книги из ГПНТБ / Мизери, А. А. Эксплуатация текстильного оборудования с деталями из пористых спеченных материалов

По данным Э. И. Фельдштейна и Б. А. Бельковича [54], исти­ рающая способность железографита при структуре пластинчатого перлита выше, чем у стали 40Х, в 10 раз.

Повышению истирающей способности пористых материалов на железной основе способствует образование твердых пленок окис­ лов. По мере увеличения температуры резания и пористости износ этих материалов усиливается [55].

Рабочие поверхности пористых подшипников скольжения шли­ фованием не обрабатывают, так как это приводит к значительному уплотнению поверхностного слоя, а также к внедрению в поры ча­ стиц абразива, что ухудшает антифрикционные свойства ма­ териала.

Установлено, что при шлифовании пористого железа (пористо­ стью 10—30%) степень уплотнения в зависимости от условий об­ работки повышается в 4—15 раз и выше.

Одним из наиболее прогрессивных и технически совершенных методов механической обработки деталей машин в настоящее время является протягивание, которое широко распространено в современной металлообрабатывающей промышленности в усло­ виях массового и серийного производства.

Протягивание обладает рядом преимуществ перед другими методами обработки, основные из которых следующие:

высокая производительность труда; высокое качество и точность обработанных поверхностей; простота наладки и процесса;

возможность автоматизации протяжных работ. Производительность протягивания, несмотря на низкие скорости

резания, при которых оно производится, по сравнению с другими методами обработки значительно выше (табл. 20).

Т а б л и ц а 20

При работе режущими протяжками можно получить 2—3 классы точности и 6—8 классы чистоты обработанной поверхности по ГОСТ 2789—59, а при работе выглаживающими протяжками — 1—2 классы точности и 9—10 классы чистоты.

120

Благодаря малому пути резания, который равен длине обраба­ тываемой поверхности, и низкой скорости резания протяжки со­ храняют более высокую стойкость и остроту режущих кромок, что является очень важным фактором при обработке пористых материалов.

Возможность исправления геометрической погрешности формы отверстия также является одним из достоинств метода протягива­ ния отверстий. Если процесс резания при протягивании сталей и чугунов исследован основательно, о чем свидетельствует ряд опубликованных работ, то изучению процесса протягивания спечен­

машиностроительный завод, МЗМА и др.), где применяется обра­ ботка втулок из спеченного материала протягиванием, установлено следующее: протягивание осуществляется протяжками переменного резания из быстрорежущей стали Р18, толщина среза на два зуба первой секции составляет а = 0,04—0,1 мм, передний угол у = Ю°> задний угол а = 3° у черновых и а=1° у чистовых зубьев, скорость резания о = 3—6 м/мин. Оценка качества поверхности производится только по чистоте.

Предварительные исследования, проведенные на кафедре техно­ логии текстильного машиностроения МТИ, показали, что уплотне­ ние поверхностного слоя при протягивании пористых материалов незначительно и проницаемость рабочей поверхности сохраняется.

Это послужило основанием для обстоятельного исследования процесса протягивания подшипников из спеченных материалов *.

В работе было исследовано следующее:

а) влияние геометрических параметров инструмента и элемен­ тов режима резания на качество обработанной поверхности — ше­ роховатость, уплотнение и упрочнение;

б) влияние износа инструмента на качество обработанной по­ верхности — шероховатость и упрочнение;

в) возможность обработки Самосмазывающихся подшипнико­ вых материалов протяжками с выглаживающими кольцами.

Кроме того, были проведены стендовые испытания по установ­ лению эксплуатационной надежности пористых самосмазываю­ щихся подшипников, рабочие поверхности которых обрабатывались протягиванием.

Наряду с исследованиями процесса протягивания в лаборато­ риях МТИ значительная часть экспериментов была проведена в- производственных условиях. Объектами исследования были же­ лезографитовые втулки пористостью 15—17% и 21—23%.

Экспериментальные работы осуществлялись на горизонтально­ протяжном станке модели 7А510. Гидросистема станка допускает бесступенчатое регулирование скорости рабочего хода в пределах 1,2—12,8 м/мин. Перед обработкой все втулки тщательно обмеряли

121

и подвергали контролю на исходную газопроницаемость. Припуск на обработку отверстия составлял 0,4ч-0,5 мм на диаметр. На рис. 73 представлены результаты экспериментальных исследований, показывающие закономерную связь между относительным измене­ нием проницаемости и скорости резания при протягивании отвер­ стий режущей протяжкой. Анализ приведенных графических зави­ симостей позволяет сделать следующие выводы:

1. В диапазоне скоростей резания от 1,2 м/мин до 12,8 м/мин заметного изменения степени уплотнения поверхностного слоя в за-

Скорость резания, м/мин

Рис. 73. Зависимость влияния скорости резания на относительное изменение проницаемости:

/ — втулка до отжига; 2 — втулка после отжига

висимости от скоростей резания при протягивании не наблюдается. Поэтому скорость резания при назначении режимов обработки можно выбрать, исходя из эксплуатационных требований, а также исходя из наименьшей стоимости производимой операции.

2.Величина относительного изменения газопроницаемости по­ ристых материалов в большой степени зависит от их структурных особенностей. Так, например, образцы, подвергавшиеся отжигу на зернистый перлит в результате механической обработки уплот­ няются в значительно большей степени, чем необработанные. Дру­ гими словами, повышение пластичности материала, т. е. уменьше­ ние его твердости, способствует заволакиванию пор и снижению газопроницаемости.

3.Процесс механической обработки заготовок, не подвергав­ шихся отжигу, более стабилен, о чем говорит меньший разброс ре­ зультатов экспериментов по отношению к среднему значению отно­

122

сительного изменения проницаемости в процессе протягивания по­ ристых спеченных заготовок.

4.Протягивание пористых спеченных материалов обеспечивает

меньшую степень уплотнения поверхностных слоев по сравнению с другими методами обработки при сохранении необходимой точ­ ности и чистоты обработанных поверхностей.

Так, относительное снижение газопроницаемости втулок после отжига составляет не более 40%, а втулок, не подвергавшихся тер­ мической обработке, не менее 20%.

si ’

е

Суммарная длина протянутой поверх­ ности,м

Рис. 74. Зависимость износа зубьев протяжки на задней

В результате экспериментального исследования влияния скоро­ стей резания на степень уплотнения обработанной поверхности при обработке протяжкой, оснащенной выглаживающими зубьями, уста­ новлено, что газопроницаемость заготовок после отжига снижается в среднем в 3 раза, а необработанных — в 1,5—2 раза.

Износ протяжек характеризуется округлением режущих лезвий и истиранием по задней грани режущих и калибрующих зубьев. При обработке пористых спеченных материалов, предназначенных для работы в условиях самосмазывания, большое значение имеет влияние износа режущих элементов на степень уплотнения поверх­ ностного слоя. Критерием, определяющим стойкость протяжки в этом случае, может быть износ ее зубьев по задней грани, допу­ стимый с точки зрения снижения газопроницаемости обрабатывае­ мой заготовки и суммарной длины протянутой поверхности

(рис. 74).

123

Кроме того, учитывая, что процесс резания пористых железогра­ фитовых материалов, имеющих в своей структуре цементит в виде цементной сетки, связан с интенсивным истиранием инструмента по задней грани, можно считать, что критерием износа протяжки является изменение ее размера в диаметральном направлении.

Опыты, проведенные в производственных условиях, показали, что истирание задних граней начинается с появления мелких цара­ пин, которые, располагаясь близко друг к другу, образуют матовую полоску. По мере работы протяжки число царапин и их размеры увеличиваются, что приводит к слиянию последних в одну общую поверхность. В данном случае испытания проводились с помощью протяжки, изготовленной из быстрорежущей стали Р18. Геометри­

жидкостей. Интенсивность износа во многом, зависит от величины

При протягивании пористых спеченных материалов на желез­ ной основе интенсивность износа режущих и калибрующих зубьев одинакова. Следовательно, для обработки этих материалов нецеле­ сообразно изготовлять протяжки с несколькими калибрующими зубьями, а заточка их по передней грани необходима при ухудше­ нии чистоты и газопроницаемости обработанных поверхностей.

Благодаря истиранию зуба по задней грани и округлению лез­ вия режущая кромка постепенно отодвигается от своего исходного положения и опускается по передней грани. При этом происходит размерный износ протяжки.

На чистоту обработанных поверхностей при протягивании суще­ ственно влияют также геометрические параметры применяемого режущего инструмента, в частности, подъем на зуб, передний и задний углы, а также режимы резания, физико-механические свойства обрабатываемого материала, смазочно-охлаждающие жидкости и другие факторы.

При обработке компактных материалов опытным путем было установлено, что наиболее заметное влияние на чистоту поверх­ ности при протягивании оказывает толщина срезаемой стружки. Так, например, протяжки с подъемом на зуб а = 0,02 мм, обеспечи­ вают получение чистоты в пределах седьмого класса. При подъеме на зуб а = 0,04 мм можно получить чистоту 6—7 класса, хотя в от­ дельных случаях чистота снижается до 5 класса. Подъем на зуб в пределах 0,05-г-0,06 Мм позволяет получить уже только Ѵ4— Ѵ5 классы чистоты.

Однако для получения повышенной чистоты обработанной по­ верхности совершенно не обязательно снижать подачу на всех ре­ жущих зубьях протяжки. Опыты показали, что для получения соответствующего качества поверхности это необходимо делать только на переходных зубьях.

124

В отличие от обработки компактных материалов, где калибрую­ щие зубья протяжек играют незначительную роль в улучшении чи­ стоты поверхности, при обработке пористых материалов они суще­ ственно влияют на высоту микронеровностей, получающихся в про­ цессе механической обработки. Это объясняется тем, что износ калибрующих зубьев при протягивании спеченных материалов про­ текает так же интенсивно, как и режущих зубьев. В результате на задней поверхности калибрующих зубцов появляются царапины значительной глубины, нарушающие гладкость режущей кромки, что в свою очередь приводит к ухудшению чистоты обрабатывае­ мой поверхности.

Эксплуатационные возможности самосмазывающихся подшип­ ников скольжения, как известно, во многом определяются шерохо­ ватостью поверхности трения. Были проведены исследования, кото­ рые позволили установить закономерную связь между чистотой протянутой поверхности и износом режущих и калибрующих зубьев протяжки. При этом высоту микронеровностей на поверх­ ности трения замеряли как в продольном (вдоль оси втулки), так и поперечном направлениях.

Продольную шероховатость замеряли на профилографе-профи­ лометре завода «Калибр», а поперечную — на микроскопе МИС-11.

По мере работы протяжки чистота обрабатываемой поверхности в поперечном направлении непрерывно ухудшается. При этом вы­ сота микронеровностей в начале процесса быстро увеличивается (L<30 м), а затем их рост несколько замедляется, переходя почти к линейной зависимости между средним арифметическим отклоне­

гивания.

По мере эксплуатации протяжки шероховатость поверхности вдоль оси протянутого отверстия монотонно уменьшается, стремясь к определенному предельному значению высоты микронеровно­ стей VI I .

Как уже отмечалось, протягивание железографитовых пористых материалов сопряжено с интенсивным износом зубьев протяжки по задней грани. При этом происходит также округление режущих лезвий инструмента, а на калибрующих зубьях появляются лен­ точки с отрицательными задними углами. Все это приводит к уве­ личению усилий резания и, следовательно, к росту уплотняющего воздействия механической обработки.

На рис. 74 приведены результаты экспериментальных иссле­ дований относительного изменения газопроницаемости в зависи­ мости от суммарной длины обработанной поверхности.

С точки зрения допустимого уплотнения поверхностного слоя переточку протяжек необходимо производить после износа калиб­ рующих зубьев по задней поверхности на величину 0,25-^0,27 мм, что соответствует длине протянутой поверхности L = 45—55 м.

125

•Точение железографитовых материалов следует производить резцами с пластинами из твердого сплава ВК8, при окончательной доводке их режущих лезвий — алмазным абразивным инстру­

ментом.

При обработке несопряженных поверхностей, не влияющих на масловыделение, можно использовать следующий режим: t = 0,254- 4-1,5 мм, s = 0,184-0,21 мк, ц= 50—70 м/мин.

Допустимый износ режущего инструмента в этом случае мо­ жет составлять 0,7 мм по задней грани.

Влаборатории Московского машиностроительного завода имени

1Мая на тростильно-крутильной машине ТК-ЗИ были проведены испытания самосмазывающихся подшипников* обработанных протя­ гиванием. Поверхность трения подшипников выпускных барабан­ чиков обрабатывали протяжкой с оптимальными геометрическими параметрами, а также протяжкой с выглаживающими кольцами,

что обеспечило получение различной проницаемости и чистоты обработанной поверхности. Коэффициент газопроницаемости вту­ лок находился в пределах (0,244-4,7) - ІО-2. Сопряжение вала и под­

шипника определялось посадкой — . Чистота рабочей поверхХ3

ности находилась в пределах седьмого класса, а у обработанных выглаживающими протяжками — в пределах девятого класса.

Подшипники пропитывали индустриальным маслом 20. Для из­ мерения температуры подшипников были установлены хромель-ко- пелевые термопары диаметром 1,2 мм на расстоянии 0,24-0,25 мм от поверхности трения.

Контроль температуры производился с помощью потенциометра ПП. Для создания более тяжелых условий эксплуатации подшип­ ников на выпускные барабанчики были надеты резиновые стяжки, создающие повышенное давление на опорные поверхности. Ре­ зультаты измерения температуры трения за время испытаний по­ казали, что, несмотря на дополнительную нагрузку, температур­ ный режим работы самосмазывающихся подшипников нормальный.

Температура в зоне контакта практически не превышает темпе­ ратуру окружающей среды, что указывает на незначительную ра­ боту сил трения и, следовательно, на малую интенсивность износа трущихся поверхностей.

После работы подшипников скольжения в течение 240 ч произ­ водили контрольную разборку пяти корпусов и измеряли диаметры рабочих поверхностей втулок подшипников.

Сопоставление размеров отверстий показало, что за время про­ ведения испытаний износ практически отсутствовал или по край­

Таким образом, применение пористых спеченных втулок в каче­ стве самосмазывающихся подшипников скольжения, если их рабо­ чие поверхности обработаны протягиванием, обеспечивает надеж­ ную работоспособность и долговечность подшипниковых узлов. Это

126

объясняется хорошими условиями подачи смазки в зону трения вследствие незначительного уплотнения поверхностного слоя порис­ того материала, обработанного протягиванием.

О высокой надежности и долговечности подшипниковых опор свидетельствует также то, что пористые втулки с нормальной про­ ницаемостью, установленные на крутильно-тростильных машинах Даугавпилского завода химических волокон, имели диаметральный износ поверхностей трения 0,01—0,02 мм после непрерывной ра­ боты в течение трех лет. Было разобрано 14 узлов. Все втулки были в хорошем состоянии и пригодны для дальнейшей работы. В порах стенки втулок сохранилось достаточное количество масла, что подтверждалось его выделением при нагреве втулок.

Методика и установка для проверки газопроницаемости

Для оценки эффекта уплотнения поверхностных слоев порис­ тых спеченных материалов в результате механической обработки была разработана методика, а также создана установка для про­ верки их на газопроницаемость.

В основе методики лежит уравнение Пуазейля для капилляра цилиндрической формы. При нормальных давлениях скорость исте­ чения газа через такой капилляр подчиняется следующему за­ кону:

ЛЛ4 / Р \ - Р \

(66)

16Т]Х/ V RT

где q — расход газа через капилляр;

г— радиус капилляра;

/— длина капилляра;

Количество пор п в объеме пористого тела можно выразить через средний радиус пор и общую пористость по формуле

(68)

где П — пористость; Гер— средний радиус пор.

Подставив значение п в уравнение (67), имеем:

_ nr%F { Р \ - Р \

(69)

4 16%; RT

127

С достаточной для практики точностью можно принять, что закон расширения газа в ресивере является изотермическим, т. е.

Базируясь на основном уравнении состояния газа и принимая во внимание, что истечение-его через пористое тело осуществля­ ется в окружающую среду, можно написать:

RT

Интегрируя данное дифференциальное уравнение, получаем:

Постоянная интегрирования находится из условия, что при Р = -Pot = 0, т. е.

После подстановки уравнения (73) в уравнение (72) в оконча­ тельном виде имеем:

является величиной постоянной и полностью характеризует про­ цесс прохождения газа через пористое тело независимо от началь­ ных условий истечения. Эта величина называется коэффициентом сопротивления и обозначается через А, т. е.

В уравнении (75) ѵ0 представляет собой характеристику при­ бора (объем ресивера) и является константой. Параметры I и F определяют геометрические размеры детали, т. е. фактически объем, через который происходит истечение газа в окружающую среду.

Предлагаемая методика была проверена при эксперименталь­ ном определении газопроницаемости пористых втулок и показала хорошее совпадение результатов эксперимента с теоретическими расчетными данными.

Установка для определения газопроницаемости показана на рис. 75. Она состоит из баллона, наполненного азотом с началь­ ным давлением 150 атм, двухкамерного понижающего редуктора, позволяющего снижать и регулировать давление от 0 до 25 атм; промежуточного резервуара (ресивера) с установленным на нем

128

манометром; системы кранов и шлангов. Манометр должен иметь цену деления не ниже 0,1 атм. Необходимой принадлежностью уста­ новки является также секундомер (желательно двухстрелочный).

Работа на установке по определению проницаемости заключа­ ется в следующем. После открытия вентиля баллона 1 устанавли­ вают с помощью редуктора 2 необходимое давление, кран 3 в это время перекрыт. Давление обычно не превышает 5,5—6 атм. Затем присоединяют испыту емую втулку 4 к си геме и, открыв кран о, заполняют ресивер 5 газом. После этого кран 3 снова перекры-

вают и с помощью секундомера замеряют время падения дав­ ления от начального значения Р0 до значения Р. Измерение про­ изводится 3—4 раза. Для испытания втулок на газопроницаемость применяют специальные очень несложные приспособления, позво­ ляющие надежно закреплять и герметизировать их со стороны торцов и присоединять к промежуточному резервуару (ресиверу).

На рис. 76 показана конструкция специального приспособления для испытания на газопроницаемость небольших по размерам по­ ристых втулок. Оно состоит из специального болта 1 и штуцера 2, между которыми помещается исследуемая втулка 3 и резиновые прокладки 4.

Конструкция приспособления для испытания на газопроницае­ мость пористых втулок больших размеров приведена на рис. 77.

Оно состоит из двух фланцев 1 и 2, между которыми помеща­ ется испытуемая втулка 3 и прокладки 4. При помощи штуцера 5 приспособление присоединяется к системе.

129