Rambler's Top100


Основы работоспособности технических систем (конспект лекций). Автор: Шаповал В.В., редактор: Александрова Л.И.

5. Избирательный перенос металла в узлах трения

Рабочие поверхности при трении, как правило, теряют свою форму и размеры, а продукты износа уносятся смазкой. Однако можно обеспечить, чтобы оторвавшиеся при изнашивании частицы схватывались с той же поверхностью или переносились на сопряженную. Тогда унос металлов со смазкой и износ резко уменьшаются (на 1-2 порядка) или практически исключаются [2].

Благодаря избирательному переносу (открытие № 41 от 12.11.56 г.) в режиме граничной смазки можно резко снизить трение и почти полностью исключить износ трущихся поверхностей.

Процессы, происходящие в зоне контакта твердых тел при трении, образуют несколько стройных систем снижения износа и трения, которые обеспечивают:

образование тонкой пластичной металлической пленки на трущихся поверхностях, защищающей основной металл от износа;

удержание продуктов износа в зоне трения;

снижение давления в зоне контакта;

образование защитной полимерной пленки из продуктов деструкции смазочного материала.

Избирательный перенос рассматривается как трение с новым смазочным материалом и наличием в зоне контакта неокисляющейся тонкой пластичной металлической пленки, обладающей особой структурой и способной к самовосстановлению при разрушении.

В практике эксплуатации машин и оборудования с избирательным переносом объясняется долголетняя работа без ремонта трущихся кинематических пар мотор-компрессоров домашних бытовых холодильников. Трущиеся стальные поверхности поршня и блока цилиндра в процессе работы самопроизвольно покрываются тонкой медной пленкой толщиной около 1 мкм, образующейся в результате осаждения ионов меди из смазочного материала. Эти ионы являются продуктом взаимодействия смазочного материала (50% масла и 50% фреона) с медными трубками охладителя.

Тяжелонагруженные трущиеся поверхности бронзовых подшипников самолетов, смазываемых металлоплакирующими смазочными материалами, в процессе работы покрываются тонкой пленкой свинца или меди. На самолете ТУ-104 бронзовые буксы, испытывая громадные давления, проработали около двух десятков лет практически без износа.

Наиболее подходящим металлом для использования в безызносных парах считается медь, так как она при надлежащей смазке достаточно стойка против окисления и не наклепывается, легко восстанавливается из окислов и прочно адсорбирует смазку. Распространенная фрикционная пара –сталь-бронза. Смазочная среда должна быть восстановительной по отношению к окислам меди и окислительной к другим компонентам бронзы. Оптимальной смазкой является глицерин, который, действуя как слабая кислота, растворяет цинк, свинец, железо. При этом поверхность обогащается медью и медь переносится на сопряженную поверхность. Таким образом, перенос является избирательным. Затем процесс растворения прекращается и происходит установившийся безокислительный процесс трения меди по меди с весьма малым коэффициентом трения (0,01-0,005). Прослойка меди сохраняется в состоянии, способном к схватыванию с частицами износа. Если медь не схватывается с сопряженной поверхностью, например, при покрытии ее электролитическим хромом, то частицы износа схватываются с поверхностью бронзовой детали, причем сохраняется тот же эффект.

Финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО). Перенос металла при трении используется в технологических процессах фрикционного латунирования, бронзирования и меднения, используемых для предотвращения схватывания. Установлено, что от финишной обработки деталей зависит не только первоначальный, приработочный износ, но и установившийся износ, то есть качество обработки детали может оказать влияние на интенсивность изнашивания при длительной эксплуатации машин. Как правило, зеркало цилиндров двигателей внутреннего сгорания автомобилей окончательно обрабатывается хонингованием. Его проводят в несколько этапов для обеспечения требуемой шероховатости и направленности штрихов неровностей, которые создают наилучшее условие удержания смазочного материала на зеркале цилиндра.

Хонингование относят к абразивной обработке поверхности, при которой последняя в большей или меньшей степени насыщается абразивами. Как бы не промывали цилиндр двигателя и не продували его сжатым воздухом, поверхность цилиндра содержит абразивные частицы. Оставшиеся абразивные частицы в процессе работы смываются маслом и вызывают повышенный износ деталей. Было исследовано влияние различной степени промывки цилиндров дизелей на их износостойкость. Установлено, что износ цилиндров и поршневых колес автомобильных двигателей в первый период его работы (10-12 ч) сокращает приблизительно на 20% весь ресурс двигателя.

Исследовались новые технологические процессы окончательной обработки зеркала цилиндра двигателя, при которых вообще исключалась бы абразивная обработка поверхностей. К такой обработке относится ФАБО, сущность которой состоит в том, что трущиеся поверхности деталей покрывают тонким слоем латуни, бронзы или меди в результате переноса металла при трении. Обрабатываемую поверхность обезжиривают, а перед нанесением покрытия наносят раствор (глицерин или смесь – две части глицерина и одна часть 10%-го раствора соляной кислоты), который в процессе трения разрыхляет окисную пленку на поверхности стали, пластифицирует поверхность медного сплава и создает условия для схватывания со сталью. Материал переносится крупинками, которые прочно схватываются со сталью и имеют между собой определенную связь. Детали, подвергаемые ФАБО, предварительно могут быть шлифованы, развернуты, проточены или хонингованы. Шероховатость поверхности должна быть не ниже 6-го класса шероховатости.

ФАБО гильз цилиндров можно производить на металлорежущем станке с помощью приспособления, показанного на рис. 38. Передняя часть приспособления содержит головку 8 со стаканами 7 и 16. В разрезных направляющих втулках 2 и 15 перемещаются два подвижных штока 6 и 12. Через систему рычагов усилие от подпружиненной тяги 9 передается на штоки. Установленные в них прутки латуни или бронзы 4 и 14 прижимаются к обрабатываемой поверхности 3 с давлением порядка 80-120 МПа.

Рис. 38. Приспособление для финишной безабразивной обработки
гильз цилиндров автомобилей

Рычаги 17 соединены шарнирно с крышкой 1 головки и вилкой тяги. Самоустановка прутка латуни (или меди) в процессе работы обеспечивает перемещение вилки 11 относительно болта 10. По мере износа прутки перемещаются в радиальном направлении в гайках 5 и 13 на 12 мм, что достаточно для обработки одним комплектом прутков диаметром 4 мм нескольких гильз диаметром от 100 до 120 мм. Обработка производится при вращении детали со скоростью около 0,6 м/с при продольной подаче 0,15-0,22 мм/об. После такой обработки цилиндр двигателя как бы превращается в бронзовый, коэффициент трения снижается в 2 раза. Известно, что 12% мощности двигателя тратится на трение в деталях двигателя. Половина этой мощности расходуется на трение между цилиндрами и поршневыми кольцами. Если снизить коэффициент трения в 2 раза, то мощность двигателя возрастет примерно на 3% без увеличения расхода топлива.

Poker razz odds calculator