Износостойкость металлополимерных трибосистем при низкочастотном вибронагружении

Введение. Антифрикционные самосмазывающиеся полимерные композиты в виде покрытий широко применяются в авиакосмической, транспортной, строительной и ещё в целом ряде промышленных отраслей техники. Области их использования характеризуются частыми значительными по величине перегрузками, как статическими, так и динамическими [1]. В работе приводятся результаты исследования триботехнических параметров этих материалов при низкочастотном (несколько герц) вибронагружении.

В процессе эксплуатации температура генерируется как на контактной поверхности при трении, так и в объёме композита в результате гистерезисного нагрева при вибронагружении. Она снижает физико-механические свойства покрытия и увеличивает его износ и деформацию ползучести, формирующих зазор трибосопряжения.

Методика исследований. Экспериментальные исследования покрытий проводились на стенде, смонтированном на базе токарно-винторезного станка. Статическая нагрузка создавалась динамометром сжатия ДОСМ-3-1, динамическая – приспособлением для поверхностного пластического деформирования. Исследования выполнялись по экспериментальным планам типа ПФЭ 2^к (табл.1).

Таблица 1 Исходные данные ПФЭ 23

Полученные результаты. Реализация исследований позволила получить регрессионную модель зависимости температуры покрытия от эксплуатационных режимов в условиях динамического нагружения в виде

T = 26,463 • O 0, ⁴⁵⁵ V ^0Д11 K 0 ⁴³⁸ , (⁰С). (1)

Модель (1) адекватна, а её погрешность не превышает 6%. Коэффициенты при смешанных взаимодействиях статистически незначимы, что подтверждает малую информативность параметра РV для металлополимерных трибосистем [2]. Геометрическая интерпретация представлена на рис.1.

Экспериментальные исследования интенсивности изнашивания выполнялись в том же диапазоне эксплуатационных режимов (рис.2). Критерием полного износа покрытия являлся резкий рост коэффициента трения.

1,10                1,33               1,57               1,80         Kd

Рис.2. Влияние режима эксплуатации на интенсивность изнашивания (покрытие – сталь 45)

Зависимость интенсивности изнашивания от режимов нагружения представлена моделью

I = 8,648 ⋅ 10 ^{- 5}σ^4,03 V ^1,773 K ¹ _d ^,412 ,                                         (2)

где величина I умножена на 10⁸.

Модель адекватна, и её погрешность не превышает 10%. Наиболее сильное влияние на интенсивность изнашивания оказывают контактные напряжения. Графическое представление модели в связи со значительными вариациями выхода выполнено в полулогарифмических координатах.

Армирующая компонента антифрикционного покрытия оказывает существенное влияние на его триботехнические параметры (табл.2).

Таблица 2

Влияние армирующей компоненты покрытия на процесс трения в стационарном режиме ( σ =50 МПа; V =0,3м/с; K d =1,3)

Покрытия со 100%-ным слоем фторопласта на рабочей поверхности сформированы на основе полутораслойных тканей атласного переплетения. Однослойная саржа 1/1 (полотно) имеет на поверхности 66,9% фторопласта. Износостойкость зависит от толщины атласа и саржи, количества фторопласта и демпфирующей способности полимерного композита. В целом, по результатам экспериментальных исследований лучшие антифрикционные показатели имеет покрытие на основе неправильного атласа толщиной 0,55 мм.

В зависимости от степени нагруженности интенсивность изнашивания покрытия на основе тканого каркаса атласного плетения меняется от 2,69∙10-5 до 8,1∙10-8, что соответствует 4-8-му классам износостойкости.

Вывод. Таким образом, экспериментально установлена высокая несущая способность фторопластсодержащих антифрикционных покрытий и возможность их применения в условиях субкритических и критических статических и динамических нагрузок.