Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ путей повышения надежности оборудо вания механической обработки 11
1.1. Современные проблемы надежности работы оборудования механической обработки 11
1.2. Анализ потока отказов оборудования механической обработки... 17
1.3. Технические решения, применяемые для повышения износостойкости и долговечности оборудования механической обработки ... 23
1.4. Опыт применения пластичных смазочных материалов для повышения износостойкости и долговечности оборудования механической обработки 29
1.5. Принципы выбора пластичных смазочных материалов для повышения износостойкости и долговечности работы трибосопряжений оборудования 36
1.6. Современные методы оценки влияния пластичных смазочных материалов на долговечность трибосопряжений оборудования механической обработки 42
1.7. Определение общей цели и постановка задач исследований 53
2. Методика и программа исследования 56
2.1. Общая методика исследования 56
2.2 Моделирование условий работы трибосопряжений оборудования механической обработки 59
2.3. Программа экспериментальных исследований 64
2.4. Выбор материалов объектов исследования и смазочных материалов 67
2.5. Лабораторное оборудование 75
2.6. Комплексный метод оценки эксплуатационных показателей оборудования механической обработки, обеспечивающих выполнение заданных технологических операций и качества обработки 81
2.7. Математическая обработка экспериментальных данных и компьютерное моделирование процессов изнашивания трибосопряжений 93
Выводы по второй главе 95
3. Экспериментальные исследования работы меха Низмов оборудования механической обработки при использовании различных пластичных смазочных материалов 96
3.1. Оценка долговечности механизмов оборудования механической обработки в зависимости от физико-химических свойств пластичных смазочных материалов 97
3.2. Влияние приработки сопряжений на долговечность механизмов оборудования механической обработки 107
3.3. Повышение долговечности сопряжений механизмов оборудования механической обработки за счет уменьшения потерь на трение 113
3.4. Влияние пластичных смазочных материалов на повышение долговечности сопряжений механизмов, работающих по принципу качения (подшипники и направляющие качения) 132
3.5. Влияние пластичных смазочных материалов на повышение долговечности сопряжений механизмов, работающих по принципу скольжения (подшипники и направляющие скольжения) 138
Выводы по третьей главе 146
4. Практическое использование результатов исследований 148
4.1. Рекомендации по оценке влияния пластичных смазочных материалов на износостойкость и долговечность оборудования механической обработки 148
4.2. Рекомендации по использованию результатов исследований при конструировании станочного оборудования 151
4.3. Рекомендации по использованию результатов исследований при проектировании технологических процессов 154
4.4. Рекомендации по использованию результатов исследований при ремонте оборудования 155
4.5. Использование результатов исследований в учебном процессе 156
Выводы по четвертой главе 157
Общие выводы по диссертации 158
Список использованной литературы 159
Приложения 174
- Технические решения, применяемые для повышения износостойкости и долговечности оборудования механической обработки
- Моделирование условий работы трибосопряжений оборудования механической обработки
- Влияние приработки сопряжений на долговечность механизмов оборудования механической обработки
- Рекомендации по использованию результатов исследований при конструировании станочного оборудования
Введение к работе
В связи с возрастающими требованиями к оборудованию механической обработки (ОМО), более интенсивной работой механизмов в условиях низ-ских и высоких удельных давлений и скоростей, решение проблемы их надежности, и в первую очередь таких показателей надежности, как износостойкость и долговечность деталей машин, становится одной из главных задач современной науки.
Большое количество деталей металлообрабатывающего (МОО) и вспомогательного оборудования (ВО) предприятий машиностроения подвергаются различным видам изнашивания с последующим выходом из строя.
Износ деталей МОО и ВО приводит к ухудшению режимов работы, снижению КПД, потери энергии агрегатов, а также вызывает шум и вибрацию, приводящую к снижению качества продукции и преждевременному выходу из строя режущих инструментов.
По данным работы [19], современный отечественный парк МОО составляет 2,2 млн.единиц. Из них реально эксплуатируется около 50%, причем отечественное оборудование составляет 90%. Из них более 1,5 млн.единиц составляют металлорежущие станки (МС), из которых 85% - отечественные.
МС работают во всех отраслях народного хозяйства, в том числе [19]:
ВПК - более 45%;
Автомобильная промышленность - около 14%;
Машиностроение - более 23%;
Сельхозмашиностроение - более 8%;
Приборостроение и электротехника - около 8%.
Для замены станочного оборудования требуются значительные капиталовложения, а приобретение эффективного оборудования зарубежных производителей не всегда приемлемо для отечественных потребителей вследствие высокой стоимости, поэтому исследования в области повышения износо-
стойкости и долговечности рабочих органов станков является весьма актуальной технической и экономической задачей.
Затраты труда и материалов на ремонтные работы по устранению последствий изнашивания деталей станков сопоставимы с изготовлением новых деталей или целых агрегатов.
В связи с тем, что современное МОО и ВО имеет большой спектр три-босопряжений (зубчатые, червячные, цепные, ременные и винтовые передачи, фрикционные передачи, муфты, кулачковые механизмы, подшипники качения и скольжения, направляющие качения и скольжения, насосы, электрические скользящие контакты и др.), то имеют место практически все виды изнашивания, оговоренные государственным стандартом [29].
Исследованиями, связанными с повышением работоспособности и надежности деталей машин и различного оборудования занимались отечественные ученые: Э.Д.Браун [107,123,74], Н.А.Буше [12,13], И.А.Буяновский [14,64,118], Д.В.Васильков [17-21], Д.Н.Гаркунов [25,26], В.С.Комбалов [42], Б.И.Костецкий [44-47,139], И.В.Крагельский [49-51], П.М.Лысенков [60], Р.М.Матвеевский [63,64,142], В.Ф.Пичугин [65], Л.И.Погодаев [82-84], А.С.Проников [92,93], Д.Н.Решетов [97,98], П.А.Ребиндер [96], Э.В.Рыжов [99], А.П.Семенов [103], В.В.Синицын [104,105,121], Г.М.Сорокин [109], М.М.Тененбаум [113], С.В.Федоров [119], К.В.Фролов [120], А.В.Чичинадзе [110,111,123], С.Г.Чулкин [124-127], Шульц В.В. [128] и др., и зарубежные специалисты: Х.Блок [132,133], Ф.П.Боуден и Д.Тейлор [11], Р.Качиньски [138], Д.Мур [71], Г.Польцер и Ф.Майснер [86], М.Хебда [110,111], Х.Чихос [135] и др.
Большинство исследований выполнено в области трения и изнашивания при различных видах контактного взаимодействия в условиях сухого трения, либо при смазывании жидкими смазочно-охлаждающими технологическими средствами (СОТС). Исследований, направленных на изучение пластичных смазочных материалов (ПСМ), применяемых при обкатке и эксплуатации узлов и механизмов МОО и ВО, проведено недостаточно.
Известно [70], что смазка трущихся поверхностей станков устраняет их непосредственный контакт, благодаря чему не только значительно уменьшаются силы трения, но и создаются условия для устранения или резкого уменьшения износа поверхностей и соответственно - утечек материалов в соединениях. Кроме того, уменьшается шум при работе станка, уменьшается уровень вибрации, возрастает КПД. Смазывание трущихся поверхностей способствует сохранению точности станков. Все вышесказанное способствует улучшению экологической обстановки на производстве и повышению экономических показателей.
Несмотря на то, что благодаря усилиям российских и зарубежных ученых многое сделано в рассматриваемой области, до сих пор остаются открытыми вопросы:
создание достоверных физических моделей процессов изнашивания деталей трибосопряжений, работающих в условиях применения пластичных смазочных материалов (ПСМ), а также объективных критериев, определяющих влияние последних на износостойкость деталей;
расчета и прогнозирования долговечности станочного оборудования в условиях применения ПСМ;
подбора эффективных ПСМ для конкретных трибосопряжений станочного оборудования, в т.ч. и при замене дорогостоящих штатных ПСМ для импортного оборудования на эквивалентные российские.
Объектом настоящих исследований являются механизмы ОМО, работающие по принципу скольжения, качения и качения с проскальзыванием.
Целью настоящих исследований является выработка рекомендаций по повышению износостойкости и долговечности оборудования механической обработки за счет применения эффективных пластичных смазочных материалов для приработки и конкретных условий эксплуатации.
Во введении представлена общая характеристика работы, обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель исследования, пока-
8 зана научная новизна и практическая значимость работы, перечислены основные результаты, выносимые на защиту.
В первой главе диссертации изложено состояние вопроса по рассматриваемой проблеме и поставлены задачи исследования.
Проведенный анализ работ отечественных и зарубежных авторов в области надежности оборудования механической обработки позволил установить, что причиной отказа в большинстве случаев является износ деталей трибосопряжений.
Анализ применяемых технических решений (конструкторских, технологических и эксплуатационных) позволил выявить совокупность методов, оказывающих существенное положительное влияние на процесс изнашивания рабочих органов и увеличение долговечности узлов и механизмов станков. Показано, что применение ПСМ уменьшает интенсивность изнашивания деталей трибосопряжений.
Анализ применяемых для оборудования механической обработки ПСМ позволил определить их приоритетность. Установлено, что наиболее приемлемыми с точки зрения являются смазочные композиции на литиевой основе.
Приведены основные методы оценки физико-химических и триботех-нических свойств ПСМ, применяемых в настоящее время в нашей стране и за рубежом.
Вторая глава посвящена разработке методики и программы исследования влияния ПСМ на надежность оборудования механической обработки.
Обоснован выбор условий испытаний и методика проведения экспериментов.
Рассмотрена классификация трибосопряжений оборудования по условиям изнашивания, необходимая для моделирования работы механизмов.
Разработан комплексный метод оценки эксплуатационных параметров оборудования механической обработки, обеспечивающих выполнение заданных технологических операций и качества обработки.
Приведена методика математической обработки экспериментальных данных и компьютерного моделирования процессов изнашивания трибосопряжений.
Третья глава содержит материалы экспериментальных исследований работы механизмов ОМО при использовании широкого спектра ПСМ.
Приведены результаты исследования физико-химических свойств ряда известных и широко применяемых ПСМ, а также новых смазочных композиций (на литиевой основе. ГМТ-1).
Рассмотрено влияние ПСМ на прирабатываемость трибосопряжений оборудования.
Приведены результаты исследований влияния ПСМ на эксплуатационные характеристики основных механизмов ОМО (коэффициент трения и долговечность), работающих в условиях трения качения, скольжения и качения с проскальзыванием.
Дана качественная и количественная оценка величины изнашивания при работе основных трибосопряжений ОМО с использованием широкого спектра ПСМ.
В четвертой главе приведены материалы по практическому использованию результатов исследований.
Разработаны рекомендации по оценке эффективности применения ПСМ для повышения надежности ОМО.
Разработаны рекомендации по использованию результатов исследований в конструкторской и технологической документации на изготовление деталей и проведение ремонтных работ конкретных трибосопряжений МОО и ВО.
Показано использование полученных результатов в учебном процессе Санкт- Петербургского института машиностроения.
В результате проведенных аналитических и лабораторных исследований автором получены следующие основные результаты:
Предложен метод оценки эксплуатационных параметров ОМО, основанный на учете физико-химических свойств ПСМ.
Установлены закономерности изменения эксплуатационных показателей механизмов ОМО, работающих по принципу качения, скольжения и качения с проскальзыванием, при смазывании ПСМ.
Показана эффективность ПСМ на литиевой основе с точки зрения повышения долговечности оборудования; выявлено позитивное влияние геомодификаторов трения, вводимых в ПСМ, на долговечность трибосопряже-ний.
Сформулировано уточнение известной математической модели изнашивания трибосопряжений ОМО.
Предложен коэффициент эффективности ПСМ.
Разработаны рекомендации по оценке влияния ПСМ на повышение надежности ОМО.
Разработаны рекомендации по использованию результатов исследований при конструировании станков, при проектировании технологических процессов механической обработки деталей и при ремонте оборудования.
Разработаны рекомендации по использованию научных результатов диссертации в учебном процессе высшей школы.
1. АНАЛИЗ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Технические решения, применяемые для повышения износостойкости и долговечности оборудования механической обработки
Первым среди конструкторов, обративших серьезное внимание на связь износостойкости с конструкцией узлов трения, был П.И. Орлов. Его книга [73] содержит ценный материал для конструкторов по вопросам конструктивных форм подшипников, конструирования высокоизносостойких скользящих опор, теории трения качения. Она до настоящего времени не потеряла интереса, как в части ярких конструкторских приемов, обеспечивающих высокую надежность трущихся деталей путем рационального использования смазочного материала в узлах машин, так и в утверждении, что в вопросах конструирования, и в особенности в технике смазывания, "мелочей" вроде течи масла из уплотнений, повышенного расхода при выбрасывании масла из суфлеров и т.п. не должно быть. Потому что это задерживает доводку новых машин и затрудняет работу обслуживающего персонала
В работах М.М. Тененбаума начиная с 1966 г. [113] проводилась систематизация конструктивных способов обеспечения высокой долговечности машин. Все способы подразделены на следующие группы: исключение внешнего трения; улучшение условий трения; равностойкость изнашивающихся деталей; оптимизация форм деталей; компенсация износа; резервирование износостойкости; индикаторы износа.
М.М. Тененбаум подчеркивал, что решение прикладных задач должно основываться на закономерностях динамики изнашивания деталей и влияния конструктивных параметров на их износостойкость. Он развивал новое направление в изучении износостойкости материалов, которое можно назвать конструктивной износостойкостью.
В конструктивные факторы входит и расчет деталей на износ, методика которого наиболее полно разработана А.С. Прониковым [92]. В качестве исходной физической закономерности (подобно закону Гука в прочности) им принят закон изнашивания, который связывает изнашивание с рядом параметров, включая фактор времени, и относится к материалам двух сопряженных поверхностей. Ряд обобщений по влиянию конструкции узла трения на его работоспособность и долговечность имеется в работах [25,93,97,98].
В заключение следует отметить, что при модернизации конструкции необходимо предусматривать уменьшение величины параметра потока отказов, т.е. увеличение числа срабатываний того или иного механизма между двумя отказами и сокращение продолжительности простоев автоматической линии для обнаружения отказов и проведения восстановительных работ.
Технологические методы основаны на применении новых материалов, новых процессов и новых методов обработки. Замена менее надежных деталей более надежными и долговечными сопровождается изменением способов обработки, повышением прочности и износостойкости.
Наука и техника располагают многочисленными технологическими средствами для повышения износостойкости деталей. К основным технологическим мероприятиям, повышающим долговечность машин, можно отнести: применение современных методов создания прочных материалов для различных условий эксплуатации машин и получения из них заготовок высокого качества, близких по форме и размерам к готовым деталям; применение современных технологических приемов, обеспечивающих изготовление деталей заданной точности и стабильности как по размерам, так и по физико-механическим свойствам; применение современных методов контроля качества материалов, заготовок и готовых изделий по сххлветствующим показателям надежности; применение процессов упрочняющей обработки для получения требуемого качества рабочих поверхностей деталей машин с высоким сопротивлением изнашиванию и поломкам в различных условиях эксплуатации.
Технологические методы повышения износостойкости деталей машин накапливались постепенно в течение десятилетий развития машиностроения. Эти методы обобщены в монографиях и статьях [10,43,87,99], и их можно сгруппировать следующим образом: химико-термическая обработка; термическая обработка; химическая обработка; поверхностное пластическое деформирование; электроискровое упрочнение; гальванические покрытия; химические покрытия; способы придания поверхности антифрикционных свойств; наплавка; нанесение твердосмазочных покрытий.
Наиболее крупная технологическая школа в России создана Э.А. Сателем в МГТУ им. Н.Э. Баумана [35]. Эта школа подготовила многочисленные научные кадры и явилась центром технологической науки.
Конструктивное совершенство и высокое качество изготовления МОО не гарантируют его длительную и безаварийную работу. Дополнительными условиями такой работы являются грамотная техническая эксплуатация и целесообразная система ремонтов. Задачами технической эксплуатации являются: обеспечение исправного технического состояния МОО во время его эксплуатации и консервации; обеспечение безаварийной работы оборудования при надлежащей его экономичности. Уровень технической эксплуатации оборудовании, в общем, определяется установкой его в надлежащем месте, рациональным использованием в соответствии с назначением, квалификацией обслуживающего персонала, постановкой ухода и технического надзора за ним, организацией смазочного хозяйства.
Например, при промышленной эксплуатации системы автоматических роторных машин подвергаются внешним воздействиям. Для повышения сопротивляемости отдельных роторов, узлов и механизмов внешним воздействиям производят обязательную смазку трущихся поверхностей, повышают жесткость главных валов роторов, применяют антикоррозионные покрытия, производят виброизоляцию отдельных линий или узлов в линии.
Сокращение простоев АРЛ в процессе эксплуатации обеспечивается пу тем рациональных методов профилактики и ремонта, одним из которых является своевременная и эффективная смазка трущихся поверхностей.
На сегодняшний день накоплен большой опыт по эксплуатации машин применительно к отдельным отраслям техники, имеются фундаментальные монографии по эксплуатации машинно-тракторного парка, авиационной техники, техники морского флота и др. К сожалению, еще недостаточно обобщены вопросы связи эксплуатации машин с их износостойкостью. Небольшой опыт по этому вопросу изложен в монографии [26].
Сюда же относятся работы по совершенствованию смазывания деталей трибосоп-ряжений. Известно, что смазочный материал резко снижает интенсивность изнашивания. Достаточно ввести в зону контакта деталей небольшое количество смазочного материала (толщина смазочного слоя 0,1 мкм), как сила трения может снизиться в 10 раз, а износ поверхностей трения до 1000 раз [25].
Моделирование условий работы трибосопряжений оборудования механической обработки
Современное металлообрабатывающее оборудование имеет в своей структуре практически все типы трибосопряжений, а именно: зубчатые передачи; червячные передачи; реечные передачи; цепные передачи; подшипники скольжения и направляющие скольжения; подшипники качения и направляющие качения; кулачковые механизмы и др.[70]. Транспортирование обрабатываемых деталей в системах АРЛ и ТК осуществляется элеваторами с механическим и вибрационным приводами, шнековыми и шаговыми транспортерами, захватными органами автоматических бункерных загрузочно-ориентирующих устройств, клещевыми захватами технологических и транспортных роторов и т.п., имеющими в своей структуре также все упомянутые выше типы трибосопряжений [2,41,48]. При расчетах деталей на долговечность, а также при моделировании процессов изнашивания необходимо иметь классификацию сопряжений, в которой отражены условия, связывающие конструктивную схему данного сопряжения с его износом. Методика расчета сопряжений на долговечность наиболее полно разработана проф. А.С.Прониковым [92]. В качестве исходной физической закономерности (подобно закону Гука в прочности) им принят закон изнашивания, который связывает изнашивание с рядом параметров, включая фактор времени, и относится к материалам двух сопряженных поверхностей. Износ сопряжения характеризуется одним параметром vi_2 - величиной относительного сближения изнашиваемых деталей 1 и 2 в направлении, перпендикулярном к поверхности трения. Поскольку скорость скольжения и давления в разных точках не одинаковы, то поверхность детали изнашивается неравномерно. В связи с этим будет меняться и первоначальная форма детали, что усложняет последующее протекание процесса трения.
По классификации, предложенной проф. А.С.Прониковым [92], трибо-сопряжения подразделяются на пять групп в зависимости от постоянства условий трения и износа поверхностей в расположенных на одной траектории точках сопряженных поверхностей с учетом коэффициента взаимного перекрытия и реального пути трения (рис.2.1). У сопряжении первой группы точки, расположенные на одной траектории, имеют одинаковые условия изнашивания для каждого из двух тел. Например, при износе поверхностей вращения (дисков, конусов) все точки, расположенные на окружности данного радиуса, имеют одинаковые скорости скольжения, удельное давление и продолжительность изнашивания. Поэтому их износ будет одинаков. И для определения формы изношенной поверхности достаточно рассмотреть осевое сечение. Если же имеются внешние факторы, которые изменяют условия изнашивания для точек, лежащих на одной траектории. То данное сопряжение не будет относиться к 1-й группе. Ко второй группе отнесены сопряжения, у которых условия изнашивания сохраняются только для точек одного тела, лежащих на данной траекто рий (сюда относятся, например, подшипники скольжения, колодочные тормоза). Поэтому только одна поверхность имеет условия для равномерного изнашивания в данном сечении. К третьей группе отнесены сопряжения с низшими парами (кулисные механизмы, направляющие). К четвертой группе — сопряжения с высшими парами (кулачковые механизмы, подшипники качения). У сопряжений третьей и четвертой групп условия изнашивания не постоянны для всех точек обоих тел, поэтому имеются большие возможности для неравномерного износа поверхностей. К сопряжениям пятой группы отнесены детали, контактирующие с твердой средой - обрабатываемой деталью, породой, почвой.
В этом случае рассматривается износ лишь одной поверхности, которую обтекает абразивная или иная среда, от характера взаимодействия с которой (эпюры нагрузок и скоростей) будет зависеть форма изношенной поверхности. Примеры пятой группы: режущий инструмент - обрабатываемая заготовка; зубья ковша экскаватора - порода; лемех плуга - почва. Все сопряжения, кроме того, можно распределить на две категории: А — на износ которых накладывается условие касания поверхностей; В — у которых при износе условия касания переменны. Принадлежность сопряжения к тому или иному типу и группе: а) определяет методику его расчета на долговечность; б) определяет методику проведения испытаний при моделировании ра боты механизма; в) позволяет связать разрабатываемую конструкцию с характеристикой его вероятного износа. Анализ возможного распределения износа по поверхности трения и выявление факторов его определяющих является предпосылкой для расчета и прогнозирования износа сопряжений. Проф. А.С.Проников разработал типовые расчеты этих групп деталей на износ. Однако, трудности подобных расчетов связаны с нахождением параметра V\.2 , который необходимо определять экспериментальным путем, что и было сделано в настоящей работе. На основании данных, полученных по результатам экспериментов, проводится расчет среднего срока службы изделия. В своей монографии [92] А.С.Проников приводит также упрощенную методику расчета скорости изнашивания материалов пар трения, которая не учитывает конструктивных форм и особенностей сопряжений. На основании большого числа исследований изнашивания различных материалов в условиях граничного трения и трения без смазки им предложена следующая модель изнашивания: где 1Т - скорость изнашивания (мкм/мин); к - коэффициент, учитывающий материалы пары трения, условия в зоне контакта и в первую очередь смазывания поверхностей; р- давление на поверхности трения; т=0,5...3,0 -показатель степени; v - скорость относительного скольжения; п - показатель степени, для большинства пар трения он равен единице. Для оценки долговечности основных трибосопряжений ОМО автором используются: 1) Уточненная математическая модель изнашивания трибосопряжений (на основании формулы проф. А.С.Проникова): где /т- скорость изнашивания (мкм/мин); кем - коэффициент, учитывающий влияние пластичного смазочного материала (безразмерный); к - коэффициент, учитывающий материалы пары трения, шероховатость поверхностей, прирабатываемость пары трения, другие условия в зоне контакта (мм /Н); р-давление на поверхности трения (Н/мм ); w=0,5...3,0 -показатель степени; v - скорость относительного скольжения (м/с); п - показатель степени, для большинства пар трения он равен единице.
Влияние приработки сопряжений на долговечность механизмов оборудования механической обработки
Основной задачей приработки механизмов является создание на рабочих поверхностях сопрягаемых деталей равновесной шероховатости, характерной для данных материалов и условий работы. Исследование закономерностей прирабатываемости трибосопряжений механизмов проводилось при обычных условиях, а также при использовании специальных добавок, способствующих сокращению периодов приработки. Исследования прирабатываемости трибосопряжений механизмов моделировались на машине трения 2070 СМТ-1 со смазочным материалом «Ли-тол-24» при скольжении ролика по ролику из стали 18ХГТ, закаленной и отпущенной по технологии изготовления деталей пар трения качения с проскальзыванием, таких как зубчатые и цепные передачи. Условия проведения эксперимента: частота вращения роликов - 1800 мин"1, проскальзывание -10%, нагрузка 100 Н, длительность приработки - 5 и 10 часов. Микрогеометрия поверхности измерялась на Измерительно-вычислительном комплексе (ИВК) «Профиль», визуальный мониторинг на ИВК «Latimet-Automatic». Исследовались 4 пары трения: исходный образец - без приработки, база - приработка без геомодификатора (ГМТ) в течение 5 часов, и две пары трения, приработанные с ГМТ в течение 5 и 10 часов (обозначаемые ГМТ1 и ГМТ2). Момент трения измерялся в течение всего эксперимента, микрорельеф поверхности - до и после эксперимента. Анализ рис.3.1 показывает, что: 1. Примерно через два часа работы пары трения наступает установившийся режим работы. 2. Первый «пик» приработки базы и ГМТ в 3...4 раза отличается по длительности. Это может объясняться различным механизмом удаления мак-ро неровностей, имеющихся на поверхности (наследственность механической обработки резцом). При обычной приработке (база) удаление слоя материала происходит, вероятно, по механизму питтинга (пластическая деформация, накопление усталостных напряжений и отслаивание, шелушение). В присутствии ГМТ выравнивание макрорельефа в основном происходит за счет абразивного изнашивания. 3. Момент трения на установившемся режиме в случае приработки пар трения с ГМТ оказывается на 20...30% ниже, чем на базовой паре.
При этом имеется тенденция к дальнейшему уменьшению момента трения. С увеличением времени приработки на кривых ГМТ1 и, особенно ГМТ2 можно наблюдать уменьшение амплитуды изменения момента трения ф со временем. Амплитуды значительно меньше, чем на базовой кривой. Это говорит о более устойчивой работе пары трения. По завершении испытаний на машине трения был проведен монито ринг поверхностей трения образцов с целью оценки общего состояния и вы явления дефектов. Наличие дефектов на поверхности, например таких как, неоднородность материала, инородные включения, вырывы, риски или мик ротрещины в дальнейшем может привести к изменению условий в зоне кон такта и разрушению узла трения. Однако в рамках данных исследований уг лубленного изучения дефектов поверхности не проводилось. Основной зада чей мониторинга был анализ прирабатываемости пар трения с геомодифика тором и без него, ф На рис.3.2 представлена характерная микрофотография х350 поверхно сти трения образца испытанного на машине трения СМТ-1. При большем увеличении невозможно получить четкие очертания и границы области контакта из-за грубой поверхности трения.
Поскольку времени испытаний не достаточно для полной приработки поверхности. Рис.3.2. Вид поверхности образца «ГМТ2-1»; х50 кратное увеличение (справа - зона соответствующая поверхности после механической обработки; слева - после трибоиспытаний сГМТ) 1). Приработка поверхностей сопровождается постепенным смятием отдельных неровностей (выступов) и их микро «намазыванием» в имеющиеся впадины, оставленные после механической обработки. Кроме этого, этап приработки сопровождается постепенным залечиванием отдельных дефектов поверхности, например, вырывов металла, отдельных раковин и микротрещин оставленных также после механической обработки (см. рис.3.2). 2). Поверхность трения после приработки с геомодификатором более однородная. Четко различимы отдельные площадки, имеющие отдельные вкрапления более темных частиц, что не наблюдается на аналогичных поверхностях приработанных со штатной смазкой. Кроме того, известно [75], что наиболее интенсивная приработка поверхностей трения наблюдается у трибосопряжений, вращающихся без проскальзывания. Измерению на ИВК «Профиль» подвергались два типа образцов: первая группа - с последним индексом -1 (диаметром 40мм и шириной 10 мм); вторые с индексом -2 (диаметром 40мм и шириной 12 мм). По условиям испытаний установлено, образец с индексом -2 вращался с запаздыванием по отношению к первому. Это условие, в свою очередь, определило несколько иной характер микрогеометрии поверхности и график кривой Аббота. Микрогеометрия контрольных образцов (с индексом 5-ій 5-2) соответствует поверхности полученной методом шлифования с шероховатостью Ra лежащему в пределах от 0,4 до 0,79 мкм. График кривой Аббота занимает среднее положение, то есть, не имеет выраженного характера по условиям трения. (Так, верхнее положение соответствует поверхности с повышенной износостойкостью, а нижнее - поверхности с повышенной усталостной прочностью).
Кроме этого, примерно треть поверхности (гребешки и выступы ) будут срезаны в процессе приработки, о чем свидетельствует значение параметра RPk = 1,4 мкм, примерно треть поверхности будет находиться в постоянном трибоконтакте Rk=l,75 мкм и около одной трети поверхности будет иметь полости и карманы для расположения в ней смазки, RVk= 1,35 мкм. Измерения микрогеометрии образцов «база-1» и «база-2» показали, что на вращающемся образце с большей угловой скоростью наблюдается более интенсивное уменьшение шероховатости. Ra достигает 0,28...0,5 мкм; график кривой Аббота имеет явное смещение в сторону износостойкой поверхности, то есть вверх. Измерения микрогеометрии образцов «ГМТ1-1» и «ГМТ1-2» показали существенное уменьшение шероховатости, что говорит о более стабильной приработке. Параметр Ra находится в пределах 0,35...0,45 мкм, график кривой Аббота смещается вверх. Измерения профиля образцов «ГМТ2-1» и «ГМТ2-2», соответствующие наибольшему времени трибоконтакта, показали, уменьшение шероховатости по всем параметрам примерно в полтора раза по сравнению с предыдущим случаем. Кроме этого, измерения показали, что приработка для образца с индексом 1 закончена, поскольку количество вершин и выступов резко уменьшилось, линия контакта увеличилась, а количество «масляных карманов» осталось прежним; кривая Аббота также стремится вверх.
Рекомендации по использованию результатов исследований при конструировании станочного оборудования
Аналитическими и экспериментальными исследованиями установлено, смазочная способность ПСМ обусловлена многими взаимозависимыми факторами, определяющими в совокупности характер их влияния на трение и износ смазываемых поверхностей.
В связи с тем, что учесть влияние всех факторов на процесс трения практически невозможно, новые ПСМ создаются, главным образом, экспериментальным путем. Существующие в настоящее время математические модели не дают возможности предварительно определять такие свойства рабочих пленок, как износостойкость, сопротивление схватыванию и др. а также не позволяют надежно предсказывать триботехнические характеристики конечной композиции. Математическое прогнозирование работоспособности той или иной смазочной композиции остается весьма проблематичным. Формулы для расчета триботехнических свойств, предлагаемые в некоторых работах, характеризуют их поведение только приблизительно, причем в узких рамках режимов работ и с использованием коэффициентов, определяемых экспериментально.
Применение в технике того или иного вида смазочного материала диктуется условиями работы конкретного узла трения. Если тип СМ жестко не предопределен условиями работы смазываемого узла трения или его конструкцией, то выбор типа смазочного материала ориентировочно может быть осуществлен исходя из соотношения между относительной скоро 149 стью перемещения трущихся тел и удельными нагрузками во фрикционном контакте.
Предельные условия работоспособности СМ рассматриваемых типов при изменении перемещения их элементов ориентировочно могут быть оценены следующим образом. Границы работоспособности достаточно размыты, они определяются не только типом смазочного материала, но и его составом. Так, максимальное значение нормального давления ра для узлов трения, смазываемых ПСМ, при малых скоростях может варьироваться от 2 МПа для обычного ПСМ до 6 МПа для ПСМ, содержащего высокоэффективные противозадирные присадки пли наполнители (например, дисульфид молибдена) или их сочетания.
Однако правильный выбор СМ по его агрегатному состоянию еще не обеспечивает полного соответствия свойств смазочного материала условиям работы узла трения. Поэтому имеется широкий ассортимент СМ, состав и характеристики которых определяются их назначением.
Для обеспечения рассмотренных выше функций, а также требований к СМ, последние должны обладать определенным уровнем эксплуатационных свойств. Прежде всего, к ним относятся трибологические свойства (смазочные и вязкостно-температурные), антикоррозионные, защитные, антиокислительные и моющие. Важными характеристиками являются также теплопроводность, температура вспышки и застывания, а также ряд других в зависимости от функционального назначения СМ.
Следует отметить, что для определения эксплуатационных свойств смазочных материалов до настоящего времени нет точных лабораторных методов. Наиболее распространенными являются противоизносные испытания на четырехшариковой машине. Причем и этот метод обладает очень существенными недостатками. Например, в качестве трущихся деталей используются шарики серийных подшипников, изготовленные из сталей типа ШХ, в то время, как общеизвестно, что эти стали удовлетворительно работают на из 150 нос при качении и использование их при трении скольжения нецелесообразно. Наряду с совершенствованием конструкции агрегатов машин и созданием деталей из новых материалов, пригодных для работ в конкретных условиях трения, наиболее эффективный способ улучшения технических характеристик узлов трения - применение оптимальных смазочных сред. Смазочные материалы (среды) служат конструкционными материалами, увеличивающими нагрузочную способность деталей, их износостойкость, долговечность механизмов и машин в целом. При выборе эффективного ПСМ необходимо придерживаться следующих основных принципов:
Приведенные выше сведения могут быть использованы как предварительные для трибосопряжений «быстрорежущая сталь-сталь45»при исследо-вании процессов сверления, зенкерования, развертывания и резьбонарезания. В случае применения в качестве СОТС пластичного смазочного материала может быть рекомендовано использование «Литол-24».
Исследование закономерностей прирабатываемости трибосопряжений механизмов из стали 18ХГТ, закаленной и отпущенной по технологии изготовления деталей пар трения качения с проскальзыванием, таких как зубчатые и цепные передачи, проводившееся на машине трения при обычных условиях, а также при использовании специальных добавок, позволило установить, что применение геомодификатора трения (ГМТ) способствует: сокращению периода приработки и залечиванием отдельных дефектов поверхности, например, вырывов металла, отдельных раковин и микротрещин оставленных также после механической обработки, что, в конечном итоге увеличивает долговечность механизмов.
На основании вышеизложенного можно предложить следующие рекомендации при проведении ремонтных работ оборудования механической обработки с применением геомодификаторов в пластичных смазочных материалах. 1 .Токарно-винторезный станок модели 1К625. На основании документации станкостроительного завода «Красный пролетарий» им. А.И.Ефремова1 приработке могут подвергаться зубчатые передачи коробки передач, коробки подач и гитары сменных колес. 2. Приводные комбинированные пресс-ножницы С-229А. На основании документации завода строительных машин2 приработке могут подвергаться зубчатые передачи, состоящие из зубчатых колес: шестерня № 01-58, шестерня перебора № 01-10, шестерня № 01-69, главная шестерня № 01-09, шестерня № 01-61 и зубчатая муфта № 01-30. Приработку указанных выше трибосопряжений, работающих при качении с проскальзыванием проводить при следующем режиме: частота враще 1 Токарно-винторезный станок модель 1К625. Руководство по уходу и обслуживанию. - М.: ЦБТИМС, 1968. -64с. 2 Приводные комбинированные пресс-ножницы С-229А. Паспорт и инструкция по эксплуатации. -Л.: ЛЦБТИ, 1968.-20 с. 156 ния деталей - 1800 мин"1, проскальзывание - 10%, нагрузка 100 Н, длительность приработки - 5 час, концентрация ГМТ - 2%. Данная методика достижения равновесной шероховатости с использованием ГМТ может быть взята за основу при создания технологий финишной обработки рабочих поверхностей узлов трения.
