Трехслойный композиционный вкладыш подшипника скольжения и способ его изготовления Советский патент 1990 года по МПК F16C33/12 F16C33/14 

1

(21)4056662/30-27

(22)15.04.86

(46) 15.01.40. Бюл. № 2

(71)Научно-производственное лбъеди- нение по тракторостроению

(72)А.II. Бег иджанова , 10. Я. Чильбррг, В.А.Ротенберг, А.С.Гупяев,

Л.А.Коваиь, С.Я.Рубинштейн, М.Е.Гвоздев, И.Б.Кокуш, В.А.Гридасов и В. г. Анисимог;

(53)621.82.5(088.8)

(56) Заявка Великобритании N 158363Г, кл. F 16 С 33/06, 1481.

(54)ТРЕХСЛОЕН 1.РЛ КОГШтИЦИОШШН ВКЛАДЫШ ПОДШИПНИКА С КОПЬ Ж НИЯ II СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

(57)Изобретение относится к машиностроению, я частности к трехслойным вкладыпам для использования в тяжелонагруженных подшипниках коленчатого вала тракторных и транспортных двиИзобретение относился к подшипникам скольжения, в ластности к трехслойным ркчлдыпам. изготовленным из сталеа чюминнс вои полосп, предназначенным дпя кспо гьзовашгя в тяжелонагруженных подшипниках коленчатого вала тракторных и транспортных днигагелей внутреннего сгорания, в частности дизепей.

Целью изобретения является увеличение износостойкости, усталостной прочности, повышение долговечности, снижение затрат при изготовлении и ynponieime технологии.

гателен внутреннего сгорания. Цель нзс5рр ения - увеличение износостойкости, устапостной прочности, повышение долговечности, снижение затрат при изготовлении и упрощение технологии путем исключения токсичных процессов. Поверхностный слой выполнен из деформируемого сплава на алюминиевой основе. Сплав содержит один или несколько элементов из группы Sn. Pb. Sb, Zn, Si. Толстенна поверхностного слоя равна 10 - 50 % от толщины несущего слоя. При изготовлении производят последовательное плакирование с поев на стальное основание. Композиционное сочетание прочного алюминиевого сплава с толстым слоем износостойкого антифрикционного алюминиевого сплава обеспечивает приработку, противозадирные свойства н минимальный чзнос сопряжения вал - подшипник. 2 з.гг. ф-лы, 2 ил., А табл.

I

(Л

На фиг. 1 изображен трехслойный вкладыш, общий вид; на фиг. 2 - сечение триметалпической полосы для изготовления (штамповка и окончательная механическая обработка) трехслойных вкладышей.

Трехслойный вкладыш содержит стальное основание-подложку 1. Тонкий технологический подслой 2 толщиной 0,01 мм из чистого алюминия, обеспечивающий при плакировании прочное соединение со стальным основанием несущего слоя 3 из алюминиевого сплава с повышенными прочностными хараксл

00 О5 О СО СП

теристиками и поверхностного прира- боточного и износостойкого слоя 4 из алюминиевого сплава с повышенными антифрикционными характеристиками.

Поверхностный слой в триметалли- ческой полосе имеет припуск 5 на окончательную механическую обработку

В качестве стального основания трехслойного вкладыша применяется малоуглеродистая сталь, например 08 КП.

В качестве несущего слоя 3 трехслойного вкладыша может быть использован один из сплавов на алюминиевой основе с повышенными прочностными характеристиками: А06-1, АМСТ, АМК.

Химический состав, механическая прочность и допустимые максимальные нагрузки несущих сплавов трехслойног вкладыша приведены в табл. 1.

В качестве поверхностного прира- боточного и износостойкого слоя 4 .трехслойного вкладыша может быть использован сплав на алюминиевой основе с повышенными антифрикционными характеристиками АЦК, А020-1, АСМ, химический состав и механические свойства которых приведены в табл.2.

В табл.3, приведены данные по несущей способности алюминиевых антифрикционных сплавов, рекомендуемых в качестве поверхностных (приработоч- ных), в зависимости от толщины слоя.

Толщина поверхностного слоя 4 (фиг. 1) в описываемом трехслойном вкладыше составляет 10-50% от толщины несущего слоя 3. Так как принятая максимальная величина несущего слоя в конструкции трехслойного вкладыша (применительно к мощным дизелям) составляет 0,5 мм, то соответственно минимальная толщина поверхностного слоя будет составлять 50 мкм. Дальнейшее уменьшение толщины не рационально, так как не обеспечит установленный для тракторных дизеле,й моторе- ,суре в 8000 ч. Применение поверхност- ,ного слоя более 50%, т.е. более 250 мкм, также не представляется рациональным, так как при этом значительно снижается несущая способность большинства алюминиевых антифрикционных сплавов (см. табл. 3), а для полного моторесурса работы подшипников в течение 12 тыс. ч достаточна толщина слоя поверхностного алюминиевого

сплава, равная 72 мкм.

0

5

0

В трехслойном вкладыше, у которого поверхностный слой наносится плакированием при прокатке, предназначенном для работы в шатунном подшипнике дизельного двигателя с максимальными удельными давлениями порядка 320кгс/см и моторесурсом 10-12 тыс.ч, рекомендуется применение для несущего слоя 3 сплавов А06-1 толщиною 0,35-0.45 мм (см. табл. 1), а в качестве поверхностного слоя 4 может быть применен сплав АЦК-3 или АСМ (см. табл. 3) толщиною 75-150 мкм (соотношение толщин слоев от 17 до 43%).

При максимальных удельных давлениях порядка 500 кгс/смг в качестве несущего слоя рекомендуется применение сплава АМСТ толщиною 0,35-0,45 мм( а в качестве поверхностного слоя рекомендуется применение сплава А020-1 толщиною 75-150 мкм (соотношение толщин слоев от 17 до 43%).

Трехслойная заготовка (для изго- 5 товления вкладышей) по первому способу получается последовательным плакированием слоев: поверхностный слой (4,5 фиг. 2) из алюминиевого сплава с повышенными антифрикционными свойствами наносится на несущий слой, ранее плакированный на стальное основание 1, т.е. на биметаллическую полосу. При этом для упрощения технологии плакирования поверхностного слоя прокатка трехслойного пакета 5 проводится с предварительным нагревом на 350РС и с минимальными обжатиями 10% (см. табл. 4).

0

Для получения трехслойной заготовки по второму способу вначале прокатывается биметаллический пакет, состоящий из поверхностного (4,5 фиг. 2) и несущего слоев 3 с обжатиями порядка 30% (без нагрева) с последующим плакированием его на стальную полосу 1.

Вкладыши, предназначенные для работы в шатунных подшипниках диаметром 91 мм и шириною 34 мм с максимальными удельными давлениями 320 кгс/см2 и моторесурсом 12 тыч.ч, должны иметь толщину несущего слоя из сплава А06-1 0,35-0,45 мм, толщину поверхностного слоя из сплава АЦК-3 0,075-0,150 мм и общую толщину I стенки (вместе со стальной подложкой) 2,8 мм.

Для изготовления вкладышей в условиях массового производства с тре

буемымн параме рами (с учетом припусков на штамповку и последующую механическую обработку) необходима трехслойная заготовка размером 3,1 х 155 х 2100 мм.

Для получения трехслойной заготовки по первому способу (при последовательном плакировании поверхностного и несущего слоев на стальное основание) отливаются пластины из алюминиевых сплавов А06-1 и АЦК-3 размером 25 х 175 х 840 мм и после отжига и фрезеровки контактных поверхностей прокатываются и нарезаются на полосы размером: из гплава А06-1 - 1,1 х 175 х 1500 мм1, из сплапа АДК-3 0,5 х 175 х 2200 мм. Кроме того, пластину из А06-1 перед прокаткой покрывают слоем чистого алюминия толщиной 1 мм, чтобы получить технологический подслой около 0,01 мм, повышающий прочность сцепления. Другим исходным материалом является полоса малоуглеродистой стали 08KII размером 4,4 х 180 х 1500 мм. Для получения при плакировании прочного соединения алюминиевого сплава А06-1 со сталью контактные поверхности полосы тщательно зачитают, а стальная полоса, кроме того, предварительно проходит отжиг и травление.

Подготовленные таким образом полосы из сплава А06-I и стали плакируются и без нагрева прокатываются за один проход на стане с суммарным обжатием 43%, обеспечивающим качественное сцепление алюминиевого сплава со сталью. Затем подготавливается пакет: на биметалл сталь - сплав А06-1 накладывается зачищенная полоса из сплава АДК-3. Подготовленный таким образом пакет нагревается в электропечи до 350 С и затем прокатывается на стане за один проход с обжатием 10% на толщину 3,1 мм.

Для получения трехслойной полосы по второму способу вначале прокатывается пакет, состоящий из несущего и поверхностного слоев с последующим плакированием на стальное основшие. Для этого отливаются пластины из сплавов А06-1 и АЦК-3 размером 25 х х 175 х 840 мм, отжигаются, фрезеруются со стороны контактных поверхностей, прокатываются на карточки размером: из сплава А06-1 - 8,5 х 175 х х 850 мм| из сплава АДК-3 10,5 х 175 х 850 мм.

После зачистки контактных поверхностей пакет из карточек заворачивается в алюминиевую фольгу тониною

0,7 мм (для получения технологического подслоя толщиной 0,01 мм, улучшающего прочность сцепления слоев из алюминиевых сплавов со стальной полосой) . прокатывается за один проход

с суммарным обжатием 30%, обеспечивающим необходимое соединение слоев в пакете, затем прокатывается за 5- 6 проходов с обжатиями в 10-15% до толщины 1,57 мм. Полученная биметал5 лическая полоса из алюминиевых сплавов размером 1,57 х 175 х 1500 мм накладывается на стальную полосу размером 4 х 175 х 1500 мм и совмест- но прокатывается (без нагрева) за 1

0 проход с суммарным обжатием 43% на толщину 3,1 мм.

Для получения прочного соединения при плакировании трехслойного пакета перед прокаткой контактные поверх5 ности полос тщательно зачищают и обезжиривают, а стальная полоса, кроме того, предварительно проходит отжиг и травление.

Завершающей операпией является

0 отжиг при 350°С, после чего из три- металлической заготовки изготавливаются трехслойные композиционные вкладыши по технологии, принятой в условиях массового производства (штамповf. ка, механическая обработка).

Такое композиционное сочетание прочного алюминиевого спл.:ва с достаточно толстым слоем износостойкого антифрикционного алюминиевого спла0 ва обеспечивает приработку, противо- задирные свойства и минимальный износ сопряжения вал - подшипник в течение 10-12 тыс.ч. работы в подшипнике с максимальным удельным давлением до

д 500 кгс/см . Кроме того, поверхностный слой от 10 до 50% толщины несущего слоя обладает повышенной способностью впитывать абразив и продукты износа, чего лишены гальванические

g покрытия, которые этим абразивом полностью сдираются.

Формула изебретения

55

1. Трехслойный композиционный вкладыш подшипника скольжения, содержащий стальную основу, связанный с нею несущий слой из алюминиевого сплава, содержащий один или несколько элементов из группы Си, Ni, Si, Fe, Ti, Mn, и связанный с ним поверхностный слой приработочного антифрикционного сплава, отличаю щ и й- с я тем, что, с целью увеличения износостойкости, усталостной прочности, повышения долговечности и снижения затрат при изготовлении, поверхностный слой выполнен из деформируе- мого сплава на алюминиевой основе, содержащего один или несколько элементов из группы Sn, Pb, Sb. Zn, Si, а толщина поверхностного слоя равна

10-50% от толщины несущего слоя из алюминиевого сплава.

2.Способ изготовления композиционного вкладыша подшипника, отличающийся тем, что,, с целью упрощения технологии, производят последовательное плакирование слоен на стальное основание.

3.Способ по п. 2,отличаю- щ и и с я тем, что вначале плакируют биметаллический пакет из несущего

и поверхностного слоев с последующим плакированием его на стальную основу.

Таблица 1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к трехслойным вкладышам для использования в тяжелонагруженных подшипниках коленчатого вала тракторных и транспортных двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - увеличение износостойкости, усталостной прочности, повышение долговечности, снижение затрат при изготовлении и упрощение технологии путем исключения токсичных процессов. Поверхностный слой выполнен из деформируемого сплава на алюминиевой основе. Сплав содержит один или несколько элементов из группы SN, PB, SB, ZN, SI. Толщина поверхностного слоя равна 10 - 50% от толщины несущего слоя. При изготовлении производят последовательное плакирование слоев на стальное основание. Композиционное сочетание прочного алюминиевого сплава с толстым слоем износостойкого антифрикционного алюминиевого сплава обеспечивает приработку, противозадирные свойства и минимальный износ сопряжения вал-подшипник. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 таб

Несущая способность промежуточного несув;его слоя трехслойных вкладышей дана при толщине слоя 0,5-0,6 мм.

Sb 3.5-4,5 Mg 0,3-0,7;

остальное - А1 Si 1,5-2,5; Zn 2,5-3,05;

остальное - А1

Si 2,5-3.5, Zn 2.5-3,0

остальное - А1 Sn 17,5-22,5; Си 0,7-1,3;

остлпьное - А1

Таблица 2

В,А 8,9

9,0 8,8

Требуемые обжатия пакета (%) для получения при прокатке прочного соединения слоев

Таблица 3

27-30 23-25

18-20

12-15 8-10

77Л

ттту/,

ZZZZ;

//777/

XV

1

Редактор М.Бянчура

Сос тали сечь Т.Хромова

Тохред М.ХодатшчКорректор О.Ципле

Фиг.1

s

Фиг.Ј