Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

методов состоит в том, что стальные детали с целью предохра­ нения их от схватывания перед сборкой покрываются тонким слоем латуни, меди или бронзы. В процессе работы тонкие слои антифрикционных металлов улучшают приработку деталей и повышают их потивозадирные свойства. Для нанесения покры­ тий фрикционным методом не требуется специального обору­ дования и высокой квалификации рабочего.

Фрикционное меднение может быть использовано взамен электролитического цианистого меднения стальных деталей в

Рис. 57. Схема фрикционного ла­ тунирования стальной заготовки:

1 — заготовка; 2 — подвижной центр задней бабки; 3 — латун­ ный пруток; 4 — винт, закрепляю­ щий латунный пруток; 5 — плун­ жер; 6 — спиральная пружина; 7 — резьбовая пробка; 8 — корпус приспособления, закрепленный в

резцедержателе токарного станка; 9 — центр, закрепленный в патро­ не

кислых электролитах. Это имеет большое значение, так как про­ цесс цианистого меднения неэкономичен и требует особых мер по технике безопасности.

Фрикционному покрытию латунью и бронзой подвергают болты шарнирных сочленений, пальцы, втулки, оси, поршни и цилиндры агрегатов. Фрикционное покрытие латунью и бронзой поверхностей деталей, которые являются телами вращения, мо­ жно производить простейшими приспособлениями на обычном токарном станке. Схема установки для фрикционного латуниро­ вания на токарном станке показана на рис. 57.

Масляные или окисные пленки на поверхности деталей пре­ пятствуют схватыванию металлов при трении. Поэтому при фрикционной обработке необходимо обезжирить поверхность детали (промыть в бензине Б-70), а затем удалить с поверхно­ сти окисную пленку при помощи тонкой шлифовальной шкурки.

Однако при сухом трении металлов с различными механиче­ скими свойствами схватывание сопровождается взрывом от­ дельных относительно крупных частиц с поверхности менее проч­ ного материала и налипанием этих частиц на поверхность бо­ лее прочного. Это не позволяет получить ровное и сплошное покрытие. Кроме того, при сухом трении латуни или бронзы о сталь поверхности металлов интенсивно окисляются, вследст­ вие чего латунный или бронзовый слой, образующийся на по­ верхности стальной детали, имеет шероховатое, чешуйчатое

строение и состоит из отдельных расплюснутых частиц, слабо скрепленных между собой и легко отделяющихся от поверхно­

сти детали.

Для создания на поверхности стальной детали сплошного ровного покрытия необходимо обеспечить повсеместное схваты­ вание поверхности детали с прутком из медного сплава и пере­ нос этого сплава на стальную поверхность не отдельными ку­ сочками, а сплошным слоем, состоящим из мелких частиц, хо­ рошо скрепленных со сталью н между собой. Это достигается применением технического глицерина, который в процессе фрик­ ционного покрытия латунью тонким слоем наносят кисточкой на стальную деталь (предварительно, как указывалось ранее, де­ таль должна быть обезжирена и зачищена тонкой шлифовальной шкуркой).

Фрикционная обработка производится при скорости сколь­ жения около 0,15—0,2 м/с, давлении 12—15 кгс/мм2, продольной подаче на оборот 0,1—0,2 мм. Число проходов по одному месту

4 мкм, прочно скрепленным с основным материалом, а при по­ крытии бронзой и медью — слоем толщиной 2—3 мкм.

Глицерин, попадая на стальную поверхность, разрыхляет тонкую окисную пленку, которая возникла на детали после за­

случае материал переносится крупинками, которые прочно схва­ тываются со сталью и имеют между собой определенную связь. Глицерин, предохраняя поверхности от окисления, обеспечивает хорошее сцепление медного сплава со сталью. В результате ад­ сорбции создаются требуемые механические свойства медного сплава по глубине. Поверхностные слои сплава приобретают по сравнению с глубинными пониженные механические свойства. После того как медный слой соединится со сталью, разрушение все же происходит не по месту сцепления, а по некоторой глуби­ не. В месте спая разрушение произойти не может вследствие уп­ рочняющего действия стальной подкладки.

Явление упрочняющего действия твердой подкладки можно наблюдать, если наложить свинцовую фольгу толщиной в не­ сколько сотых миллиметра между двумя стальными плитами. При сдавливании фольги плитами даже при весьма больших нагрузках, создающих напряжения выше, чем предел текучести

свинца, не удастся сколько-нибудь уменьшить толщину свинцо­ вой фольги. Силы трения между фольгой и стальными пли­ тами будут сдерживать пластическую деформацию и тем са­ мым упрочнять тонкий слой фольги. Если пластинка свинца будет толстая, то сил трения будет недостаточно, и свинец при соответствующем напряжении потечет в средней части пла­ стинки.

Исследования по фрикционному покрытию латунью сталь­ ных деталей самолетов были выполнены В. Н. Лозовским. Эти­ ми исследованиями было установлено, что покрывать латунью можно стали в сыром и закаленном состоянии. Чугуны покры­ ваются латунью хуже. Нельзя нанести латунь на поверхность деталей, покрытых электролитическим хромом, никелем, окисными или фосфатными пленками.

Латунь может быть нанесена на детали, имеющие чистоту поверхности не ниже 6-го класса. При более низких классах ше­ роховатости латунный пруток не соприкасается с впадинами между выступами шероховатостей, что приводит к несплошному покрытию, а покрываются латунью только выступающие гре­ бешки. Начиная с 6—7-го классов чистоты поверхности, детали покрываются латунью сплошным слоем, при этом чистота по­ верхности деталей вплоть до 12-го класса не изменяется, т. е. класс чистоты поверхности до н после покрытия латунью со­ храняется.

Сравнительные испытания износостойкости покрытых и не­ покрытых латунью образцов на машине с возвратно-поступа­ тельным движением показали, что покрытие латунью образцов позволяет увеличить максимально допустимую нагрузку до зае­ дания пары трения сталь по стали при смазке ЦИАТИМ-201 на 40%, а при условии сухого трения — в 4,5 раза. Испытания тех же пар трения на специальном приборе при протягивании об­ разцов с постоянной сжимающей силой в 150 кгс показали, что при температуре 15—20° С в условиях сухого трения и при тем­ пературе 200° С как при сухом трении, так и при граничной смаз­ ке ЦИАТИМ-201 пара сталь по стали оказывается неработоспо­ собной.

Фрикционное покрытие латунью поверхностей образцов по­ зволило предотвратить схватывание и повреждение поверхно­ стей трения и снизить силы на протягивание образцов соответ­

деформацию поверхностного слоя, остается сплошным, что сви­ детельствует о высокой сцепляемости латунного покрытия со стальной поверхностью.

Износостойкость латунного покрытия зависит от величины давления, при котором происходит износ. Так, испытания пок­

рытых латунью образцов на машине трения МИ при смазке маслом МС-20 и изменении давления от 600 до 150 кгс/см2 по­ казали, что работоспособность латунного покрытия повысилась (от 200 до 2600 оборотов образца). При этом критической вели­ чиной давления, выше которой резко сокращается износостой­ кость латунного покрытия, является величина порядка 200— 250 кгс/см2. Эти условия не являются предельными для практи­ ческого использования фрикционного покрытия латунью, так как, во-первых, имеется большое количество узлов машин, дета­ ли которых работают при высоких удельных нагрузках, но в процессе эксплуатации имеют ограниченное число циклов рабо­ ты, а, во-вторых, наибольшая вероятность выхода подвижного узла имеется в период приработки деталей, когда вследствие малой площади фактического контакта на поверхности трения могут возникнуть высокие давления. Поэтому наличие латун­ ного покрытия на поверхности детали особенно важно в период

таты. Например, после 1000 циклов работы увеличение внутрен­ них утечек в цилиндре с поршнем, покрытым латунью, было в 2 раза меньшим, чем у обычного цилиндра. Кроме того, покры­ тие латунью торцовой поверхности штока позволило предот­ вратить разрушение поверхности крышки цилиндра, происхо­ дящее у обычных цилиндров в результате схватывания поверх­ ностей крышки и штока при их взаимных соударениях в про­ цессе работы.

В плунжерных парах топливной системы фрикционное по­ крытие латунью снижает коэффициент трения и повышает их сопротивление заеданию при перекосах.

Материалы для деталей, работающих в условиях абразивно­ го изнашивания. Материал для деталей, работающих в услови­ ях абразивного изнашивания, должен удовлетворять требо­ ваниям прочности, долговечности, а также экономичности и технологичности. Наиболее прочным материалом является сталь. Большое количество марок стали дает возможность

и высокопрочные чугуны, а в последнее время все большее при­ менение находят пластмассы.

Широкое применение для изготовления деталей, работающих в тяжелых условиях эксплуатации (размольное, дробильное оборудование и др.), т. е. в условиях абразивного износа, нахо­ дят легированные чугуны. Это позволяет не только существенно повысить срок службы (в 2—5 раз) деталей указанного обору­

дования, но и соответственно улучшить технико-экономические показатели работы.

Исследованию износостойкости материалов и деталей посвя­ щены многие работы [11, 19, 98 и др.]. При исследовании изуча­ лось влияние состава стали на сопротивление изнашиванию путем истирания торца цилиндрического образца абразивной поверхностью (электрокорунд на бумаге) и истирания при сколь­ жении металла по металлу с абразивной прослойкой (возврат­ но-вращательное движение втулки по пальцу). В результате

Рис. 58. Влияние отношения твер­ дости втулки # в к твердости паль­

ца Я п на износ q г :

J — суммарный износ; 2 — износ втулки; 3 — износ пальца [И. Н. Богачев, Л. Г. Журавлеві

исследования были сделаны следующие выводы: увеличение содержания углерода повышает износостойкость отожженных деталей, а в закаленных сталях увеличение износостойкости наблюдается только до эвтектоидного содержания углерода; изменение микроструктуры стали и легирование среднеуглеро­ дистых сталей не оказывает значительного влияния на износо­ стойкость; износостойкость стали зависит в основном от ее твер­ дости. Отпуск закаленной стали приводит к резкому ослабле­ нию влияния твердости на величину износа.

При скольжении металла по металлу с абразивной прослойкой износостойкость определяется твердостью и струк­

прослойкой между ними. Палец и втулку изготовляли из мало­ углеродистой стали с цементацией на глубину 3,0—3,5 мм и термической обработкой на заданную твердость. При одинако­ вой твердости втулки и пальца износ пальца оказался в 2—3 ра­ за больше износа втулки. При опыте с мягкой втулкой и твердым пальцем износ пальца изменялся незначительно, а износ втулки уменьшался более чем в 20 раз. Следовательно, во всех случаях абразивного изнашивания износостойкость определяется твердостью металла, абразива и соотношением между твердостями трущихся поверхностей металла.