СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

20-12-2007 дата публикации
Номер:
RU2312933C2
Контакты: 119311, Moskva, ul. Kravchenko, 10, kv.18, D.V. Lisenkovu
Номер заявки: 03-13-200506/02
Дата заявки: 30-09-2005

[1]

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для модификации и восстановления металлических поверхностей узлов трения деталей машин, в частности насосов высокого давления, форсунок распылителей топливных систем дизельных двигателей, двигателей внутреннего сгорания, редукторов и других деталей, условия эксплуатации которых требуют высоких триботехнических свойств.

[2]

В настоящее время разработаны различные способы обработки рабочих поверхностей узлов трения, направленные на улучшение антифрикционных свойств, снижение энергопотребления и расхода горючесмазочных материалов, в которых в качестве модифицирующего состава используют измельченное минеральное сырье.

[3]

Так, известен способ обработки металлических деталей, включающий изготовление модифицирующего состава на основе смеси измельченных до дисперсности 0,1-10 мкм серпентинитов, смешивание модифицирующего состава с жидким органическим связующим, подачу технологической среды на обрабатываемую поверхность детали посредством погружения детали в технологическую среду и механоактивацию ультразвуком (RU 2209852, С23С 26/00, 10.08.2003).

[4]

Способ обеспечивает получение на поверхности деталей обладающего высокой долговечностью однородного по структуре и толщине металлокерамического слоя. Однако указанный способ имеет целый ряд недостатков, ограничивающих область его применения. Так, указанный способ невозможно осуществить в эксплуатационном режиме, поскольку операция погружения требует разборки деталей. Кроме того, модифицирующий порошок получают раздельным дроблением серпентинитов в шаровых мельницах и классификацией каждого размолотого минерала по размерам, сушкой и последующим перемешиванием для получения смеси, что значительно усложняет процесс.

[5]

Наиболее близким к предложенному изобретению является способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, включающий измельчение смеси природных минералов, содержащей хризотил-асбест, офит, антигорит и лизардит, добавление ПАВ и получение твердосмазочной композиции, смешивание ее со связующим, размещение полученного состава между трущимися поверхностями и получение покрытия насыщением поверхности путем приработки в режиме штатной эксплуатации (RU 2179270, С23С 26/00, 10.02.2002).

[6]

Способ позволяет обеспечить прочно связанный с поверхностью трения слой и за счет этого повысить долговечность узлов трения. Однако известный способ имеет целый ряд существенных недостатков. В качестве модификатора используют смесь природных минералов, содержащих абразивно-подобный порошок, что связано с использованием для помола шаровых мельниц, не позволяющих без их участия измельчить хризотил-асбест до тонкого размера. Проведение размола и классификация осуществляется не в едином цикле, что значительно удлиняет процесс обработки и требует дополнительного оборудования. Кроме того, как показали наши экспериментальные исследования, полученные покрытия не обладают достаточно хорошими триботехническими свойствами, что связано с использованием в составе модифицирующей смеси абразивно-подобного порошка.

[7]

Задачей, на которую направлено настоящее изобретение, является создание экономичного способа обработки трущихся поверхностей, позволяющего увеличить срок службы узлов трения.

[8]

Техническим результатом изобретения является повышение экономичности процесса за счет возможности измельчения и разделения частиц по фракциям в едином цикле и возможности одновременной обработки металлических трущихся поверхностей составами с различными фракциями в зависимости от величины зазора между поверхностями, а также улучшение свойств обработанных поверхностей узлов трения за счет отсутствия в модифицирующем составе абразивно-подобных твердых частиц.

[9]

Технический результат достигается тем, что в способе обработки поверхностей узлов трения деталей машин, включающем измельчение минерального сырья, смешивание с жидким органическим связующим, размещение полученной смеси между трущимися поверхностями и насыщение поверхностей деталей в режиме штатной эксплуатации, в качестве минерального сырья используют искусственный хризотил-асбест, измельчение осуществляют в вихревой мельнице с подачей воздуха в нижней ее части под давлением 2-4 атм и непрерывно-последовательным разделением полученного порошка на 3 фракции: 8-15 мкм, 5-10 мкм, 2-5 мкм; смешивание полученных фракций со связующим осуществляют в соотношении 0,1-0,2 г порошка - 5 мл связующего, а насыщение осуществляют одной из полученных смесей в зависимости от величины зазора между деталями.

[10]

Размещение полученной смеси между трущимися поверхностями деталей можно осуществлять через штатную систему смазки или напылением с последующей обкаткой при минимальных нагрузках.

[11]

Смесь желательно добавлять в штатную систему смазки в соотношении 5 мл смеси на 1 л смазки.

[12]

В качестве органического связующего, в частном случае реализации изобретения используют смесь, содержащую 30 мас.% керосина и 70 мас.% моторного масла.

[13]

Перед смешиванием со связующим порошок можно активировать в растворе электролита или керосине.

[14]

Извлечение фракции размером 2-5 мкм осуществляют принудительно посредством компрессора.

[15]

При зазоре между трущимися поверхностями деталей, составляющем 18-25 мкм, насыщение осуществляют смесью, содержащей порошок фракции 8-15 мкм.

[16]

При зазоре между трущимися поверхностями деталей, составляющем 10-18 мкм, насыщение осуществляют смесью, содержащей порошок фракции 5-8 мкм.

[17]

При зазоре между трущимися поверхностями деталей, составляющем 6-10 мкм, насыщение осуществляют смесью, содержащей порошок фракции 2-5 мкм.

[18]

В качестве сырья для получения модифицирующего состава используют искусственный хризотил-асбест, теоретический состав которого выражается следующей формулой: H4(Mg, Fe)3Si2О9[3(Mg, Fe)О·2SiО2·2H2О; Mg3Si2О5 (OH)4]. Хризотил-асбест состоит из мягких тонких волокон и плохо поддается измельчению до тонких размеров в обычно используемых шаровых мельницах. Для улучшения процесса измельчения в состав добавляют твердые минералы, обладающие абразивными свойствами, что в конечном итоге негативно отражается на триботехнических свойствах, обработанных такими составами узлов трения. Настоящее изобретение позволило использовать хризотил-асбест без добавок за счет способа его переработки. Для измельчения искусственного хризотил-асбеста была применена вихревая мельница. Схема установки приведена на чертеже.

[19]

Измельчение осуществляют следующим образом. В емкость вихревой мельницы (1) загружают сырье - искусственный хризотил-асбест (2). Через отверстие (3), расположенное в нижней части вихревой мельницы, осуществляют подачу воздуха под давлением 2-4 атм. Подача воздуха под давлением более 4 атм формирует поток слишком большой скорости, что затрудняет разделение частиц на фракции в едином цикле, а следовательно, к снижению производительности и экономичности процесса. Скорость подачи воздуха ниже 2 атм недостаточна для получения нужной степени измельчения. Часть измельченного сырья в виде газопорошкового потока выводится через периферийный выход (4) в емкость (5), где часть порошка дисперсностью 8-15 мкм осаждается. Более легкие фракции, дисперсностью 2-10 мкм, попадают в емкость (6) в виде газовзвеси, где осаждаются порошки фракции 5-10 мкм. Из емкости (6) через периферийный выход (7), расположенный в верхней части емкости, противоположный отверстию, через которое осуществляется попадание газовзвеси в емкость (6), осуществляют принудительное извлечение наиболее легких фракций дисперсностью 2-5 мкм (8) посредством компрессора (9), работающего на всасывание. Измельчение минерала с подачей воздуха снизу под давлением дает возможность осуществлять последовательное разделение порошка на 3 тонкие фракции в едином с измельчением цикле. Выбор размера фракций связан с величиной зазора между поверхностями в сопряжении узлов трения. Каждую из полученных фракций смешивают со связующим в соотношении 0,1-0,2 г порошка на 5 мл связующего, в качестве которого может быть использовано органическое связующее на основе моторного или индустриального масла, топлива, минеральных масел и т.д. Введение порошка в связующее в количестве, большем 0,2 г, вызывает коагуляцию частиц, общая поверхностная площадь порошка уменьшается, что приводит к снижению эффективности обработки и, как следствие, к ухудшению триботехнических свойств. Введение порошка в количестве, меньшем 0,1 г, недостаточно для насыщения поверхности узлов трения.

[20]

Каждую из полученных смесей наносили на поверхность узлов трения деталей машин либо напылением, либо через штатную систему смазки, при этом смесь добавляют в штатную систему смазки в количестве 5 мл на литр смазки. Выбор смеси при нанесении определялся величиной зазора между сопряженными поверхностями узлов трения. Так, при зазоре между трущимися поверхностями 18-70 мкм наносят смесь, содержащую порошок фракции 8-15 мкм, при зазоре, составляющем 10-50 мкм, наносят смесь, содержащую порошок фракции 5-8 мкм, а при зазоре 6-25 мкм - смесь, содержащую порошок фракции 2-5 мкм. После чего проводили насыщение поверхности в режиме штатной эксплуатации узла трения.

[21]

Обработке была подвергнута пара трения "стальной диск - чугунная колодка". В качестве штатной системы смазки использовали моторное масло. Антифрикционные свойства определяли на машине трения МИ-6 по методике снятия кривых Штрибека. Среднее значение коэффициента трения (КТР) после обработки снизился на 17,4%.

[22]

Стендовые испытания узлов трения топливного насоса дизеля Д49, обработанного по предложенной технологии, показали, что гидроплотность плунжерной пары выросла с 23-27 сек до 45-46 сек.

[23]

Таким образом, предложенный способ позволяет улучшить триботехнические характеристики узлов трения и одновременно увеличить производительность процесса обработки и его экономичность.



[24]

Изобретение может быть использовано для модификации и восстановления металлических поверхностей узлов трения деталей машин, условия эксплуатации которых требуют высоких триботехнических свойств. Измельчение искусственного хризотил-асбеста производят в вихревой мельнице с подачей воздуха в нижней ее части под давлением 2-4 атм и непрерывно-последовательным разделением полученного порошка на 3 фракции: 8-15 мкм, 5-10 мкм, 2-5 мкм. Полученные фракции смешивают с органическим связующим в соотношении 0,1-0,2 г порошка - 5 мл связующего. Размещают полученную смесь между трущимися поверхностями и насыщают поверхности деталей в режиме штатной эксплуатации одной из полученных смесей в зависимости от величины зазора между деталями. Способ позволяет повысить экономичность процесса за счет возможности измельчения и разделения частиц по фракциям в едином цикле и возможности одновременной обработки металлических трущихся поверхностей составами с различными фракциями в зависимости от величины зазора между поверхностями, а также улучшение свойств обработанных поверхностей узлов трения за счет отсутствия в модифицирующем составе абразивно-подобных твердых частиц. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.



1. Способ обработки поверхностей узлов трения деталей машин, включающий размещение смеси измельченного минерального сырья с жидким органическим связующим между трущимися поверхностями и насыщение поверхностей деталей в режиме штатной эксплуатации, отличающийся тем, что в качестве минерального сырья используют искусственный хризотил-асбест, измельчение его осуществляют в вихревой мельнице с подачей воздуха в нижней ее части под давлением 2-4 атм и непрерывно-последовательным разделением полученного порошка на 3 фракции: 8-15 мкм, 5-8 мкм, 2-5 мкм, каждую из них смешивают со связующим в соотношении (0,1-0,2) г порошка - 5 мл связующего и осуществляют выбор смеси, содержащей одну из полученных фракций, в зависимости от величины зазора между трущимися поверхностями деталей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что размещение полученной смеси между трущимися поверхностями деталей осуществляют через штатную систему смазки или напылением с последующей обкаткой при минимальных нагрузках.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что смесь добавляют в штатную систему смазки в соотношении 5 мл смеси на 1 л смазки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют связующее, содержащее 30 мас.% керосина и 70 мас.% моторного масла.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед смешиванием со связующим порошок подвергают активации в растворе электролита.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед смешиванием со связующим порошок подвергают активации в керосине.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что фракцию порошка размером 2-5 мкм извлекают принудительно посредством компрессора.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при зазоре между трущимися поверхностями деталей, составляющем 18-70 мкм, насыщение осуществляют смесью, содержащей порошок фракции 8-15 мкм.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что при зазоре между трущимися поверхностями деталей, составляющем 10-50 мкм, насыщение осуществляют смесью, содержащей порошок фракции 5-8 мкм.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что при зазоре между трущимися поверхностями деталей, составляющем 6-25 мкм, насыщение осуществляют смесью, содержащей порошок фракции 2-5 мкм.