Исследование коэффициента трения смазанных микроструктурированных поверхностей образцов из материала АД0

Полые тонкостенные осисимметричные детали, полученные из листа алюминиевого сплава процессом вытяжки, имеют широкое применение в авиастроении за счет достаточно высокой прочности, жесткости и небольшого веса.

Практика изготовления таких деталей путём листовой штамповки показывает, что коэффициент вытяжки снижается при уменьшении относительной толщины заготовки. Объяснение этому явлению, как показал анализ существующих источников, заключается в следующем: при вытяжке тонкостенных деталей требуется более сильный прижим для ликвидации гофрообразо-вания фланца. Это приводит к увеличению сил трения, росту напряжений в опасном сечении и разрушению заготовки.

Следовательно, одним из путей снижения вероятности разрушения заготовки при вытяжке тонкостенных деталей является уменьшение сил трения на контактирующих поверхностях заготовки с матрицей и прижимом. Применение любых видов смазок становится малоэффективным при увеличении уси-

лия прижатия, так как смазка выдавливается из зоны контакта.

Решение данной проблемы видится в следующем: если на поверхности заготовки, обращенной к зеркалу матрицы, сформировать микроструктурированную поверхность в виде большого количества микро углублений, то такая поверхность, предварительно покрытая смазкой, при сильном прижатии будет удерживать смазку в микроуглублениях. В результате сила трения должна уменьшиться и, соответственно, должны уменьшиться напряжения в опасном сечении вытягиваемой детали.

Цель данного исследования: изучение коэффициента трения на поверхности трущихся деталей в зависимости от наличия микрострук-турированния [1].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Были изготовлены 4 образца из алюминиевого сплава АД0, толщиной 1,78 мм с разной микро структурированной поверхностью. Для формирования микро углублений на поверхности алюминиевых заготовок, был применен разработанный на кафедре обработки металлов давлением способ получения тисненых листов с неглубоким рельефом путем их прокатки в гладких цилиндрических валках (образец 1), а также прокатки с использованием «спутника» в виде бумаги (образец 2), капроновой ткани (образец 3), и медицинского бинта (образец 4). Из прокатанных листов были изготовлены круглые образцы (рис. 1).

Рис. 1. Образцы из алюминиевого сплава АД0 1 – 4 с микроструктурированной поверхностью

Испытания образцов проводилось на кафедре основ конструирования машин Самарского национально-исследовательского университета. Величина шероховатости оценивалась с помощью профилометра Surtronic 25 производства Teylor Hobson с точностью измерения 2%. Данный прибор является портативным, автономным инструментом для измерения поверхностной структуры и предназначен для использования в мастерской или лаборатории. Он позволяет измерить параметры оценки структуры поверхности: Rа, Rz, Rt, Rp, Rmr, RPc, Rv, Rzlmax, Rsk, Rda. Оценки параметров и другие функции инструмента – базируются на микропроцессорных вычислениях. Результаты измерения отображаются на жидко кристалическом экране и могут быть выведены на принтер или компьютер для дальнейшей оценки (рис. 2).

Измерение коэффициента трения проводилось с помощью трибометра CSM Instruments. Данный прибор позволяет определять коэффициент трения и интенсивность износа различных пар трения при заданных рабочих параметрах (рис. 3).

Коэффициент трения скольжения определялся по схеме плоскость – плоскость, где площадь соприкосновения составляла 176,7 мм2. В качестве нагрузки использовались специальные грузы общим весом 10 Н, что обеспечивало контактное удельное давление 56,6 кПа. Скорость скольжения в эксперименте составляла 50 мм/с. Испытания проводились в течении 15 секунд для каждого образца, при возвратно поступательном движении. При окружающей температуре 24”С. При относительной влажности воздуха 63%, которая поддерживалась постоянной с помощью сплит системы.

Рис. 2. Измерение шероховатости профилометром Surtronic 25

Рис. 3. Измерение коэффициента трения на трибометре CSM Instruments

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

По результатам испытаний были определены шероховатость (табл. 1) и максимальное значение коэффициента трения (табл. 2) на всех образцах. На основании этих значений были получены зависимости (рис. 3) на которых видно, что коэффициент трения снижается при возро-стании шероховатости. Однако, при испытании образца под номером 3 коэффициент трения возрос, относительно образца под номером 2 с меньший значением шероховатости. Причиной этого может быть влияние формы микро углублений на поверхности трущихся деталей.

ВЫВОД

В результате проведенных исследований можно сделать заключение, что при наличии микро углублений на поверхности трущихся деталей коэффициент трения уменьшается. Однако, при испытании образца под номером 3 коэффициент трения возрос, относительно образца под номером 2 с меньшим значением ше-

Таблица 1. Результаты измерений шероховатости с помощью профилометра Surtronic 25

№ образца	1	2	3	4
Ra, мкм	0,26	2,53	3,8	4,73

Таблица 2. Результаты измерений коэффициента трения с помощью трибометра CSM Instruments

№ образца	1	2	3	4
Максимальный коэффициент трения ц	0,326	0,282	0,287	0,236

Рис. 4. График изменения коэффициента трения в зависимости от шероховатости

роховатости. Причиной этого может быть влияние формы микро углублений на поверхности трущихся деталей.