Спосіб виготовлення біметалевого вкладиша шарніра ковзання універсального шпинделя

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к изготовлению вкладышей шарниров скольжения универсальных шпинделей, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например, для изготовления вкладышей шарниров скольжения универсальных шпинделей рабочих клетей прокатных станов. Известен способ изготовления биметаллического вкладыша шарнира скольжения универсального шпинделя, выбранный авторами в качестве прототипа, при котором вкладыш отливают из стали марки 35Л, подвергают его механической обработке и на трущиеся поверхности электрической дугой направляют слой бронзы, в центральное отверстие запрессовывают выточенную бронзовую втулку. Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, прототипом является высокая жесткость стального вкладыша по сравнению с бронзовым, что в условиях динамических нагрузок, характеристик для работы шпиндельных соединений привода валков, приводит к быстрому выходу из строя головки шпинделя. Кроме этого при электродуговой наплавке, за счет перехода железа из основного металла в наплавленный слой, значительно снижаются его антифрикционные свойства, что также приводит к ускоренному выходу из строя шпинделя и вкладыша. В основу изобретения положена задача разработать способ изготовления биметаллического вкладыша шарнира скольжения универсального шпинделя, в котором изготовление сердцевины вкладыша путем формовки ее из стальной трубы в полый стержень, имеющий замкнутый профиль, подобный профилю вкладыша, обеспечило бы его гибкость и прочность, а наплавка осуществляется в герметичной форме антифрикционным самосмазывающимся материалом, который позволит вкладышу работать в условиях ограниченной смазки, повысить срок службы шпинделей и вкладышей, а также сократить расход сплавов на основе меди на их изготовление. Поставленная техническая задача достигается тем. что в известном способа изготовления биметаллического вкладыша шарнира скольжения универсального шпинделя, включающем изготовление сплошной стальной сердцевины и наплавку на трущиеся поверхности слоя антифрикционного сплава на основе меди, согласно изобретению, сердцевину вкладыша изготавливают путем сдавливания стальной трубчатой заготовки, нагретой до 700 - 1300°C в матрице через шаблон-прокладку, а наплавку осуществляют в герметичной стальной форме, при этом зазор между формой и сердцевиной заполняют смесью стальной графитизированной дроби с графитом кристаллическими флюсами и пропитывают ее сплавом на основе меди из плавильного сосуда, соединенного с формой и нагреваемых в термической печи до расплавления сплава на основе меди. Общими дли известного и предложенного способа изготовления биметаллического вкладыша шарнира скольжения универсального шпинделя являются следующие существенные признаки: применение стальной сердцевины и наплавки на трущиеся поверхности антифрикционного слоя. Отличительными существенными признаками предложенного способа изготовления биметаллического вкладыша шарнира скольжения универсального шпинделя от прототипа являются: сердцевину вкладыша изготавливают путем cдавливания стальной трубчатой заготовки нагретой до 700 - 1300°C в матрице через шаблонпрокладку; наплавку осуществляют в герметичной стальной форме, наплавляемый слой создают путем заполнения зазора между формой и сердцевиной смесью стальной графитизированной дроби с графитом кристаллическим и флюсами и пропитывают ее сплавом на основе меди из плавильного сосуда, соединенного с формой и нагреваемых в термической печи до расплавления сплава на основе меди. Наличие этих признаков позволяет классифицировать изобретение, как соответствующее критерию "новизна". В других известных аналогичных технических решениях не обнаружены отличительные признаки, характеризующие заявляемое изобретение. На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что заявляемый способ изготовления биметаллического вкладыша шарнира скольжения универсального шпинделя обладает существенными отличительными признаками в сравнении с аналогичными техническими решениями, а указанная совокупность существенных признаков обеспечит возможность изготовления биметаллических вкладышей шарниров скольжения универсальных шпинделей, обладающих высокой прочностью, гибкостью, низким коэффициентом трения и способных работать в условиях ограниченной смазки, что обеспечит повышение срока службы вкладышей и шпинделей и значительно сократит расход сплавов на основе меди на их изготовление. Изготовление сердцевины путем сдавливания стальной трубчатой заготовки, нагретой до 700 1300°C в матрице через шаблон-прокладку обеспечивает получение полого стержня, имеющего замкнутый профиль, состоящий из призматической пластинки и цилиндрической панели, которая выполняет роль упругого элемента, придающего вкладышу высокую гибкость и, следовательно, способность амортизировать действие ударной нагрузки. Получение полого стержня без дефектов и имеющего симметричный замкнутый профиль, соответствующий профилю вкладыша обеспечивается при формовке нагревом стальной трубчатой заготовки в указанных пределах. Результаты проведенных испытаний способа приведены в таблице. При этом при нагреве выше 1300°C структура металла трубчатой заготовки из-за перегрева становится хрупкой, что ведет к возникновению трещин, а при нагреве ниже 700°C трещины возникают из-за недостаточной пластичности металла трубчатой заготовки. Наплавку осуществляют в стальной герметичной форме с целью получения высокой прочности соединения наплавленного слоя с основным металлом без механической обработки и создания минимальных припусков на механическую обработку. Создание наплавленного слоя путем заполнения зазора между формой и сердцевиной смесью стальной графитизированной дроби с графитом кристаллическим и флюсом и пропитки ее сплавом на основе меди из плавильного сосуда, соединенного с формой и нагреваемых в термической печи до расплавления сплава на основе меди обеспечивает получение антифрикционного композиционного сплава, имеющего низкий коэффициент трения, высокую износостойкость и способность работать в условиях ограниченной смазки. Кроме этого, сокращается расход сплава на основе меди на изготовление. Таким образом, налицо причинноследственные связи между совокупностью существенных признаков предложенного способа изготовления биметаллического вкладыша шарнира скольжения универсального шпинделя и техническим результатом, который можно получить при использовании изобретения в различных отраслях промышленности при изготовлении вкладышей шарниров скольжения универсальных шпинделей. Предложенный способ изготовления биметаллического вкладыша шарнира скольжения универсального шпинделя, например, рабочей клети 580 сортопрокатного стана 600мм, изображенного на фиг.1, 2 - продольный и поперечный разрезы вкладыша, осуществляется выполнением операций изготовления сердцевины вкладыша путем сдавливания стальной трубчатой заготовки, изображенной на фиг.3, 4 - начальное и сдавленное положение трубчатой заготовки между бойком молота и матрицей, и операции печной наплавки вкладыша антифрикционным сплавом, изображенной на фиг.5, 6 - общий вид устройства для наплавки двух вкладышей и поперечный разрез заготовки вкладыша в месте установки трубки с шариковым клапаном. Биметаллический вкладыш содержит стальную сердцевину 1 и слой антифрикционного композиционного материала 2. Сердцевина выполнена в виде полого стержня, имеющего замкнутый профиль, состоящий из призматической пластинки и цилиндрический панели. Способ изготовления биметаллического вкладыша шарнира скольжения универсального шпинделя осуществляется следующим образом. Из трубчатой заготовки 3 (фиг.2) изготовили стержень, нагрев заготовку до 1150°C и сдавив ее в матрицу 4 через шаблон-прокладку 5 бойком 6 молота. Затем таким же способом изготовили форму 7 фиг.3 из трубчатой заготовки В цилиндрической стенке формы просверлили отверстие и Перед сборкой стержня и формой к его торцу и торцу формы приварили плотным швом фланец 8. Зазор между стержнем и формой заполнили смесью 9 стальной графитизированной дроби с графитом кристаллическим и флюсом, например, плавленной бурой. После этого зазор загерметизировали фланцем 10 и форму соединили трубкой 11 с плавильным сосудом 12. При этом трубку 11 заглушили плавкой пробкой 13 из бронзы. Правильный сосуд заполнили шихтой 14, состоящей из стружки и лома бронзы марки Бр А9Ж4, сверху засыпали слоем древесного угля 15 и закрыли стальной крышкой 16 с отверстием которую сварили с плавильным сосудом. Над отверстием в форме установили трубку 17 с шариковым клапаном 18. Собранную заготовку с плавильным сосудом поместили в термическую печь и нагрели до 1150°C. При этом до 900°C за счет избыточного давления из плавильного сосуда через отверстие в крышке выходил газ и сгорал в атмосфере печи, После 900°C в сосуд поступал газ атмосферы печи, который обогащался углеродом древесного угля, приобретая при этом восстановительные свойства, что исключало окисление бронзы. Поступление газа из атмосферы печи в наплавочную полость исключается за счет шарикового клапана, запирающего отверстие в трубке 17 при понижении давления в наплавочной полости ниже атмосферного. Это обеспечивает в совокупности с действием флюса хорошую смачиваемость поверхности стержня и стальной графитизированной дроби бронзой Бр А9Ж4 и получение прочного соединения. При 1100 - 1150°C плавкая пробка, запирающая отверстие в трубке 1, расплавляется и бронза под действием атмосферного давления и силы тяжести перетекает из плавильного сосуда в наплавочную полость. После охлаждения заготовки отсоединили от плавильного сосуда и подвергли механической обработке. Соединение бронзы со стальной поверхностью и с наполнителем было хорошее. Срок службы таких биметаллических вкладышей шарниров скольжений универсальных шпинделей, установленных в шпиндельном соединении привода валков рабочих клетей 580 стана 600 вместо цельнобронзовых повысился в 3 - 4 раза и составил более 4 месяцев при сохранении поверхности зева шпинделя без износа. Предложенный способ изготовления биметаллических вкладышей шарнира скольжения универсального шпинделя обеспечивает их высокую прочность, гибкость и износостойкость и повышает срок службы вкладышей и шпинделей. Обеспечивает экономию цветных металлов и экологически чистый процесс их наплавки по сердцевину вкладыша.