Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения металлофторопластового материала с сетчатым антифрикционным слоем

Изобретение относится к области получения подшипниковых антифрикционных самосмазывающихся материалов и может быть использовано в машиностроительной, авиационной, приборостроительной, химической и других областях техники в узлах сухого трения.

Известны способы получения биметаллических металлофторопластовых материалов с антифрикционным слоем, выполненным из сетчатых антифрикционных материалов, поры которых заполнены композитами на основе фторопласта-4 (Патенты РФ №1415572; 1418999; 2277997; 2212307). Сетчатый антифрикционный металлический слой, припеченный в стальной основе, различными способами, представляет собой бронзолатунные сетки различных размеров и переплетений. Использование антифрикционных бронзолатунных сеток позволило значительно увеличить долю полимера в рабочем слое данного материала. Материал обладает высокими износостойкими свойствами, работоспособен в широком диапазоне температур и нагрузок в условиях сухого трения. Однако главной особенностью подшипников скольжения, изготовленных из таких материалов, является то, что в начальный период эксплуатации наблюдается значительный износ утков бронзолатунных сеток при интенсивном изменении контурной и фактической площади контакта. (В.Е. Рогов, Б.Е. Мархадаев Динамика истирания металлополимерных материалов в процессе эксплуатации // Сборка в машиностроении, приборостроении 2010. №7. С. 33-37). При этом контурная и фактическая площади трибоконтактов увеличиваются. Значительный износ обусловлен тем, что в начальный период эксплуатации контактирование металлического вала с сетчатой поверхностью подшипника происходит по уткам, при этом площадь контакта минимальна. Получается, что подшипник скольжения, достигая величины допустимого износа, имеет удельные нагрузки значительно ниже, чем в начале эксплуатации. При этом из за значительного износа он бракуется. В связи с этим, для ответственных деталей с малым допуском на износ между вкладышем подшипника и валом использование таких вкладышей не целесообразно.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения биметаллического металлофторопластового материала (Патент РФ на изобретение №2212307) включающий предварительную обработку стальных листов, припекание пористого слоя в виде бронзолатунной сетки и заполнение пор композиционным материалом на основе фторопласта, предварительную обработку осуществляют бронзированием при помощи диффузионного насыщения, припекают бронзолатунную сетку в угольной засыпке, заполняют ячейки припеченной сетки впрессовыванием неориентированной фторопластовой пленки на гидравлическом прессе.

Прототипу присущи те же недостатки, что описаны для предыдущих способов, а именно значительный износ бронзолатунной сетки в начальный период эксплуатации.

Снизить износ таких сопряжений возможно за счет увеличения контурной площади контакта. Контурную и фактическую площади контакта (бронзолатунной сетки) можно изменить несколькими путями:

- использованием сеток из проволок с меньшим диаметром;

- использованием сеток с различным типом переплетения;

- путем механической обработки поверхности сетки.

Экспериментально установлено, что использование сеток из проволок с меньшим диаметром и сеток различного типа переплетения не приводят к значительному положительному результату.

В процессе механической обработки сетчатой поверхности готового металлофторопластового подшипника наблюдается увеличение контурной площади каждой контактирующей точки. Однако после механической обработки на образующихся контактных точках в виде эллипса отсутствует полимерный антифрикционный слой. Отсутствие разделительного фторопластового слоя на латунных металлических областях-контактах приводит к задирам металлических поверхностей при работе без смазочного материала. Таким образом, для подшипников скольжения, работающих без применения смазочных материалов необходимо не только увеличить площадь контакта, но и обеспечить наличие антифрикционного полимера на контактирующих поверхностях.

Технический результат изобретения - повышение срока службы подшипников скольжения из металлофторопластового материала с сетчатым антифрикционным слоем, за счет увеличения контурной и фактической площадей контакта и наличия полимера в зоне трения.

Технический результат достигается тем, что в способе включающим предварительную обработку стальных листов бронзированием при помощи диффузионного насыщения, припекание пористого слоя в виде бронзолатунной сетки и заполнение ячеек припеченной сетки впрессовыванием неориентированной фторопластовой пленки на гидравлическом прессе, сбором в пакет с разделительными прокладками и термообработкой, поверхность бронзолатунной сетки после впрессовывания неориентированной фторопластовой пленки подвергается механической обработке, после чего на обработанную поверхность сетки накладывается неориентированная фторопластовая пленка и подвергается впрессовыванию.

Ниже приведен пример осуществления заявляемого способа.

Поскольку в данном способе припекание бронзолатунных сеток к стальной пластине можно осуществлять всеми известными способами, поэтому описание этого процесса в примере опускаем.

Пример. Заранее полученную неориентированную пленку из композиционного материала, содержащего фторопласт и различные наполнители толщиной 0,2-0,5 мм нарезают по размеру стальных листов и впрессовывают в поры бронзолатунных сеток при давлении 200-300 кгс/см². Затем стальные листы с бронзолатунной сеткой закрепляют без коробления на ровной поверхности станка и механически обрабатывают на глубину 0,4-0,5 диаметра проволоки. Далее на обработанную поверхность бронзолатунной сетки накладывается неориентированная фторопластовая пленка толщиной 0,1-0,2 мм и проводится впрессовывание пленки при давлении 120-150 кгс/см². Собирают пакет из стальных листов с припеченной бронзолатунной сеткой и впрессованной фторопластовой пленкой, отделяя их между собой прокладками из нержавеющей стали или алюминиевой фольги толщиной 0,05-0,1 мм. Из таких пакетов набирают кассету, которая ограничивается толстыми листами из нержавеющей стали, рамками и стягивающими клиньями. Собранную кассету помещают в контейнер с угольной засыпкой, контейнер закрывают крышкой и герметизируют. Контейнер устанавливают в печь и нагревают до температуры 370-380°С со скоростью 100°С/ч и выдерживают 1-2 ч при данной температуре. Охлаждение ведут вместе с печью. После охлаждения кассету извлекают из контейнера и разбирают. Готовые подшипники изготовляют путем штамповки и калибровки.

Полимерная пленка, впрессованная после механической обработки сетки, адгезионно прочно закреплена с металлическими областями-контактами сетки и когезионно с полимером, находящимся в порах сетки.

Указанные предельные значения снятия стружки 0,4-0,5 диаметра проволоки обусловлены тем, что:

- при данном интервале можно получить оптимальное значение контурной площади, которая в процессе трения изменяется не значительно (В.Е. Рогов, Б.Е. Мархадаев Динамика истирания металлополимерных материалов в процессе эксплуатации // Сборка в машиностроении, приборостроении 2010. №7. С. 33-37);

- в данном интервале можно учесть допуски на толщину стального листа.

Кроме этого можно точно определить площадь контакта данного сопряжения и соответственно рассчитать допустимую нагрузку на данный узел трения.

Использование данных материалов в узлах трения, работающих без смазки, позволяет уменьшить износ и увеличить срок подшипников в 5-10 раз по сравнению с исходным материалом.

Изобретение может быть использовано в машиностроительной, авиационной, приборостроительной, химической и др. отраслях для создания самосмазывающихся антифрикционных материалов на стальной подложке с сетчатым антифрикционным слоем.