автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Разработка способа восстановления локально изношенных подшипников скольжения пластическим деформированием

Кг:;т;.»ль:;ый ттащ

На правах рукописи

У\

ГОРЛОВ Игорь Васильевич

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНО ИЗНОШЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ПЛАСТИЧЕСКИМ

ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

Специальность 05.02.04 - Трение и износ в машинах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3¥26~

На правах рукописи

ГОРЛОВ Игорь Васильевич

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНО ИЗНОШЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ПЛАСТИЧЕСКИМ

ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

Специальность 05.02.04 - Трение и износ в машинах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рабо га выполнена в Тверском государственном техническом университете

Научный руководитель • доктор технических наук, профессор

Болотов А.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Павлов В.Г.

доктор технических наук, профессор Охлопков Н.Л.

Ведущая организация: ЗАО НО «Тверской институт вагоностроения»

г. Тверь

Защита диссер^ции состоится 2005г в 14 часов на -заседании

диссертационного совета Д 212.262 02 в Тверском государственном техническом университете по адресу:

170026, г. Тверь, наб Афанасия Никитина. 22, аудитория Ц-212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТГТУ. Автореферат разослан 2005 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Доктор технических наук

Гаранников В.В.

шт

Общая характеристика работы

В работе рассматриваются вопросы, связанные с решением задач по восстановлению локально изношенных подшипников скольжения дорогостоящих узлов и агрегатов в ремонтном производстве, и представлены результаты комплексных исследований износостойкости получаемых при этом поверхностей

Актуальность проблемы

Высокая стоимость запасных час1ей и зачастую их низкое качество стимулируют развитие новых хехнологий восстановления изношенных деталей Около 75% деталей, выбракованных при ремонте, являются ремонтопригодными. Поэтому альтернативой расширению производства новых ¡апасных частей является вторичное использование изношенных деталей, восстанавливаемых в процессе ремонта.

Из ремонтной практики известно, что большинство выбракованных по износу де1алей теряют не более 1—2% исходной массы При этом прочность деталей практически сохраняем. Например, 95% деталей двигателей внуфеннего сюрания выбраковываются при износе, не превышающем 0.2мм, и большинство могут быть использованы после восстановления

Во всём мире ремоншое производство непрерывно развивается. Для повышения качества ремонта на предприятиях, необходимо разрабатывать новые методы восстановления изношенных деталей, обеспечивающих повышенный срок службы отремонтированным агрегатам.

Одним из возможных методов является восстановление локально изношенного подшииника скольжения пластическим деформированием по кондукторной поверхности (ПДКП). В отличие от широко применяемых методов восстановления пластическими деформациями, при которых после деформирования требуется дополнительная механическая обработка, ведущая к потерям материала, предлагаемый метод ПДКП позволяет получить требуемые парахметры реконструируемой поверхности без участия сложною технологического оборудования, обеспечивая при этом улучшение механических характеристик и приобретение новых триботехнических свойств опорными поверхностями. Немаловажное значение имеет так же невысокая себестоимость и техноло! ическая простота предложенного способа восстановления.

Цель работы и задачи исследования

Разработать новый комплексный способ восстановления локально изношенных подшипников скольжения, который обеспечит получение необходимых геометрических параметров трибоузла наряду с приобретением рабочими поверхностями лучших, качественно новых триботехнических свойств по сравнению с узлами, полученными традиционными методами.

Исследовать триботехнические свойства реконструированной рабочей поверхности восстановленного подшипника скольжения.

В связи с поставленной целью работы р ие основные

задачи исследований:

1. Теорешчески обосновать способ восстановления, реализующий принципиально новый подход к реконструкции изношенных подшипников скольжения, обеспечивающий наряду с геометрическим восстановлением опорной поверхности приобретение более высоких триботсхнических свойств.

2 Разработать аналитическую модель, позволяющую определить функциональную связь между силовыми и геометрическими параметрами процесса деформирования в условиях ПДКГТ.

3 Создать комплекс экспериментального оборудования для изучения процесса деформирования при восстановлении и измерения триботехнических параметров реконструируемых узлов.

4. Изучить триботехнические свойства восстановленных поверхностей и показать пути их улучшения.

Объект исследования

Поверхности локально изношенных радиальных подшипников скольжения изготовленных из пластичных материалов твёрдостью НВ до 200МПа. Например, опоры распределительного вала двигателей внутреннего сгорания моделей ЗМЗ-4025, ЗМЗ-4026, ЗМЗ-4061, 331, 3317, 3313, 412ЭМ и их модификаций выпускаемых Заволжским и Уфимским моторными заводами.

Научная новизна

Дано научное обоснование способа восстановления рабочих поверхностей изношенных подшипников скольжения.

1. Осуществлён выбор принципиальной модели процесса пластического деформирования металла для восстановления изношенных участков подшипников скольжения.

2. На основе энергетического метода теории пластического деформирования проведен анализ и выбрано кинематически возможное поле скольжения для внедрения клиновою индентора в условиях предла] аемого способа восстановления; экспериментальная проверка показала адекватность принятой теоретической модели.

3. Получены расчетные зависимое!и для внедрения индентора с учетом контактного фения на конической и цилиндрической поверхности деформирующего инструмента, а так же определены оптимальные конструктивные параметры технологической схемы восстановления изношенного подшипника скольжения.

4. Показано, чю геометрические параметры восстановленной поверхности слабо зависят от твердости восстанавливаемого материала в условиях принятой схемы восстановления (для исследованных материалов с твёрдостью НВ от 30 до 200 МПа)

5. Установлено, что пластическое деформирование при ПДКП и придание поверхности композиционной (ротапринтной) структуры уменьшает трение и износ в восстановленных узлах. Снижение интенсивности изнашивания достигало 40%, для исследованных материалов.

6 Покачано, деформирование с кондукторной поверхностью позволяет управлять макро- и микрогеометрическими параметрами поверхности

восстановленного подшипника, что даёт возможность получав требуемые триботехнические свойства.

Практическая ценность работы

1. Предложен простой и эффективный способ восстановления дорогостоящих деталей, который может стать реальной альтернативой применяемым в настоящее время технологиям ремонта и производства запасных частей.

2. Деформирование с кондукюрной поверхностью позволяет управлять геометрическими параметрами поверхности восстановленного подшипника, что даёт возможность получать их с заранее известными свойствами.

3. Предложенный способ позволяет не только восстановить работоспособность узла, но и придаёт ему новые улучшенные фиботехнические свойства и тем самым значительно продлевает его ресурс.

4. Низкая себестоимость восстановления может существенно уменьшить затраты на ремонт дорогостоящих узлов, а простота и невысокая цена используемых при этом устройст в даёт возможность применять их даже на небольших транспортных предприятиях.

Предложенный метод опробирован на ряде предприятий, что позволило с существенной экономической эффективностью внедрить результаты исследований на транспортом предприятии Г У.П. «Автобаза Администрации Тверской области». Результаты работы могут быть использованы на аналогичных предприятиях. Апробация работы

Основные материалы диссертации доложены и получили положительную оценку на:

1. Нучно-практичсской конференции «Актуальные проблемы развития машиностроительного комплекса Тверской области» в Тверском государственном 1ехническом университете. Тверь, 2001г.

2. Всероссийской конференции ^Перспективы развития Волжского региона» в Тверском государственном техническом университете. Тверь, 2002г.

3. Научном семинаре кафедры «Сопротивления материалов» в Тверском государственном техническом университете. Тверь, 2003г.

Публикации По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 4 статьи, на способ восстановления получен патент № 2228247.

Структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литера!уры и приложений. Работа содержит 170 страниц, 77 рисунков, 25 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рабош, сформулирована цель и задачи, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе (обзоре литературных источников) рассмотрены вопросы дефектации изношенных деталей при ремонте, возможные методы их восстановления и обеспечения требуемых триботехнических параметров.

Предложено несколько шпов деталей для восстановления. Определены основные параметры износа конструктивных элементов трибосопряжений рассматриваемых узлов. Как показывает практика, износ подшипников скольжения имеет локальный характер и бывает, как правило, в зоне максимальных нагрузок. Исследование подшипников скольжения, работающих в различных механизмах тепловозных дизельных двигателей, были проведены С.М.Захаровым, И.Н.Богачевым, В.М.Янсоном и другими. Даже относшельно небольшой износ подшипника скольжения приводит к падению давления в системе смазки и как следствие ухудшению триботехнических параметров узла.

Проанализированы эксплуатационные свойства деталей из триботехнических компошционных материалов, а также условия само смазывания подшипников скольжения на основе исследований А.В.Чичинадзе, А.Л.Левина, В.В.Ход>са, А.С.Васильева и других.

Исследована совмес Iимость трущихся поверхностей по работам Н.А.Буше. Изучены способы защиты поверхностей трения от износа на основе работ Ю.Н.Дроздова, П.Н.Богдановича и др.

Рассмотрены методы и средс гва для испытаний на трение и износ

Приведено описание методов расчета контактных давлений при пластическом деформировании металлов в условиях плоской и осе симметричной задачи (работы Томленова А.Д, Горячевой И.Г, Демкина Н.Б, и ДР-)-

За основу был принят энергетический метод, базирующийся на экстремальных принципах теории пластичности. Данный метод, как правило, даёт несколько завышенную оценку результатам расчётов, но позволяет получить соотношения между глубиной внедрения индентора и соответствующей силой лля плоской деформации и с некоторыми допущениями может быть применён в условиях осе симметричной задачи.

Во второй главе изложен способ восстановления локально изношенных поверхносюй, методика проведения исследований и свойства материалов, применяемых в испытаниях

Формирование восстановленной поверхности в целом осуществляется за счет сложения локальных участков полученных в результате деформирования в принятых 1 очках изношенной части подшипника. Принципиальная схема усгройс1ва для восстановления изображена на рис.1.

Способ реализуе!ся следующим образом. Размещают ограничитель деформации (кондуктор, имеющий форму номинальной поверхности) 1 на детали 2 так, чтобы его прилегающая поверхность соответс!вовала положению номинального контура подшипника. С помощью индентора 5 на ¡аранее

определённых участках снимают тоиирамму (трёхмерную модель) изношенной части 4 восстанавливаемой поверхности

По топограмме определяют точки и величины пластического деформирования. Поэтапно усилиями Р с помощью индентора 5 пластическим деформированием получают в изношенной части углубления 6, за счёт которых участки изношенной поверхности 4 поднимаются до упора в кондуктор и образуют восстановленную поверхность номинального профиля, не требующую дальнейшей механической обработки. После завершения всех этапов пластического деформирования, углубления 6 заполняют через отверстие 7 антифрикционным материалом 8 и снимают ограничитель 1 с восстанавливаемой де1али 2. В результате получается восстановленная поверхносхь с качественно новыми триботехническими свойствами.

В работе использовался ряд подшипниковых материалов разных групп. Баббит Б83, бронза БрС-30 и БрОЦС5-5-5, алюминиевые сплавы АМЦ и АК-9, цинковый сплав ЦАМ10-5. Контр тело изготавливали из стали ШХ15 и 40Х, закалённых до 1вердости НЯСбО и 1ГОС40 соответственно

При проведении экспериментов по восстановлению способом ПДКП в качестве деформируемого материала помимо указанных выше материалов применялись чугун СЧ-18 и сталь СТ-3 Деформирование проводили коническим индентором из быстрорежущей стали Р6М5 с твёрдостью НКС63.

На с|а;ши заполнения углублений от индентора после деформирования использовался антифрикционный материал на эпоксидной основе (УП-5-222).

В исследованиях применялись моторные масла, выпускаемые ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефюоргсиятез» полусинтетическое по ТУ 0253-08800148636-97 и минеральное поТУ 0253-075-00148636-99.

Для моделирования процесса ПДКП в зоне локальной деформации использовалось специально разработанное устройство рис 2.

Исследования на усгройстве проводятся следующим образом. Восстанавливаемую деталь 1 укладываем на основание 2 и прижимаем её прилегающей поверхнос1ью 5 через прокладку 4, с зазором 01 мм имшируюгцим износ. Вращая ключом, нажимной болт 7, задаём ступенчагую нагрузку с помощью динамомегра 8, а соответствующие глубины внедрения ивденюра 3 снимаем с индикатора 6. Показания индикатора 6 необходимо снимать после снятия нафузки на каждом Э1апе нафужения, чтобы упругие

деформации не влияли на измерения. Для увеличения точности исследование повторялись по 5 раз на каждом из испытуемых материалов.

Рис 2 Схема деформирующего устройства (пружина компенсирующая вес

динамометра и индентора, не показана) Разработана методика сравнительных исследований триботехнических свойств образцов из материалов используемых для изготовления интересующего нас класса деталей, подвергнутых ПДКП и не требующих ею Определялся коэффициент трения и интенсивность изнашивания, при скоростях скольжения от 0.2 до 1 м/с, и контактном давлении от 1 до 15 МПа

Э

ЩШшф.

Рис 3 Машина трения для испытаний по 1,хеме горец пальчика по плоскости

Триботехнические испытания проводились на пальчиковых образцах, моделирующих локальную точку восстановления, и на обработанной ПДКП поверхности при трении кольцевым индентором, работающим торцом по плоскости.

Для определения величины износа при испытаниях по схеме трения торец пальчика по плоскости, применялось специальное устройство 1 (рис.3). Это устройство контролировало осевое перемещение шпинделя 2 относительно неподвижного стола 3 машины, что позволяло контролировать износ в процессе исследования.

Аналогично определялась величина износа при испытаниях по схеме трения плоскость - торец кольца

В третьей главе решалась задача теоретического и эмпирического исследования силовых и геометрических параметров пластического деформирования при ПДКП

Для выявления основных закономерностей процесса деформирования при ПДКП проводилось теорешческое изучение силовых и геометрических параметров пластическою формоизменения на основе энергетического метода расчета.

Исходные величины V,, 1, и V,, ^ мсмух бьпь определены из принятого кинематически возможного поля и соответствующего плана скоростей (V ,1, — безразмерные величины разрывов скоростей и длин линий скотьжения блоков деформируемого материала, \ , - безразмерные величины разрывов скоростей и длин линий скольжения по рабочим поверхностям деформирующего инсгрумента)

Решение поставленной задачи проводилось в два этапа: первый этап - определение давления на рабочую поверхность инденгора и I еометричсских парамегров зоны деформаций до момента касания вытесняемым материалом ограничивающей поверхности,

второй этап - определение давления на рабочую поверхность индентора и геометрических параметров пластической зоны после деформирования вытесняемого материала об ограничивающую поверхность.

Были построены возможные поля линий скольжения и соответствующие им планы скоростей, а так же рассчитаны контактные давления для плоской деформации

Рис 4 Кинематически возможное поле .шний скольжения на первом этапе деформирования (Р- деформирующая сила. Ь- глубина внедрения. Ь- протяжённость контакта, 1—индентор, 0- недеформированный материал, 2 5 - блоки равных скоростей и перемещений).

о

2

Рис 5 План скоростей на первом этапе деформирования (VI- скорость внедрения индентора)

Рассчитано контактное давление 4 на рабочую часть индентора на первом э гапе деформирования

ц — 4к( 1 + ц), (2)

где к - пластическая постоянная, (Л- коэффициент пластического трения. На второй стадии внедрения происходит касание вытесненным материалом ограничивающей поверхности и начинается формирование зоны восстановления протяженностью Ь. При этом контактное давление на рабочую поверхность индентора увеличивается.

скоростей и перемещений)

Контактное давление будет

Я = 4к(1 + ц ) 2кЦ1 + ц), (4)

По рассчитанному контактному давлению на рабочую поверхность индентора, определяется соответствующая сила внедрения необходимая для осуществления восстановления по предложенному методу

Представленное выше решение непригодно в чистом виде для осе симметричной задачи при внедрении конического индентора, но многие авторы применяли метод линий скольжения в аналогичных исследованиях.

При физическом моделировании процесса восстановления по прилегающей поверхности в зоне локальной деформации использовалось специально разработанное ус гройство, схематично показанное на рис.2.

Для сравнения теоретических и эмпирических результатов в общем виде, осуществлён переход к безразмерным величинам, глубина внедрения Ь выражена через относительное внедрение 5 ~ Ый (с! диаметр индентора), осчальныс линейные параметры определяются в пропорции от 5.

Сила внедрения Р выражена в относительных величинах в виде Л - Р/Р0, где Р0 сита при внедрении индентора на глубину 0.55. Такая величина принята по результатам эксперимента и расчётам, при меньшей глубине внедрения увеличивается разброс показаний приборов при эмпирических исследованиях, а при большей сложно определить момент касания деформированным материалом ограничивающей поверхности теоретически.

По результатам вычислений и эмпирических исследований построен график зависимости 8 от Д (рис 7).

Рис 7 1еоретическая и эмпирическая зависимости относительного внедрения 5 от относительного усилия Д (кривая 1 построена при максимальном коэффициенте пластически о трения ц=0 5, а кривая 2 при ц=0 14) »- с.винец; • - баббит Б83; ° -АМЦ, ■ - АК-9, - - БрОЦС5-5-5; ▼ - СЧ-18; V - СТ-3

^ На рис.7 интервал а - деформирование до касания восстанавливаемым

материалом ограничивающей поверхности, интервал б - начало формирования ]( восстановленной поверхности, интервал в - сила внедрения растёт только за

счёт трения по цилиндрической части индентора На рис.7 в интервалах бив точки эмпирического исследования деформируемых материалов расположились в зависимости от коэффициента пластического трения, самый большой у алюминиевых сплавов и самый маленький у свинца, что объясняет разброс результатов в этой части графика.

В целом эмпирическое исследование показало, чю полученные теоретические зависимости, основанные на закономерностях, определённых с помощью энергетического метода, адекватно отражают процесс пластического формоизменения при ПДКП для принятых материалов (твёрдостью НВ до 200 МПа) и могу г быть использованы для ею оптимизации.

Применение прилегающей поверхности при деформировании способствует уменьшению дефектов в поверхностном слое. Об этом в частности свидетельствуют результаты специального оптического исследования пластической зоны. Образец, полученный без ограничивающей поверхности, после деформирования имел на поверхности пластической зоны зачатки трещин (рис 8 а), а на образце, полученном с применением ограничивающей поверхности, аналогичных дефектов не обнаружено (рис.8 б).

На фотографии (рис.86) отчётливо видны следы механической обработки, скопированные восстановленной поверхностью с ограничивающей деформации

кондукторной плиты (выполняющей функции прилегающей поверхности) Исследовав профилограммы восстановленной ПДКП поверхности и кондукторной плиты, применяемой при деформировании, выяснена взаимосвязь их высотных и шаговых параметров шероховатости.

Рис 8. Фоюграфия деформированной поверхности (деформирование без Офаничиваюшей поверхности (а) с ограничивающей поверхностью (б))

Характерно соотношение высотных параметров шероховатости контактной поверхности кондукторной плиты и восстановленной ПДКП поверхности (соответственно Яа =0 7, Япт=3.6 и К/О 44, Ктах=2) при одинаковом шаге микро неровностей 5Ш=0.02 Исследование шероховатости восстановленной поверхности показало, что при ПДКП происходит повторение микро геомегрии прилегающей поверхности, но с меньшими (около 1 5 раза) величинами высотных параметров неровностей Этот факт свидетельствует о том, что с помощью ограничивающей поверхности можно управлять процессом формирования параметров шероховатости реконструируемого подшипника.

При проведении экспериментов по ПДКП важно было определить не только силовые и геометрические параметры, но и оценить степень изменения механических свойств деформируемого материала. Исследования микротвердости поверхностных слоев (на глубине до 5 мкм) показали, что восстановление ПДКП рабочих поверхностей подшипников скольжения приводит к некоторому повышению микро твердости Наибольшее увеличение было у СЧ-18, СТ-3(около 15%), у БрОЦС 5-5-5 до 8%, и незначительное увеличение микро твёрдости у алюминиевых сплавов АМЦ и АК-9, а так же у баббита Б83 и свинца.

Немаловажным фактором долговечности восстановленной детали является надежная фиксация антифрикционного материала в углублениях после деформирования. Антифрикционные материалы на основе эпоксидных смол имеют хорошую адгезию к восстанавливаемому материалу, но в результате усадки после отвердевания, возможно, некоторое снижение прочности контакта. Форма углублений, получаемая при восстановлении, способствует удержанию полимера, так как на выходе имеется цилиндрическая поверхность, которая при деформировании в соседней точке изменяется в меньшую сторону. Для определения уменьшения размера цилиндрической части углубления на

выходе, посис деформации в соседней точке приложения, были проведены специальные исследования (рис.9).

Рис 9 Принципиальная схема устройства для определения уменьшения отверстия на выходе после деформирования Свинец 6 отливался в специальную форму 3, имеющую сверху крышку 2, имитирующую прилегающую поверхность с отверстием по диаметру индентора (а - восстанавливаемый зазор). Индентор 1 внедрялся на глубину равную двум диаметрам, а затем извлекался. Последующая деформация осуществлялась через соседнее отверстие в крышке. Деформирование проходило несколькими приёмами, причем обследовалось первичное углубление 4. Во время исследований изменялось расстояние между углублениями У (применялась крышка с другим межосевым расстоянием между отверстиями под индентор). чтобы определить его влияние на величину уменьшения выходного отверстия. Сужение измерялось нутромером 5 в верхнем уровне углубления, результаты измерений представлены в таблице 1.

По результатам измерений, представленных в таблице 1, видно, чю выходное отверстие углубления полученного на предшествующем этапе деформирования, уменьшается. Уменьшение выходного отверстия, по отношению к диаметру углубления полеченного после деформирования, даёт гарантированное закрепление антифрикционного полимера в материале восстанавливаемого подшипника.

Таблица 1. Относительное сужение ЛсМ выходного отверстия углубления в зависимости от глубины внедрения И и расстояния между соседними отверстиями У

внедрение в диам индентора с! 0,6 0,8 1 1 2 1 4 16 18 2

уме ошш ■ыяоднв» отвергая ■ дкалетрах шдежщра|1 ООО; ооо1 о оо; 0 002 0 003 0 004 0 004 0 005

У-Зс! 0 ОС* 0 001 0 002 0 0)3 0 003

0 001 0 001

Теоретическое и эмпирическое исследование процесса пластического деформирования при восстановлении ПДКП показало, чю данный метод

позволяет получить не только номинальные размеры подшипника, но и требуемые параметры макро и микро геометрии, а так же улучшает механические свойства реконструированной рабочей поверхности, и обеспечивае1 надёжную фиксацию антифрикционного материала в углублениях от индентора.

Форма свободной поверхности, примыкающей к зоне восстановления, близка у представленных сплавов и слабо зависит от величины восстанавливаемого зазора и твердости материала (для исследованных материалов), при условии деформирования с ограничивающей поверхностью (рис.10).

0.02 • Г'

I I I I i i-1 ■ | I I I I i I I-. i i Г' Г' Г| f

0123^5678 X, мм "

Рис 10 Результаты сканирования свободной поверхности' "-свинец, '-583.

ШЦ; "-ЛК-9 А- JTC59: т-СЧ-18: v-CT-3 Все кривые, соответствующие форме свободных поверхностей, можно заменить одной (усреднив полученные результаты) и представить её в виде функции В данном случае кривая достаточно гладкая, а искомую функцию f(x) можно получить в следующем виде:

f(x) = а ехр(- с х% (5)

где а - величина восстанавливаемого зазора в локальной точке, с -эмпирический коэффициент, х - расстояние от края восстановленного участка поверхности.

Используя полученные данные, создан компьютерный алгоритм, моделирующий процесс формирования восстановленной поверхности. Алгоритм позволяет по результатам топографирования изношенной поверхности определить гтубины внедрений иплентора в локальных точках, положение которых рассчитывается из условия минимальной деформации с учётом ограничений (по глубине внедрения).

В четвёртой 1лаве изложены результаты исследования триботехгшческих свойств рабочих поверхностей образцов, полученных ПДКП

Исследования интенсивности изнашивания поверхностей из алюминиевою сплава АК-9, бронзы БрСЗО и цинкового сплава ЦАМ10-5

проводились в зависимости от величины контактного давления и скорости скольжения на контрольных (не требующих восстановления) и восстановленных образцах (рис.11,12).

о — АК-9 не восст о — БрСЗО не восст ^ — ЦАМ10-5 не восст • —АК-9 boccj ■ — БрСЗО восст ж — IT/CilJO-J восст

Рис 11 Влияние контактного давления на интенсивность изнашивания некоторых подшипниковых материалов (схема трения- торец пальчика по плоскости, условия трения -V = О 2м/с, Т~ ЗОО-ЗЗОК).

з — дтг-д не восст п — БрСЗО не восст Л— ЦАМ10-5 не восст •—АК-9 восст » — БрСЗО восст А — ЦАМ10-5 восст Рис Л 2 Влияние скоросш скольжения на интенсивность изнашивания некоторых подшипниковых материалов (схема 1рения: торец пальчика по плоскости, условия трения - q - 10 МПа, Т~ ЗОО-ЗЗОК)

Исследования показали, чю снижение интенсивности изнашивания образца полученного ПДКП, относительно контрольного имеет место во всех

представленных случаях, на алюминиевом сплаве АК-9, до 40%, у цинкового сплава ЦАМ10-5 до 25%, и у свинцовистой бронзы БрСЗО до! 5%.

Наряду с испытаниями на пальчиковых образцах, где каждый из трех образцов представлял собой локальную точку восстановления, были проведены исследования на восстановленной поверхности, полученной большим числом локальных деформаций Применялось контр тело в виде кольца из закалённой стали работающее торцом. Интенсивность изнашивания соответствующих образцов, полученных ПДКП, относительно контрольных отличалось более существенно, чем при исследованиях на пальчиковых образцах Снижение интенсивности изнашивания достигало 47% на алюминиевом сплаве АК-9 и 20% на свинцовистой бронзе БрСЗО

Триботехнические испытания показали, что разработанный способ восстановления 11ДКП изношенных деталей обеспечивает получение необходимых геометрических параметров фибоузла, улучшает механические характеристики и способствует образованию антифрикционных плёнок переноса на рабочей поверхности, всё это позволяет получить новые триботехнические свойства подшипнику скольжения, что существенно влияет на его работоспособность.

Рис 13 Схема участка восстановленной поверхности при возникновении рельефа вследствие повышения температуры подшипника (1 - основной материал, 2 антифрикционный полимер, применяемый для заполнения углублений от индентора)

При нагревании подшипника до рабочей температуры на рабочей поверхности возникает рельеф, обусловленный вспучиванием полимера. Появление рельефа объясняется различием коэффициентов температурного расширения основного материала подшипника и антифрикционного полимера. Схема участка такой поверхности представлена на рис.13 Представленную поверхность можно описать следующими I еометрическими характеристиками-Р- шаг рельефа, с!- диаметр углубления, заполненного антифрикционным материалом.

В процессе работы восстановленного узла, регулярный рельеф, возникающий при нагревании, изнашивается, и за счёт эффекта переноса на

рабочей поверхности подшипника образуется антифрикционная плёнка. Эта плёнка формируе!Ся за углублением, заполненным антифрикционным материалом, имеет чёткие границы на рабочей поверхности подшипника вдоль вектора скорости и распространяется на четыре-пять диаметров отверстия от её начала. Для получения сплошной плёнки на рабочей поверхности подшипника необходимо расположить сетку точек внедрений, так относительно вектора скорости, чтобы антифрикционный материал из соседних углублений образовывал стабильную гшенку переноса на расстоянии шага отверстий На рис.14 показаны I еометрические условия, при которых на восстановленной поверхности получается сплошная плёнка, шаг сетки точек деформирования Р - 2(1, а = 30°.

р а

Рис. 14 Схема образования пленки переноса на рабочей поверхности подшипника (а - угол между вектором скорости V и сеткой точек деформирования 2, Р - шаг внедрений 1 - границы полимерной плёнки вдоль вектора скорости, <1 - диаметр углубления)

Антифрикционный полимер выполняет функцию твёрдого смазочного материала, защищает основной материал от износа и существенно улучшает его противозадирные свойства при критических режимах трения.

Рис 15 Поверхность образца полученного традиционными методами после испытаний на алюминиевом сплаве АК-9 (условия трения я=10МПа, У=0 2м/с, Т^ЗЗОК)

Во время испытаний на изнашивание образца, полученного традиционными методами из сплава АК-9, при контактном давлении ЮМПа существенно возрастал коэффициент трения f до 0.2, а на восстановленной

методом ПДКГТ поверхности из это1 о же материала коэффициент трения Г был около 0.1 даже при контактном давлении 15МПа. На фотографии рабочей зоны не восстановленного подшипника после испытаний видны очаги задиров (рис.15). На рис. 16 представлена фотография восстановленного ПДКП образца после испытаний, где на рабочей поверхности видна плёнка переноса, образовавшаяся в процессе трения за счет взаимодействия антифрикционного полимера введённого в структуру подшипника с грибоэлементами узла трения.

Рис 16 Восстановленная поверхность после испытаний на износ на алюминиевом сплаве АК-9(условия трения 15МПа, У~0 2м/с, Т=ЗЗОК)

Резкое увеличение коэффициента трения на восстановленном образце из материала АК-9 наблюдалось при контактном давлении 17-18МПа, что свидетельствует о лучших противозадирных свойствах рабочей поверхности восстановленного подшипника, чем у опор, полученных традиционными методами. Аналогичные результаты получились для образцов из материалов БрСЗО и ЦАМ10-5.

Наличие на трибоповерхност и полимера сказывается на условиях трения следующим образом:

- позволяет перераспределить нагрузку на основной материал,

- снижается коэффициент трения, >

- улучшается прирабатываемость поверхности, уменьшает скорость изнашивания за счёт плёнки фрикционного переноса,

- защищает поверхности в критических режимах грения (ухудшение смазывания, повышение температуры, увеличение нагрузки и т.д.),

- способе гвует залечиванию небольших дефектов за счёт плёнки переноса.

Все эти обстоятельства объясняют существенное улучшение

триботехнических свойств восстановленного ПДКГТ подшипника.

Результаты исследований показали, что восстановленная поверхность имеет лучшие триботехнические характеристики, по сравнению с рабочими поверхностями подшипников скольжения, полученными известными методами.

В пятой главе приведены примеры использования результатов работы для восстановления конкретной детали. Разработано специальное устройство для реконструкции опор подшипников распределительного вала двигателей 331, 3317, 3313, 412ЭМ и им аналогичным Изложены технологические приёмы работы на предлагаемом устройстве. Предложен оригинальный компьютерный алгоритм, с помощью которого можно определять количество и величины внедрений по полученной перед восстановлением топограмме изношенной поверхности.

При нормальных условиях эксплуатации, по предварительным расчётам, реконструированная поверхность подшипников может обеспечить им от 10 до 12 тыс. пусков в пределах допустимого износа, что на 20-30% выше, чем у узлов, полученных традиционными технологиями (растачиванием, раскатыванием).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании проведённых исследований можно сделать следующие выводы:

1. Разработан и теоретико-экспериментально обоснован новый подход к восстановлению изношенных подшипников скольжения, обеспечивающий наряду с геометрическим восстановлением опорной поверхности приобретение ей новых триботехнических свойств (патент №2228247).

2 Экспериментально показано, что предложенная теоретическая модель, функционально связывающая силовые и геометрические параметры Г1ДКП адекватно отражает процесс пластического деформирования, что позволяет использовать её при определении технологических параметров восстановления.

3. Проведенные исследования показали, что восстановление ПДКП может быть эффективно использовано для широкого спектра пластичных металлов с твёрдостью до 200 МПа, получая при этом стабильные геометрические параметры зоны восстановления.

4. Показано, что необходимая точность формы и требуемая микрогеометрия восстанавливаемого подшипника может быть обеспечена при ПДКП прилегающей поверхностью.

5. Предложена методика структурного восстановления поверхности путём введения в макро углубления антифрикционного полимера, что придаёт поверхности свойства композиционного материала позволяющего дополнительно снизить трение, уменьшить износ и тем самым расширить интервал допустимых нагрузок и существенно увеличить ресурс отремонтированного узла.

6. Исследования триботехнических свойств восстановленных ПДКП подшипников показали, что для принятых условий испытаний реконструированная поверхность имеет значительно меньшую интенсивность изнашивания по сравнению с образцами, полученными традиционными методами. Снижение интенсивности изнашивания достигало 40%, для исследуемых материалов.

7. Предложенный метод восстановления апробирован на ряде предприятий, что позволило с существенной экономической эффективностью внедрить результаты исследований на транспортном предприятии Г.У.П. «Автобаза Администрации Тверской области». Ожидаемый годовой экономический эффект составит 120 тыс. рублей на 10 восстановленных узлов Результаты работы могут быть использованы на аналогичных предприятиях.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1 Болотов А.Н., Горлов И.В. Восстановление изношенных поверхностей методом пластического деформирования // Механика и физика фрикционною контакта. Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 9. Тверь. ТГТУ, 2002. С. 39-43.

2. Болотов А.Н., Демкин НБ, Горлов ИВ Восстановление локально изношенных подшипников методом пластического деформирования по прилегающей поверхности // Трение, износ, смазка. 2005.- № 2. С.26-30.

3 Болотов А.Н., Горлов И.В Сравнительные триботехничекис испытания материалов // Механика и физика фрикционного контакта Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 10. Тверь. ТГТУ, 2003. С 40-44.

4. Болотов А.Н., Горлов И.В. Формирование полимерной пленки на восстановленной поверхности трения // Механика и физика фрикционного контакта и граничных слоев. Межвузовский сборник научных трудов. Тверь: ТГТУ, 2004. С 58-62.

5. Горлов И.В Применение восстановленных деталей и новые технологии восстановления И Актуальные проблемы развития машиностроительного комплекса Тверской области. Материалы научно-практической конференции. Тверь: ТГТУ, 2001 С.79-81.

6. Горлов И.В. Применение энергетическою метода для расчёта и анализа процессов пластического деформирования при восстановлении локально изношенных поверхностей подшипников скольжения '! Перспективы развития Волжского региона. Материалы всероссийской заочной конференции. Четвёртый выпуск. Тверь: ТГТУ, 2003. С.104-105.

7. Пат. РФ, МКП 23 Р 6/00, 6/02. Способ восстановления локально изношенной поверхности детали / А.Н. Болотов, И.В. Горлов -№228247 П; Заявл. 20.12 2002; Опубл. 10.05.2004; Бюл. № 13. - 8с

Подписано в печать 25.02.05

Физ.печ.л. 1,25 Тираж 100 экз. Заказ ¥ 29

Типография ТГТУ. 170026, Тверь,наб.А.Никитина,22

Í-4453

РНБ Русский фонд

2006-4 9425