автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Повышение срока службы деталей машин легкой и текстильной промышленности путем нанесения и формовая полимерного покрытия

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи ИГПОЛИТОВ Олег Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ЛЕГКОЙ И ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПУТЕМ НАНЕСЕНИЯ И ФОРМОВАНИЯ ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ

Специальность 05.02.13 -"Машины и аграгагы легкой промышла ннос г и"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой сгстена кандидата технических, наук

Москва 1994

Работа выполнена в Российском заочном институте текстильной и лапий промышленности.

Научный руководигель:

Официальные оппоненты:

член-корреспондент Российской Инженерной .Академии, докгор технических наук, профессор В.С.Стреляав

доктор технических наук, профессор В.М.Виноградов, кандидат технических наук, доценг Б.В.Зайцев

Ведущая организация:

концерн "Подольск"

Защита диссертации сслоится ". ... .....1994 г.

в часов на заседании специализированного Совета

Д 053.32.02 при .¿ооновской государственной акадвшш легкой промы: данности но адрису: П3806, г.Москва, уд.Осипенко, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной агадемии легкой промышлинности.

Авторефараг разослан .....г.

Учзнн:. секретарь специализированного Сова га, кандидат технических наук, доцент Ш^ё^у

В.В.ГРИВИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность темы. Стоящая перед легкой и текстильной промышленностью задача более эффективного использования технологического оборудования при эксплуатации геснс связана с проблемой повышения его надежности, т.к. останов иди преждевременный выход из строя машин и агрегатов связан с непроизводительными затратами времени.

Надежность машин зависит от состояния входящих а их состав механизмов и деталей я определяется превда всего износостойкостью, жесткостью и усталостной прочностья узлов трения, срок службы которых ограничивается определенным сочетанием нагрузки, скорости и температуры.

Из практики эксплуатации известно, что подавляющая часть машин легкой и текстильной промышленности выходит из строя по причине утраты работоспособности вследствие износа трущихся поверхностей деталей. Недостаточная долговечность деталей, работающих в узлах грэния, наносит огромный ущерб экономике предприятий легкой и текстильной промышленности. Из-за повышенного и быстрою износа деталей машин затраты па их техническое обслуживание и ремонт в 5-6 раз превышают стоимость новых нашли.

В свете изложенного изыскание и разработка прогрессивных способов увеличения сроков службы интенсивно изнаюивгштася деталей технологического оборудования, позволяющих повысить его надежность и сократить затраты на ремонт и эксплуатацию, является весьма актуальным и представляет значительный практический и научный интерес.

Одним из перспективных направлений повышения износостойкости деталей является нанесение на их рабочие поверхности полимерных покрытий. Применение антифрикционных и износостойких пластмасс в гонких слоях на поверхностях трения деталей позволяет значительно увеличив их срок службы в процесса эксплуатации без изменения . ~

конструкции машины.

Настоящая работа посвящена исследованию и разработке установок и режимов изготовлекая деталей с полиамидным покрытием и обоснованию целесообразности их применения в узлах гранил машин легкой и текстильной промышленности.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является повышение срока слукбн деталей машин путем нанесения на их подверженные-износу поверхности и последующего формования антифрикционного изно-. сосгойкого полимерного покрытия.

Для достижения доставленной цели в работе решаются следующие задачи:

разработка методик исследования процессов нанесения и формования полиамидного покрытия, а также антифрикционных свойств и износостойкости м эта лл опо лш ер з их дата лей;

определение оптимальных параметров установок и режимов нанесения полиамидного покрытия из порошкообразной пластмассы;

определение оптимальных параметров установок и режимов формования полиамидного покрасил на плоской и .цилиндрической поверхности детали;

разработка установок для нанесения и формования полимерных покрытий;

определение антифрикционных свойств и износостойкости деталей • с покрытием из полиамидов и их смесей с наполнителями.

Общая методика исследований. Поставленные в данной работе задачи решались Теоретическими и экспериментальными методами. Теоретические исследования виг елка ни на основе современных матзматичаских методов с использованием фундаментальных положений теории механизмов и машин, динамика сыпучей среды, гидродинамики вязкой жидкости я теории процессов дарзрабопш термопластичных полимеров. Достоверность гэорэгетэскис выводов и допущений определялась путем сопос-

тавления их о результатами экспериментов.

Экспериментальный исследования проводились на специальных установках и стендах, оснащенных современной контрольно-измерительной аппаратурой, Обработка результатов иоследоьаняй выполнялось с применением ЭВМ и методов теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна работы заключается в следующем: получена математическая монзль, описывающая процесс псавдооаи-жения порошкообразного полимерного га г в риала при вибрационном воздействии;

определены требования к псандсояшзанному слою и установлены параметры установок я рвакыов нанесения покрытий из полиамида;

создана математическая модель процесса формования полимерного покрытия на плоской и цилиндрической повьь-..|Юстя да та ли;

оправданы требования к качеству отформованного полимерного слоя к установлены параметры установок и режимса формовэяня покрытия из полиамида;

получена аналитическая зависимость для определения температуры в зона трения металлополиаерного подшипника сколькзния;

проведены исследования работоспособном;! деталей с покрытием из полиамида в диапазоне скоростей и нагрузок, характерных для работы узлов траяил машин легкой и текстильной промышленности;

разработана основы расчета и проектирования установок для нанесения и формовавия полимерных покрытий.

Практическая значимость и реализация результатов работы. На основе проведанных исследований разработаны консгрукпш усганоаок:

для нанесения полимерных покрытий в режиме исевдоожижени^ и уплотнзкин полимерного порошка;

для ^срмозания полимерного покрытия на плосчой, криволлнзйиой

незамкнутой и цилиндрической (внутренней и наружной) поверхности дьхали;

для нанесения и формования полимерного покрытия на деталях типа тел вращения (шкивы, зубчатые колеса и т.д.).

Результаты исследований внэдраны в производство на Кулабакской шааШол фабрике и используются для изготовления металлополимарных деталей к швейному оборудованию при его ремонте.

Апробация работы. Основные "результаты работы доложены, обсук-даны и получили положительную оценку:

на заседании кафедры проектирования'машин и автоматов Российского заочного института текстильной п легкой промышленности (Рос-ЭИШ), Москва, 1989,1990,1391,1992 и 1993 гг.;

на ХУ, ХУТ и "УП научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, мучных сотрудников и аспирантов Рос-ЗИТЛП, Москва, 1988,1990 и 1992 гг. Автор выносит на защиту:

результаты теооетических и экспериментальных исследований процесса псе_,доожикония полимерного порошка, подвергнутого вибрационному воздействию;

методику и результаты экспериментальных исследований^процесса нанесения полиадвдного покрытия в'поевдоо«я*енном слое;

методику и результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса формования полиамидного покрытия;

методику и результаты экспериментальных исследований антифрикционных свойств и износостойкости деталей с полиамидным покрытием;

научно-тгхнические решения, подученные при разработке процессов нанесения и формования покрытий из полиамидов^и их аппаратурное оформление.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано

4 статьи.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и ириложе-ния. Работа изложена на 199 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, пока за га научнЕ.г новизна и практическая значимость работы.

В пгдаой главе рассмотрены особенности эксплуатации машин легкой и текстильной промышленности и проанализированы основные факторы, вызывающие износ деталей, и существующие направления повышения их срока, службы.

Показано, что специфические особенности эксплуатации машин легкой и текстильной промышленности способствуют интенсивному износу входящих в их состав механизмов и деталей. Повышенному и ускоренному износу подвержены вкладыши и втулки подшипников сколькения; направляюшт*.э, движущиеся возвратно-поступательно; кулачки и эксцентрики; зубчьтые колеса; ползуны; детали челночных комплектов и др.

Вопросам, касавшимся надежности и долговечности машин легкой и текстильной промышленности, уделялось значительное внимание в работах Капустина И,И., Комиссарова А.И., Макарова А.И., Малафеева Р. М., Мизери A.A., Москалева М.А., Полухина В.П., Сторожзва В.В., Стреляепа B.C., Худых М.И. и других ученых. В них отмечается, что первостепенное значение в дела повышения надежности и долговечности машин имеет увеличение износостойкости интенсивно кзнашизашихся д с-та л ой, являющейся опрэделякжим критерием их срока службы.

На основе изучения влияющих ка износ деталей факторов з диссертации опо-эделеаы хребозакгл к .чате;: ладам, испсльт/з:,',:л; для

изготовления дзгалай узлов грения.

Антифрикционные магериадн должны иметь коэффициент трения низкий и высокую износостойкость; обладать хорошей пригабатываемостью и не образовывать задиров на поверхностях трения в случае прекращения смазывания; минимально изнашивать контртело и обладать антикоррозионными свойствами; иметь микропористую или микрокапилярную структуру и на изменять линейные размеры при изменен-ди температуры _ и влажности окружающей среды; обладать хорошей теплопроводностью и сохранять работоспособность при температуре эксплуатации не ниже 80°С; быть недефицигными, недорогими и нетоксичными и обладать хорошими технологическими свойствами.

Если возможности повышения срока службы деталей машин легкой и текстильной промышленности изменениек конструкции деталей и механизмов, применением современных технологических обработок и изменением режимов эксплуатации машин в настоящее время достаточно глубоко изучена, го вопросам Применения новых антифрикционных материалов для повышения срока службы деталей уделялось недостаточное внимание.

Одним из прогрессивных путей повышения срока службы деталей, работающих в узлах грения машин, являв гея применение для их изготовления полимерных материалов. Анализ применимости пластмасс в узлах трония показал, что наиболее целесообразно для этих целей использование полиамидов. Особенно перспективно Применение полиамидов в- виде тонкослойных покрытий, наносимых на трущиеся поверхности деталей методами напыления из порошкообразных пластмасс.

По сравнению с цельнопласгмассовыми детали с тонкослойным полимерным покрытием могут, выдерживать большие нагрузки, способны лучше отводить тепло и их размеры в значительно меньшей степени изменяются под действием температуры и влаги. Мегаллополимернне детали обладают более высокими антифрикционными свойствами и иэносостой-

костью. Так, например, по данным НИИпяасгмасс износостойкость подшипников скольжаняя с поликапроамвдным покрытием в 5-7 раз выша износостойкости бронзовых и в 2-3 раза выше цальнопластмассовых подшипников.

Основными показателями качества и работоспособности металлополимарных деталей являютсяI физико-маханическиэ и антифрикционные свойства покрытия, прочность сцепления его о металлической основой, толщина и равномерность полимерного слоя, шероховатость его поверхности, износостойкость и др.

Как известно, существует сравнительно много способов нанесения тонкослойных полимерных покрытий ад датали машин. Наибольшее распространенна получали способы нанесения покрытий из мелкодисперсных порошкообразных пластмасс (газопламенный, вихревой, вибрационный, вибровихреэой а др.) как самые дешевые ч гомологичные. При этих способа:: нанесения покрытие образуется в результате расплавления частиц полимера и адгезии (оцаплания) их к поверхности нагретой датали, с которой они соприкасаются. Рассмотрение и анализ этих способов показывает, что наиболее эффективным из них является вибрационный, а основе которого лемет инерционный принцип псевдооаиения полимерного пороша. Отличаясь от других способов универсальностью, он позволяет получить полимерные покрытая на деталях с более высокими физико-механическими, адгезиопныма и износостойкими свойствами.

Существующие способы нанесения покрытий из порошкообразных пластмасс на позволяют получить мегаллополшарные детали с номинальными размерами и требуемой шероховатостью поверхности, поэтому перед эксплуагацлзй ах подвергают маха нота ско.{ обработке. Предварительными экспериментами установлено, что мегаллоаолшдерныа детали с номинальными размерами более просто и качественно, по сравнении с механической обработкой, можно получать фортраннам полиамидного покрытая.

Для практической реализации этого направления необходима его еретическая й экспериментальная проработка.

Вторая глава посвящена исследованию параметров установок и теологических режимов нанесения полимерных покрытий вибрационным особом, влияющих на эксплуатационные показатели металлополимерннх чталей.

Физической основой вибрационного способа нанесения пластмассовых покрытий является эффект воздействия на слой порошкообразного полимерного материала инерционных сил, обусловленных вибрационными колебаниями. В зависимости от параметров зибрации, действующей на .злой сыпучего материала, происходит его уплотнение или .псендоожиже-кие. Нанесение пластмассовых покрытий вибрационным способом можно . производить как в режиме псевдоожижешш, так и в режиме уплотнения полимерного порошка. При этом конструкция применяемой для этой цели установки определяется выбра"ным режимом работы.

Осуществить нанесение покрытия путем погружения нагретой детали в слой полимерного порошка возможно только, в режиме псввдоожю&в-пия, которое достигается при отрыве его частиц от вибрирующей поверхности.

При теоретическом рассмотрении взаимодействия вибрирующей поверхности с частицами полимерного порошка получено условие его псевдоожиженяого состояния:

ям2 > 1 + , ш

-у" * ' гг>9-

где Д - амплитуда колебаний; (а) - частота колебаний;

д. - ускорение силы тяжести; Рс - сила сопротивления

дз;;женлк> частицы; ГП - масса частицы.

Установлено, что для изготовления мохзллополиморных деталей с : ^с-ча-и э:;спл/а.'ацеомиш показателям:; необходимо достичь такой

степени псеэдоожижеяия полимерного порошка, при которой обоспачиь.-ся быстрое погрукенав в него награтой детали, максимально нозмош.« однородность слоя, отсутствие сепарации частиц полимера внутри ел;-и их уноса.

На основании результатов последующих экспериментов были опре--делани параметры рабочей зоны вибрационной установки, обеспечивающие пеэвдоояшжэнное состояние полимерного порошка, отвечающее указанным требованиям, в диапазона частот от 20 до 120 Гц (рисЛ).

Нанесение полимерных покрытий в режиме уплотнения осуществляли ся путем заполнения полимерным порошком объема, ограниченного подлежащей покрытию поверхностью нагретой детали. Качество покрытия а этш случав незначительно зависит от параметров вибрации, вызывающих различную степень уплотнения полимерного порошка. Лучшие результаты получаются при работе вибрационной установки с ускорением колебаний 0,8-0,9д. .

• Определяющее влияние на физико-механические свойства, адгезию и износостойкость полимерного слоя оказывает температура награва детали перед нанесением покрытия. Результаты экспериментов показывают, что максимальная прочность сцепления покрытия из полиамида ПА6 с металлической основой (подложкой) имеет место при температура нагрева детали 280°С, а при иных ее значениях адгезия уменьшается (рис.2). Полученное при данной температуре полимаркое покрытие имеет такке и максимальную прочность при разрыва. Следовательно, это значение температуры является шгимэльшм при нанесении покрытий из полиамида ПА6.

Апробирование различных способов механической и химической подготовки поверхности детали пед покрытие показало, что наилучшие результаты получаются посла грубой механической щи дробеструйной обработки с последующим фосфат и ров давч. Прочность о-деп^епия покры-

го 4о еа ¿о *оо яо

Рис. I, Параметры рабочей зоны вибрационной установки.

I - граница областей уплотнения и псевдоожижения полимерного порошка; .

2,3 - границы табочей зоны установки.

•ко &

25

го

15

ю 5

гон гге Но не иеле ас Ш Ш Т'с

'Рио. 2. Влияние температуры предварительного нагрева детали на прочность сцепления покрытия из полиамида ПА б с мпталлической поверхность».

тия из полиамида ПА6 со стальной подложкой в этом случае увеличивается на 70-75% по сравнению с величиной адгезии к шлифованной поверхности, не подворгнугой химической обработке.

Основными Акторами, влияющими ¡а толщину наносимого в-брациоя-ным способом пластмассового покрытия, являются »размеры и форма покрываемой детали, время выдержки ее в контакте о полимерным порошком, температура предварительного нагрева детали, дисперсность и влажность полимерного порошка. Из них последние :грл фактора являются фиксированными, поскольку их значения определены ранее, исходя из условия получения высококачественного полимерного покрытия. Поэтому при проездении экспэримонтов изменялись только первые два фактора, а остальные оставались неизменными и составляли: дисперсность 50+ 4200 мкм, влажность 0,2-»0,3?а, температура нагрева детали 280°С. По результатам опытов были установлены экспериментальные зависимости толщины полимерного покрытия от времени выдержка имеющих различную форму и размеры деталей при контакте с частицами порошка. В результате их апроксимации получена аналитическая зависимость для определения толщины покрытия & , на носимого на деталь вибрационным способом : .,

Х - к. У_ . t Va.

О - К 5 > (2)

^ -У2

где »\ - постоянный коэффициент, 1\ = 0,53 с ;

М - объем деталк; S - полная поверхность детали; t.1 - время выдержки,

Разнотолщинность полимерного слоя обусловлена главным образом отеканием расплава полимера в процессе его нанэсения. Для определения неравномерности полш арного покрытия Л б" выведена следующая 1ормула:

где р - плотность расплава полимера; - ускоренна сшш гя зсти; - время отекания раса лава полимара; ¿Г - толщина полимерного покрытия; ^ - вязкость расплава полимера; X - длина детали.

На основании результатов проведанных исследований разработаны аксйвримэятадьнна установки и технология нанесения покрытий в режимах псавдоожижания и уплогнация полшлерного порошка. Опыт работы на установках вибрационного типа показал возможность получения высококачественных пластмассовых покрытий на деталях самой различной конфигурации.

В третьей глава изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса формования, на база которых опре- • деланы оптимальны, значения аараметров установок и .режимов формования полиамидного покрытия.

Формование термопластического пластмассового покрытия, наве-сан' эго ка поверхность металлической детали, производится формующим инструментом, когда полимерный материал находится в расплавленном состоять. При взаимодействии движущегося формующего инструмента с расплавом полимера, находящимся в зазора между формующим инструментом а металлической основой детали, происходит его вязкое течение в напранлени: свободных поверхностей. После прекращения воздействия формующего инструмента в результате перераспределения и частичного выдавливания полимерного материала на поверхности детали остается равномерный слой пластмассы определенной толщшш. Исходя из этого условия, были сое га в лани математические модели процесса фермования полимерного покрытия на плоской и циливдричаской поверхности детали.

На основе эти-: моделей лолуздны аналитические зависимости для определения толщины полимерного слоя при формовании покрытия на

плоской поверхности деталей .круглой, прямоугольной и квадратной

формы, а также на внутренней и наружной цилиндрической поверхности летали. В случае форлованяя полимерного покрытия та плоской круглой и внутренней цилиндрической поверхности детали эти формулы соответственно имеют вид:

(-д 1 ■ х-у1/г ,

V 1+ ^тд- Ьз и О I » 307 Ь Я*

Яа.

и о о л^-а?-

Но=к<>-кн 1+--

(4)

«М

где - толщина полимерного слоя при формовании покрытия на

плоской поверхности детали; Ио - первоначальная толщина полимерного покрытия; гп - масса формующей плиты; д, - ускорение силы тяжести; йз - длительность формования;

- вязкость расплава полимера; К - радиус плоской детали; - толщина полимерного слоя при формовании покрытия на.внутренней цилиндрической поверхности детали; - радиус внутренней цилиндрической поверхности металлической детали;

^ - радиус цилиндрической формующей поверхности пуансона;

Р - сила сопротивления перемещению формующего пуансона;

- угол конической части формущего пуансона; V - скорость перемещения формующего пуансона; 1-. - длина формуемой поверхности детали; Ro - радиус исходной ниливдричсскоз поверхности догзли с полимерным покрытием.

В процесса экспериментальных исследований была проведана проверка достоверности и степени точности принятых расчетных схем и установленных аналитических зависимостей (см.рис. 3 и 4), изучено влияние основных факторов на качество отформованного полимерного слоя и получаны данные для разработки конструкций установок и технологии формования полиамидного покрытия на металлических деталях.

" Качество отформованного слоя оценивалось прежде всего степаньв его равномерности и величиной шероховатости получаемой поверхности. Кооме того, определяюсь твердость, относительное удлинение и предал прочности при разрыве отформованного покрытия.

Установлено, что в случае формования полиамидного покрытия на плоской повархнсяЯи детали наиболее равномерное распределзниа полимерного материала получается при удельных нагрузках формования 0,02+0,05 Ша. Неравномерность полимерного слоя при этом является -минимальной и с оставляет &-? мкм на 100 ш длины.

В случае формования покрытия на цилиндрической поверхности детали (внутраннэй или наружной) минимальная разнотолщинность полимерного слон, составляющая 3-6 мкм на 100 мм длины, получается при скоростях формования 0,01-10,02 м/с и угле ваходного конуса формующего инструмента 45°. При этом рабочая часть (формующего пуансона должна составлять'1,5-2,0 длины формуемой внутренней цилиндрической поверхности детали, а рабочая часть формующей матрацы - 2,0-2,5 диа-.матра формуемой наружной цилиндрической поверхности детали.

Основное влияние на физико-механические свойства материала покрытия и в накоторой степени на чистоту поверхности отформованного слоя оказывает теш ера тура, при которой производится формование.

Для получения полимерного слоя с наиболее высокими физико-механическими свойствами и наименьшим значением шероховатости его поверхности температура формованич покрытия из полиаиида ПА6 должна.

форповапт покрытия на плоской поверхности образца диаметром с4 = 63 мм при давлении Р Ц-Р=0,0П2 Ша} 2-Р=0,03 Ша; 3-Р=0,05 Ша),

--Теоретические кривив.

-о— Экспериментальные данные.

\

П? о,6 «5 О,*

0,3

Рис. 4. Зависимость толщины полимерного слоя от скорости формования покрытия па внутренней цилиндрической поверхности детали (1-2>о =49,61 мм и2)( =49,92 мм; 2-2>о =49,91 мм ий>1 =50,16 мм; 3-2)о=*50,23 мм и 5Й)з 50,52 мм).

--Теоретические кривые.

-о— Экспериментальние дяняно.

составлять 280°С.' Следует отметить, что в результате формования полимерного покрытия происходит его упрочнение. Так, при температуре формования 280°0 покрытия из полиамида IIA6 предел прочности при разрыве получаемого полимерного слоя возрастает на 34-36'£, микротвердость увеличивается на 12,8-13,25? и относительное удлинение уменьшается на 21-2%,

Определяющие влиянио на шероховатость поверхности отформован- ' кого полимерного слоя оказывает шероховатость рабочей поверхности формующего инструмента. Характерно, чго чистота отформоваячой поверх:-* ности на соответствует- чистота обработки рабочей поверхности формую- . щего инструмента, а превосходит ее. При температуре (формования 280°0 ote оказывается на 1,0-1,5 класса выше чистоты обработки рабочей поверхности формующего инструмента. •

Результаты выполненных исследований были реализованы при разработке экспериментальных установок для формования полимерных покрытий на деталях машин. Проведенные испытания этих установок показали, что они могут быть успешно использованы для изготовления широкой номенклатуры шгаллополимерных netanaü с заданными посадочными рэзме-, рами и высокой чистотой обрабатываемой поверхности.

• В четвертой главе представлены результаты лабораторных исследований антифрикционных свойств и износостойкости полиамидов, а также стендовых и производстве иных испытаний металлополимерных'де- . талей.

Лабораторные исследования осуществлялись по схеме, имитирующей подшипниковую пару, на машине трения типа ЛИ. Учитывая, что важнейшим показателем при оценке возможности применения метадлоподимерних деталей в узлах трения машин является температура в зоне трения, зависящая от толщины нанесенного полимерного покрытия, было проведано гесрег/.че ское я экспериментальное определение'этой зависимости tu приыара аегг.йлопоя;ь!ер1юго подшялнлка скольжения.

В качестве испытуемых полимерных материалов использовались по-ликапроамид и полиамиды марок ПАб и ПА610, а наполнителями служили серебристый графит, йодистый кадмий и даусернистый молибден.

Результаты исследований показали, что в процесса изнашивания полиамидов без смазки температура трущихся поверхностей и коэффициент трения постоянно увеличиваются. Резкое увеличение коэффициента трения (от 0,23 до 0,72) происходит при температура в зона трения 85-125°0 в зависимости от типа полиамида. Для нормальной работы деталей с полиамидным покрытием температура в зоне трения не должна превышать 30-90°С.

Износостойкость исслэд;змих полиамидов при изнашивании без смазки является сравнительно невысокой и находится в пределах от 5-I04 до 7,8« Ю4 Нм/мг.

Коэффициент трения существенно завися; от вида смазки, удельного давления и толщины полимерного покрытия. Так, о увеличением удельного давления от 0,1 до 10 Ша aro величина в зависимости от типа полиамида уменьшается с 0,065-0,08 до 0,028-0,03 в случае применения жидкой смазки и с^0,095-0,115 до 0,04-0,042 в случав использования консистентной смазки. С увеличением толщины полиамидного слоя ог 0,25 до 5 мм величина коэффициента трения возрастает на 43$, а температура в зоне трения повышается с 32 до 5?°С. Следует отметить, чю при указанных толщинах аокрнгая коэффициент трения полиамидов по стали значительно ниже коэффициента трения чугуна и лишь при тол-дина полимерного слоя 4,5 мм и более приближается к коэффициенту трения бронзы. Несмотря на плохуа теплопроводность пластмасс пра толщине полиамидного Покрытия 1,5 мм я менее темпоратура в зоне трепля ниже, чем у образцов из чугуна и бронзы, и не превышает 40°С.

Износостойкость чистых полиамидов при смазке находится в пра- • дедах ог 38,2*Ю4 до 54,ЫО4 Нм/мг. При увеличении толщины полимер-

ного слоя с 0,5-0,6 им до £-6 мы износистонкость полиамидов уменьшав гея в 1,7-1,8 |аза. Значительное уваличэние износостойкости полиамидов достигается путем введения в них наполнителя. Наиболее целесообразно для этой цели использовать двусарнистый молибден, который при небольшом процэнге наполнения {10%) резко (примерно в 3 раза) повышает износостойкость полиамида. При этом коэффициент трения уменьшается на 1В%.

Для проверки работоспособности деталей с полиамидным покрытием в реальных условиях эксплуатации были проведены стендовые и производственные испытания. Для этой цели были изготовлены подшипники скольжения главного, челночного и вертикального валов, а такжо направляющие втулки игловодкталя с покрытием их рабочих поверхностей полиамидом ПА610, содержащим 10,? двусернистого молибдена, и установлены на швейных машинах 1022 класса. Толщина полимерного слоя составляла 0,5-0,6 мм. Стендовые испытания проводились в лаборатории кафедры проектирования машин и автоматов РосЗИТЖ, а производственные - в пошивочном цаха Кулебакской швейкой фабрики. Контрольная разборка лосле двухлетней работы машин показала, что износ опытных деталей был а 2,2-к.,3 раза меньше, чем серийных. При этом износ деталей, сопряженных о опыгшми, снизился в &-6 раз.

Эффективным оказалось применение полиамидного покрытия на поверхности ролика, перемещающегося в пазу программного диска (копира) швейных машин для прикпапленпя пуговиц. Использование покрытого пластмассой ролика вместо цельнометаллического позволило резко снизить износ паза копира и за счет итого увеличить срок его службы в 5-6 раз.

С цалыэ проверки возможности применения исследуемого способа при ремонте других видов оборудования нанесением полимерного покрытия были восстановлены изношенные подшипники скольжения обувных

машин и ткацких станков. Стоимость восстановленных деталей нанесением полимерного покрытия оказалась в 6-7 раз меньше стоимости вновь изготовленных цельнометаллических деталей, а срок их службы в 2,1 раза больше.

Полокатолышо результаты промышленных испытаний поевокняя рекомендовать данный способ для внедрения в производство при создании и ремонте машин легкой и текстильной промышленности. В часгяооти, '•применение результатов исследований на Кулебакской швейной фабрика для изготовления неталлополимерных дэталей к швейному оборудовании при его ремонте позволило увеличить их износостойкость в 2„2 раза и получить экономический эффект.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Ш основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований могут быть сделаны следующие выводы и да ян рекомендации.

1. Показано, что одтьч из наиболее эффективных и перспективных путей повышения срока слукбн деталей машин легкой и текстилыюй промышленности является нанесение на их интенсивно изнашивающиеся поверхности покрытий из порошкообразных полиамидов пибрапионным способом,

2. Исходя из условий получения металлопояимерных деталей с наиболее высокими эксплуатационщик показателями определены границы рабочей зоны вибрационной установки в диапазоне частот от 20 до 120 Гц я технологические параметры нанесения покрытий из полиамида ПА б. [lepen нанесением полимерного покрытия оптимальными являются: подготов-' ка поверхности детали, включающая грубую механическую или дробе-

• струйную обработку с последующа фосфэтированиом, и г ампера туре оа нагрева 28С°С. Получены аналитические зависимости для,определения толщины и неравномерности покрытия, заносимого л п с о л л о сг.с иг: о н н ш

j

вибрационными колебаниями слов полиморного порошка.

3. Установлено, что обработку покрытых термопластичным полимером деталей до номинальных размеров вместо механической обработки можно более просто и качественно произьодить формованием. Неравномерность отформованного полимерного слоя при оптимальных параметрах формования не превышает 4-7 мкм на 100 мм длины, а возможно достижимая шероховатость его поверхности соответствует 12 классу и выше, « чго. нэльзя получить механической обработкой,

4. 11а базе созданной математической модели процесса формования получены аналитические -зависимости для определения толщины слоя при формовании полимерного покрытия на плоской и цилиндрической (внутренней и наружной) поверхности детали.

5. Установлено, что оптимальными параметрами формования покрытия из полиамида являются:

давление Р = 0,02-0,05 Шапри формовании покрытия на плоской поверхности .детали;

скорость переметения формующего пуансона V = 0,01 - 0,02 м/с, угол его захоДного конуса cL ' =*45° и длина формующей части .6 = (1,5 - 2,0) L С L длина подлежащей формованию внутренней цилиндрической поверхности) при формовании покрытия на внутренней цилиндрической поверхности детали;

скорость перемещения формующей матрицы V = 0,01 - 0,02 м/с, угол ее заходного конуса <L = 45° и длина формующей части * 6 = (2,0 - 2,5) Sbi ( Sb< - диаметр подлежащей формованию на-

ружной цилиндрической поверхности) при формовании покрытия на наружной цилиндрической поверхности детали;

температура' t = 280°С при всех случаях формования.

6. Разработаны отличающиеся простотой в изготовлении, универсальностью и высокой надежностью в работе конструкции установок,

которые могут быть успешно использованы для наяэсэния и формования антифрикционных и износостойких полимерных покрытий на трущихся поверхностях деталей лашв легкой и текстильной промышленности при их изготовлении и ремонта.

7. Установлено, что при смазке минеральными маслами полиамиды ПА6 и ПА610 облг.двюг высокой износостойкостью ара достаточно высоких нагрузочных, скоростных и температурных режимах (Р -- 1,5- 13,0 Ша, V = 0,55 м/с и t = 80 - 85°С), которая соответственно составляет 47,4 . IG4 и 54,1 • I04 Ш/мг. Коэффициент трения, . зависящий от удельного давления, температуры в зоне трения и вида смазки, изменяется от 0,028 до 0,09.

8. Получена аналитическая зависимость для определения температуры в зона трения. Для нормальной работы детали с покрытием трущейся поверхности полиамидом ПА6 или ПА6Ю температура в зоне трения не должна превышать 80 - 90°С,

- S. Введение в полиамиды различных наполнителей (серебристый графит, иодистый кадмий или двусернисшы молибден) существенно уве-

с-

личивает их износостойкость. Наиболее цоласообразко в качестве наполнителя использовать двусернистый молибден, который при небольшом проценте наполнения (10#) резко (примерно в 3 раза) увеличивает износостойкость полиамида.

10. Стендовые и натурные испытания деталей с полиамидным покрытием подтвердили результаты лабораторных исследований. Износ деталей с покрытием из полиамида оказался в 2,2 - 2,3 раза меньше износа серийно изготовленных деталей. При этом износ деталей, сопряженных с мегадлополимершми, умэныкзтся в 5-6 раз.

Основное содержание диссертации отражено в следущих публикациях:

I. Ипполитов O.A., Сгреляев B.C. Теоретические основы фэрмова-

ния полимерного покрытия на внутренней цилиндрической поверхности мтали. "Эксплуатационная надежность машин, конструкций, процессов, изделий. Межвузовский ссмрник щучных трудов. М., 1991, с 139-148,

2. Ипполи.ов O.A., Строляав B.C. Расчет толщины слоя при формовании полимерного покрытия на наружной цилиндрической поверхности детали. Эксплуатационная надежность машин, конструкций, процессов, изделий. Межвузовский сборник научных трудов, i.5., 1991,

с 133^139.

3. Ипполитов O.A., Страляев B.C. Исследование параметров установки и режкиа формования полиамвдноге покрытия на плоской поверх ности детали. Вопросы прочности, надежности и механики машин, процессов и изделии текстильной и легкой промышленности. Межвузовский сборник научных г/гудов. М., 1992, с 159-169.

4. Ипполитов O.A., Стреляав B.C. Конструктивные схемы установок и режимы нанесения полимерных покрытий. Вопросы прочности, надежности и механики машин, процессов и изделий текстильной и леркой промышленности. Межвузовский сборник научных трудов. М., 1992, с 7 £>-88.

Ротапринт I.MTII Тира;.: 100 экз. Заказ 571