PL229994B1 - Sposób wytwarzania dwuskładnikowych warstw łożysk ślizgowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania dwuskładnikowych warstw łożysk ślizgowych z wykorzystaniem między innymi miedzi lub dwusiarczku molibdenu. Sposób wytwarzania dwuskładnikowych warstw łożysk ślizgowych charakteryzuje się tym, że dwuskładnikową warstwę w łożyskach ślizgowych otrzymuje się w czasie procesu nagniatania, poprzez wgniatanie w ich powierzchnie cząstek smarów w postaci granulatów (3) miedzi lub dwusiarczku molibdenu w ilości nie większej niż 80% objętościowych dostarczonych do strefy obróbki z płynem obróbkowym zawierającym wymienione materiały w postaci zawiesiny, pasty lub roztworu, przy czym wielkość tych cząstek nie powinna przekraczać 0,5 mm.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania dwuskładnikowych warstw łożysk ślizgowych z wykorzystaniem między innymi miedzi lub dwusiarczku molibdenu.

W celu zmniejszenia zużycia węzłów tribologicznych maszyn wykorzystuje się dobre właściwości smarne miedzi jako składnika smarów miedziowych.

Również znane jest tak zwane selektywne przenoszenie i nanoszenie tarciowe miedzi opisane przez A. Kotnarowskiego w publikacji pt. „Zjawisko selektywnego przenoszenia w skojarzeniach ślizgowych smarowanych olejem modyfikowanym nanocząstkami miedzi” Tribologia 3, 2010, s. 145-157. Polega ono na tym, że cząsteczki wyrwane z powierzchni roboczych, z których co najmniej jedna zawiera miedź, na skutek ładowania elektrostatycznego zapełniają miejsca uszkodzeń w powierzchniach elementów trących. Sposób ten posiada niebyt szerokie zastosowanie, gdyż proces selektywnego, elektrostatycznego przenoszenia metali zachodzi tylko w niektórych węzłach tribologicznych i w ściśle określonych warunkach.

W pewnych warunkach obserwuje się samoistne, wielokrotne przenoszenie materiału między elementami par tarciowych. Zjawisko to można wykorzystać do regenerowania węzłów tarciowych - czyli do tarciowego nanoszenia powłok miedzi - i w ten sposób minimalizować ich zużycie. Próbę wykorzystania tego zjawiska opisano w pracach autorstwa M. Sulka, C. Kajdasa, W. Waligóry oraz M. Króla pt. „Nanoszenie warstewki miedzi w procesie tarcia ślizgowego” Trybologia, 1988, 19, 197, s. 19-21 oraz „Tarciowe nanoszenie miedzi na powierzchnie par ciernych” Materiały V Kolokwium Tribologiczne - Częstochowa: Sekc. Podst. Ekspl. Komit. Bud. Masz. Pan, Inst. Obr. Plast. Ispaj. P. Częst., 1986, s. 107-114. Zjawisko samoistnego przenoszenia obserwuje się tylko w pewnych, specyficznych i rzadko zdarzających się warunkach i dlatego nie jest możliwe wykorzystanie go przy produkcji łożysk.

Poza tym w celu zapewnienia stałej obecności miedzi w strefie tarcia polepszając warunki współpracy elementów węzła tribologicznego i wytwarzania warstw dwuskładnikowych dokonuje się przez wwalcowywanie drutu w rowek wykonany w czopie łożyska ślizgowego. Sposób ten przedstawiono w publikacjach J. Sępa pt. „Analysis of tribological properties of steel sliding elements with two-component surface layer in lubricated contact” Wear, Vol: 271, Issue: 3-4, June 3, 2011, pp: 616-620 i „Threedimensional hydrodynamic analysis of a journal bearing with a two-component surface layer” Tribology International, Vol. 38, Issue: 2, 2005, pp. 97-104 oraz J. Sępa i A. Kucaby-Piętal „Experimental testing of journal bearings with two-component surface layer in the presence of an oil abrasive contaminant” Wear, Vol. 249, Issue: 12, 2001, pp. 1090-1095. Jednak wykonanie i zapełnienie rowka wymaga dodatkowych zabiegów technologicznych oraz powoduje osłabienie właściwości wytrzymałościowych czopa.

Również znanym sposobem nanoszenia miedzi na powierzchnie robocze łożysk ślizgowych jest śrutowanie śrutem miedzianym lub stalowym pokrytym powłoką miedzi. Sposób ten opisano w publikacji autorów Y. Kameyama, R. Takahashi, Y. Owaku, H. Sato, and R. Shimpo pt. „Effect of shot particle conditions on the transfer of copper induced by fine particle peening” Conf Proc 2014: ICSP-12 Goslar, Germany (pgs. 450-455). Duża energia uderzającego śrutu powoduje, że cząsteczki miedzi pozostają na powierzchni obrabianej. Jednak śrutowanie pogarsza gładkość powierzchni obrabianej.

Według patentu PL 184 465 B1 pt. „Sposób wytwarzania materiału na łożyska ślizgowe i materiał na łożyska ślizgowe” na powierzchnię łożyska nakłada się proszek brązu, a następnie wygrzewa się całość w temperaturze około 800°C w atmosferze gazów ochronnych i walcuje na gorąco, wytwarzając na całej powierzchni warstwę brązu porowatego, do której infiltruje się politetrafluoroetylen i zagęszcza się warstwę brązu.

Natomiast w opisie patentowym PL 195 238 B1 pt. „Zespolony materiał wielowarstwowy i zastosowanie zespolonego materiału wielowarstwowego” opisano wielowarstwowy materiał łożyska, zawierający metaliczną warstwę podłoża, porowatą warstwę pośrednią i nałożoną na nią powłokę z osnową z teflonu z dodatkiem m.in. MoS2 lub grafitu. Uzyskanie takiego materiału wielowarstwowego wymaga wytworzenia porowatej warstwy brązu, wwalcowania na gorąco w nią powłoki teflonowej z dodatkami, następnego spiekania i ponownego walcowania na gorąco.

Również w zgłoszeniu patentowym nr P.303828 pt. „Wielowarstwowy materiał na łożysko ślizgowe” wnioskowano do ochrony materiał na łożysko ślizgowe składający się z metalowej warstwy podtrzymującej, porowatej spiekanej warstwy nośnikowej z metalicznego materiału na łożysko ślizgowe i warstwy ślizgowej z mieszaniny z politetrafluoroetylenu wypełniającej pory warstwy nośnej i 5 do 30% objętościowych metalicznego wypełnienia, przy czym mieszanina politetrafluoroetylenu zawiera jeszcze 5 do 40% objętościowych fluorku poliwinylidenu.

PL 229 994 B1

W każdym z powyższych przypadków jest bardzo skomplikowana technologia mogąca znaleźć zastosowanie tylko w specyficznych łożyskach. Większość bowiem łożysk metalowych nie może być podgrzewana do tak wysokiej temperatury, gdyż wtedy pogarszają się ich właściwości, ani być nasycana związkami chemicznymi politetrafluoroetylenem. Ideą tych rozwiązań jest nałożenie dodatkowej warstwy na powierzchnię łożyska, a następnie wzbogacenie jej w składnik przeciwcierny.

Okazuje się, że można uzyskać dwuskładnikową warstwę w łożyskach ślizgowych, którą zgodnie w wynalazkiem otrzymuje się w czasie procesu nagniatania przez wprasowywanie w ich powierzchnie granulatów miedzi lub dwusiarczku molibdenu zachodzące w wyniku docisku narzędzia nagniatającego w postaci rolki do obracającego się elementu łożyska ślizgowego z siłą, która powoduje również obrót narzędzia nagniatającego, przy czym do strefy ich styku dostarczany jest płyn obróbkowy, korzystnie olej maszynowy zawierający w postaci zawiesiny wprasowywane granulaty w ilości nie większej niż 80% objętościowych, a ich wielkość nie powinna przekraczać 0,5 mm.

Rozwiązanie zgodne z wynalazkiem, nie wymaga wytwarzania porowatej warstwy powierzchniowej z brązu, obróbki cieplnej ani chemicznego przesycania i zagęszczania warstwy powierzchniowej. W proponowanym rozwiązaniu po prostu, w procesie standardowej obróbki, jaką jest nagniatanie dostarcza się do strefy obróbki płyn smarujący o składzie zmodyfikowanym o dodatek proszku Cu lub MoS2, który jest wgniatany na zimno w powierzchnię obrabianą. Taki składnik w warstwie przypowierzchniowej poprawia warunki tarcia i zmniejsza zużycie przyszłego łożyska ślizgowego. Jest to sposób znacznie prostszy, tańszy i bardziej uniwersalny niż rozwiązania będące przedmiotem opisów patentowych PL 184 465 B1, PL 195 238 B1 oraz P.303828. W przeciwieństwie do dotychczas znanych i stosowanych sposobów wytwarzania tribologicznych warstw dwuskładnikowych nie pogarsza właściwości wytrzymałościowych czy jakości powierzchni roboczych łożysk ślizgowych. W wyniku jego stosowania uzyskujemy poprawę gładkości współpracujących powierzchni ich utwardzenie, jak również znaczne obniżenie oporów tarcia dzięki wprowadzeniu w ich strukturę cząstek miedzi lub dwusiarczku molibdenu.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładowym wykonaniu zobrazowanym również w ujęciu schematycznym na rysunku.

Jak to przedstawiono na rysunku narzędzie nagniatąjące 1 w postaci rolki jest dociskane do obracającego się z prędkością n przedmiotu obrabianego 2 z siłą - F, w wyniku czego również ono się obraca z prędkością nk. Do strefy styku narzędzia 1 z powierzchnią przedmiotu obrabianego 2 dostarczany jest środek smarujący najczęściej olej maszynowy, z którym dostarczany jest granulat 3 miedzi w ilości do 75% obj., którego cząsteczki dostają się pomiędzy narzędzie 1 i przedmiot obrabiany 2. Ponieważ narzędzie 1 ma twardość znacznie większą niż przedmiot obrabiany 2 cząsteczki granulatu 3 zostają wprasowane w powierzchnię dogniataną, tworząc warstwę dwuskładnikową o stopniu pokrycia 50%.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób wytwarzania dwuskładnikowych warstw łożysk ślizgowych, znamienny tym, że dwuskładnikową warstwę w łożyskach ślizgowych otrzymuje się w czasie procesu nagniatania przez wprasowywanie w ich powierzchnie granulatów (3) miedzi lub dwusiarczku molibdenu zachodzące w wyniku docisku narzędzia nagniatającego (1) w postaci rolki do obracającego się elementu łożyska ślizgowego (2) z siłą (F), która powoduje również obrót narzędzia nagniatającego (1), przy czym do strefy ich styku dostarczany jest płyn obróbkowy, korzystnie olej maszynowy zawierający w postaci zawiesiny wprasowywane granulaty (3) w ilości nie większej niż 80% objętościowych, a ich wielkość nie powinna przekraczać 0,5 mm.