Файл: Комбалов, В. С. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ.pdf

в1,5 раза, что весьма существенно.

Внастоящее время имеется несколько гипотез, объясняющих влияние предварительного упрочнения на износоустойчивость. По данным работы [37], предварительное упрочнение уменьшает износ за счет деформации смятия и за счет истирания микроне­ ровностей на контакте. Как считают авторы [43] и [101], предва­ рительное упрочнение пластической деформацией способствует диффузии кислорода воздуха в металле и образованию в нем твер­ дых химических соединений FeO, Fe20 3, Fe30 4 в результате окис­ лительного изнашивания, происходящего с ничтожно малой ин­ тенсивностью. Согласно гипотезе [109] упрочнение поверхностно­ го слоя рассматривается как средство повышения жесткости поверхностных слоев и уменьшения взаимного внедрения при механическом и молекулярном взаимодействии. На этот счет

существуют и другие теории. Так, например, по мнению А. А. Маталина [64], главным фактором, определяющим износо­ устойчивость, является величина остаточных напряжений после приработки изделий. Между микротвердостью поверхностного слоя и его износоустойчивостью имеется определенная связь:

впроцессе изнашивания микротвердость поверхностных слоев после приработки стремится к оптимальному значению; однако

всилу одновременного влияния разнообразных факторов (шеро­ ховатость поверхности, напряженное состояние поверхностного слоя и пр.) эта связь имеет только качественный характер и не может быть использована для практических расчетов.

§ 3. Равновесная шероховатость трущихся поверхностей

14

мнения исследователей по установлению равновесной шерохова­ тости поверхностей. По данным авторов [25, 26, 28, 41, 115, 117], в процессе приработки устанавливается вполне определенная ше­ роховатость. Другое мнение заключается в том, что степень ше­ роховатости до приработки и после приработки не меняется. Име­ ются также утверждения о том, что высокая начальная гладкость поверхности является наилучшей в отношении длительности и качества процесса приработки. Как показывается в работе [41],

;дюка не во всех случаях известно, какая должна быть шерохо­ ватость для того, чтобы ускорить процесс приработки с мень­

ния имеется своя наиболее рациональная шероховатость. Если' такую шероховатость сообщить поверхности в процессе механи­ ческой обработки, то величина износа и длительность приработки трущихся поверхностей будут минимальными. Однако вопрос об оптимальной шероховатости теоретически не был решен, и для различных условий работы ее устанавливали эксперимен-j тально.

Приведем примеры, данные в предисловии А. И. Каширина к работе [ПО]. «...Сравнительные испытания износа баббитового вкладыша при шлифованной суперфиниш-процессом шейке коленчатого вала, проведенные на машине трения Уэллесом, показали, что по' истечении 60 мин. работы при одинаковых условиях износ вкладыша при шлифованной шейке был 60 мг, а при суперфинишированной— 1 мг [134]. В то же время испыта­ ния, проведенные на американских автомобильных заводах «Бюик» и др., показывают, что наименьший износ сопряженной пары шейка вала — подшипник получается не при наиболее гладкой поверхности шейки (как это, казалось бы, должно быть), а при поверхности, имеющей среднее квадратическое отклоне­ ние профиля Rq= 1-1-2 мкм. Причину такого странного, на пер­ вый взгляд, явления главный инженер фирмы «Бюик» Ч. А. Чейн (Ch. A. Chayne) видит в том, что канавки или микроскопические углубления между рисками на поверхности шейки служат микро­ каналами, по которым распределяется смазка, а также в том, что в случае разрыва масляной пленки ее целостность при наличии местных масляных карманов, образуемых микроуглублениями поверхности, восстанавливается сравнительно быстро. С гладкой же поверхности масло лучше выдавливается, и целостность пленки восстановить труднее. Завод «Бюик» пошел даже на увеличение шероховатости цилиндра в скользящей сопряженной паре цилиндр — поршень до Rq= 0,3—0,5 мкм...» Аналогичные данные приведены в работе [37].

На фиг. 9 приведены результаты эксплуатационных испыта­ ний основных деталей тракторных двигателей Д-54, РМА и Д-35, проведенных А. И. Нисневичем в HATH [75]. Показано влияние (а) чистоты обработки поверхности пальцев двигателя

15

1-MA на износ сопряжения палец — втулка верхней головки шатуна. По оси абсцисс — средний износ в процентах к среднему износу пальца с чистотой обработки по V10. Цифрами обозна­ чено время испытаний в часах. Из результатов испытаний сле­ дует, что с увеличением первоначальной шероховатости поршне­ вого пальца значительно увеличивается износ самого пальца и втулки верхней головки шатуна. При чистоте обработки поверх­ ности пальца по V10 износ сопряженных деталей минимальный. Дальнейшее улучшение поверхности приводит к некоторому увеличению износа деталей сопряжения. Аналогичные резуль­ таты получены и для пары гильза цилиндра — кольцо. После 367 час испытания в полевых условиях оптимальной для гильзы цилиндра явилась чистота V9 — V10. С ухудшением и улучше­ нием первоначальной чистоты обработки по отношению к опти­ мальной увеличивался как износ гильз цилиндров, так и средний износ поршневых колец. После 367 час испытания микрогеомет­ рия всех цилиндров, независимо от первоначального их состоя­ ния, устанавливалась постоянной и соответствовала V 9(6).

Исследование параметров равновесной шероховатости, как правило, связано с изучением профиля поверхности после дли­ тельной эксплуатации. В работе [93] приведены результаты ис­ следования деталей кривошипно-шатунного механизма трактор­ ных двигателей Д-54, СМД-14 и Д-35 на Пришибском заводе «Укрремтреста». В табл. 6 приведены параметры установив-

16

Т а б л и ц а 6

шейся шероховатости на приработанных поверхностях деталей шатунно-кривошипного механизма двигателя СМД-14 после длительной эксплуатации. В табл. 7 даны параметры шерохо­ ватости поверхности шеек коленчатых валов двигателя СМД-14,

Т а б л и ц а 7

Параметры шероховатости

полученные различными технологическими способами. Очевидно, что наиболее целесообразным является такой вид технологи­ ческой отделочной обработки, при котором параметры шерохо­ ватости Ra, Rz, /р наиболее близко соответствуют параметрам приработанных поверхностей, т. е. применение шлифования с последующим полированием алмазной лентой.

17

Следует отметить, что проведенные исследования [93] и даваемые в них рекомендации для выбора величины равновесной шероховатости поверхности деталей не полностью отражают условия работы (нагрузка, смазка, климатические и пр.), при ко­ торых они получены, что снижает их практическую ценность.

§4. Изменение шероховатости сопряженных поверхностей

впроцессе приработки

иустановление равновесной шероховатости

Процесс приработки сопряженных поверхностей сопровождается сложными необратимыми явлениями, протекающими в тонком поверхностном слое. При приработке изменяются физико-меха­ нические, теплофизические свойства поверхностных слоев, макро- и микрогеометрия. В начальный период приработки происходит интенсивное изнашивание неровностей, полученных при механи­ ческой обработке, их дробление и пластическое деформирование, обычно сопровождаемое наклепом тонкого поверхностного слоя [21]. В результате приработки происходит сглаживание наиболее выступающих неровностей, частичное или полное уничтожение первоначальных неровностей и установление новых, отличных от первоначальных по форме и размерам [28, 41, 43, 81, 97, 105, 116].

При трении без смазки в условиях приработки соприкосно­ вение двух трущихся деталей происходит не по всей номиналь­ ной площади этих поверхностей, а лишь по соприкасающимся между собой вершинам выступающих неровностей обеих тру­ щихся поверхностей [ПО]. Таким образом, давление одной поверхности на другую распределяется лишь на фактически находящиеся в контакте микроплощадки, вследствие чего истин­ ные напряжения смятия на этих площадках могут быть столь велики, что соприкасающиеся выступы профиля будут упруго деформироваться и пластически сжиматься и даже срезаться при 'взаимном скольжении поверхностей.

При жидкостном трении (или граничном трении) поверхно­ стей с относительно большими неровностями, вследствие разрыва масляной пленки, имеет место металлический контакт по высту­ пам обеих поверхностей. Интенсивное деформирование и смятие вершин отдельных выступов происходят в начале работы двух трущихся поверхностей, пока они не приработаются, т. е. неров­ ности этих поверхностей не примут более устойчивой формы и - размеров, обеспечивающих увеличение фактической площади ка­ сания, при приработке выступы приобретают оптимальную кри­ визну, обеспечивающую наибольшую устойчивость масляной пленки [37]. По ГОСТу 16429—70 приработка представляет со- * бой «процесс изменения геометрии поверхностей и_физико-меха-