of the schemes are analyzed.

 

Ключевые слова: биметаллические вкладыши, центробежный индукционный метод, механическая обработка.

Key words: bimetal shells, centrifugal induction method, machining.

 

Разъемные подшипники скольжения имеют ряд преиму­ществ, по сравнению с неразъемными, это - возможность установки в тру­днодоступные места и регулировки в процессе эксплуатации и сборки. Ра­зъемный подшипник скольжения состоит из двух половин вкладыша. Для изготовления половин подшипника используют антифрикционные матери­алы типа бронз, баббитов и многокомпонентных латуней. Причем исполь­зование биметаллических вкладышей является предпочтительным по срав­нению с монолитными, т.к. они выдерживают большие эксплуатационные нагрузки и на их изготовление затрачивается меньше цветного антифрик­ционного сплава. Основным методом получения биметаллических вкла­дышей с толщиной стенки более 3,5 мм является заливка расплава во вра­щающеюся форму. Однако этот процесс не отвечает требованиям экологи­ческой чистоты и требует высокой квалификации рабочего либо автомати­зации производства. В этой связи целью настоящей статьи является разра­ботка технологических основ изготовления биметаллических вкладышей из трубчатой заготовки, полученной центробежным индукционным нанесением порошковых покрытий [1], в условиях ремонтного производства.

На рисунке 1 показано поперечное сечение цилиндрической заготовки с покрытием из нанесенного порошка. Стальная заготовка представляет собой трубу с внут­ренним радиусом R и наружным - R₀. Существует два варианта изготов­ления вкладышей из биметаллической заготовки: изготовление из одной цилиндрической заготовки двух половин вкладыша и одной.

 

Рисунок 1 - Поперечное сечение биметаллической заготовки

 

При изготовлении одной половины вкладыша из цилиндрической заготовки продольный рез выполняют выше оси симметрии заготовки. По­этому получается только одна полная половина вкладыша. Дальнейшую механическую обработку проводят только полных половин вкладыша. В результате получают равномерную толщину антифрикционного покрытия у готового вкладыша. Оставшиеся неполные половины подвергают испы­таниям методами разрушающего и неразрушающего контроля, а затем от­правляют в отходы. Возможность применения методов разрушающего ко­нтроля для определения качества покрытий и вкладыша в целом делает предпочтительным использование этой схемы при изготовлении особо-ответственных и высоконадежных вкладышей. Однако существенным недостатком указанной схемы является низкий коэффициент использования материала биметаллической заготовки (q=0,5), что увеличивает стои­мость готовых вкладышей и уменьшает производительность при их изго­товлении.

Изготовление двух половин вкладыша из одной цилиндрической за­готовки может осуществляться по двум принципиальным схемам.

Согласно первой, стальную заготовку изготавливают большего ди­аметра и на её внутреннюю поверхность наносят слой большей толщины. При этом наружный радиус стальной заготовки можно определить как:

                                                                      (1)              

  где: R₂ - наружный радиус готового вкладыша, м; S - ширина продольного ре­за биметаллической заготовки, м; Δ - припуск на механическую обработку поверхностей стыка двух половин вкладыша, м; Δ₀ -припуск на механичес­кую обработку наружной поверхности вкладыша, м.

Внутренний радиус стальной заготовки определяется как:

                                          (2)

где: R₁ - внутренний радиус готового вкладыша, м; δ_min - минимальная тол­щина покрытия, м.

После продольной разрезки биметаллической заготовки обе поло­вины вкладыша соединяют и совместно обрабатывают. В результате чего покрытие и стальная основа вкладыша становятся неравномерными по то­лщине (рис.2). Максимальная абсолютная разнотолщинность как покры­тия, так и стальной основы определяются зависимостью:

                                        (3)

Отличие состоит в том, что максимальной толщине покрытия соот­ветствует минимальная толщина стальной основы и наоборот.

 

Рисунок 2 - Поперечное сечение половины вкладыша

 

Анализ зависимости (3) показал, что значение разнотолщинности изменяется незначительно даже при увеличения радиуса даже в 2 раза, и в основном определяется шириной продольного реза биметаллической заго­товки. С учётом вышесказанного и при условии R>>S, Δ абсолютную разнотолщинность покрытия и стальной основы можно с точностью достато­чной для инженерных расчетов определять суммой только двух последних членов уравнения (3).  Необходимо помнить, что такого рода разнотолщинность покрытия приводит к повышению расхода порошкового материала. Для характерис­тики изменения расхода порошка используем коэффициент:

                                                    (4)

Коэффициент K₁ показывает, как изменяется расход порошка из-за разнотолщинности покрытия, появляющейся после продольной разрезки заготовки и дальнейшей механической обработки покрытия.

Коэффициент изменения расхода порошка в практически равной степени зависит, как от ширины продольного реза заготовки, так и от ми­нимальной толщины покрытия. Причём с уменьшением толщины покрытия в 2 раза расход порошка увеличивается в 1,3 —1,6 раза. Это также ука­зывает на тот факт, что с уменьшением толщины покрытия уменьшается коэффициент использования материала покрытия.

Как уже было отмечено ранее, при использовании этой схемы необ­ходимо наносить покрытие большой толщины. С учётом припуска на ме­ханическую обработку и абсолютной разнотолщинности стальной заготов­ки, определим толщину покрытия как:

                                               (5)

где  Δ₁ —припуск на механическую обработку покрытия по толщине, м.

Основными достоинствами рассмотренной схемы являются возмо­жность получения из одной цилиндрической заготовки двух половин вкла­дыша и простота изготовления стальной заготовки. К недостаткам этой схемы следует отнести неизбежное получение разнотолщинного покрытия у готового вкладыша, а так же повышенный расход порошкового материа­ла. При изготовлении вкладышей необходимо помнить, что значительный резерв по улучшению экономических показателей этой схемы лежит в уменьшении ширины продольного реза биметаллической заготовки.

Согласно второй схеме (рисунок 3), внутреннюю поверхность стальной заготовки предварительно растачивают с эксцентриситетом , а ради­ус расточки определяют из выражения:

                                                                               (6)

Затем наносят покрытие и продольно разрезают заготовку. После механической обработки получают вкладыши с равномерным по толщине покрытием.

 

Рисунок 3 - Поперечное сечение биметаллической заготовки

 

Рассмотренная схема отличается от предыдущей тем, что при нане­сении покрытия на стальную основу наносится неравномерная толщина покрытия, а затем за счёт механической обработки получают равномерное по толщине покрытие.

При изготовлении вкладышей необходимо учитывать, что для получения равномерной толщины покры­тия продольный рез биметаллической заготовки должен совпадать с плос­костью симметрии эксцентриситета, а для снижения расхода порошкового материала надо стремиться к уменьшению ширины продольного реза би­металлической заготовки.

 

Список использованных источников

   1. Сосновский, И.А. Термические  параметры центробежного индукционного нанесения порошковых покрытий [Текст]/ И.А.Сосновский, Ю.Н.Гафо //Инженерно-физический журнал - 2011. - Т.84, № 6.– С.1135-1141.