Триботехнические испытания поверхностей трения деталей включают оценку их противоизносных и противозадирных свойств на лабораторных приборах или установках с испытательными образцами простой геометрической формы. В отличие от испытаний в условиях эксплуатации и на стендах лабораторные испытания не требуют больших затрат времени, они в большей степени позволяют изменять условия на поверхности трения и выделять основной параметр, оказывающий влияние на трибологические характеристики. Условия испытания на приборах отличаются от действительных условий работы смазочных материалов в реальных машинах, однако преимущества лабораторных испытаний способствуют их широкому применению.
Действенными способами улучшения эксплуатационных характеристик и повышения надежности пожарной и аварийно-спасательной техники являются изменение технологического процесса, применение новых материалов, внесение изменений в конструкции устройств, однако они дороги и не всегда применимы на практике. Практическое воплощение указанных методов зачастую требует специального станочного парка, который имеется лишь на больших ремонтных предприятиях. Разработка методов упрочнения уже существующих деталей может позволить добиться повышения работоспособности техники, используемой в МЧС России и снизить затраты на ее ремонт и эксплуатационные расходы. Однако определяющим фактором здесь будет являться простота практической реализации метода, эффективность и относительно низкая требовательность к оснащению оборудованием.
Огромные материальные и трудовые ресурсы расходуются на изготовление запасных частей и ремонт пожарной техники. В большинстве случаев техника выходит из строя вследствие износа загруженных деталей, которые либо отправляют в металлолом на переплавку, либо восстанавливают различными способами.
Повышение долговечности узлов трения пожарных машин тесно связано с проблемой качества металлических сплавов, которые в ряде случаев не позволяет удовлетворять требованиям конструкторов при создании принципиально новых конструкций пожарных машин. Поэтому экономически целесообразно не только разрабатывать новые марки стали, но и совершенствовать уже имеющиеся упрочняющие технологии материалов. Целенаправленное изменение свойств поверхностных слоев детали путем использования покрытий и поверхностной механической обработки для уменьшения износа и увеличения коррозионной стойкости – хорошо известная и развитая технология. Однако это направление становится все более важным вследствие того, что требования к физико-механическим и химическим свойствам конструкционных материалов становятся все более жесткими. Как следствие, для достижения максимальной эффективности, возникает необходимость улучшения существующих видов поверхностной упрочняющей обработки с целью удовлетворения постоянно возрастающих требований технологов и конструкторов пожарной техники.
В данной работе для оценки влияния качества механической обработки поверхностей деталей были исследованы следующие триботехнические характеристики – величины износа от пути трения при постоянной нагрузке и зависимость интенсивности изнашивания от приложенной нагрузки при фиксированном пробеге. Испытания проводились на серийно выпускаемой машине СМТ-1, согласно выше описанной методики. На рисунках 1 – 4 представлены триботехнические характеристики исследуемых образцов изготовленных из различных конструкционных сталей.
Анализ полученных зависимостей позволяет сделать вывод о том, что при обработке поверхности деталей алмазным выглаживанием, изготовленных как из конструкционной стали 45, так и из легированной стали 40ХН величина износа от пути трения при постоянной нагрузке и зависимость интенсивности изнашивания от приложенной нагрузки при фиксированном пробеге значительно уменьшается.
В начале работы узла трения контакт поверхностей деталей происходит по вершинам микронеровностей, фактическая площадь контакта мала, а удельные нагрузки большие, часто превышающие предел текучести. Как следствие, происходит разрушение микронеровностей за счет их пластического деформирования или среза, между соприкасающимися поверхностями появляется зазор. Высота неровностей в этот период уменьшается на 65–75%, что должно привести к увеличению фактической площади контакта, а следовательно, к снижению давления. Однако появление зазоров вызывает увеличение динамической составляющей нагрузки, что затягивает период приработки, а в особо тяжелых условиях контактного нагружения может привести к катастрофическому изнашиванию, минуя фазу установившегося износа.
При работе в легких и средних условиях в период приработки шероховатость приобретает оптимальную высоту и направление, почти не зависящие от первоначальной геометрии. Поэтому важно в процессе механической обработки создавать поверхности, шероховатость которых по возможности будет соответствовать приработанным поверхностям трения для конкретных условий изнашивания. В общем случае изнашивание в зависимости от высоты неровностей имеет характер с явно выраженным оптимумом. Возрастание износа с увеличением высоты неровностей обусловлено механическим зацеплением, срезом и их смятием, а при уменьшении высоты неровностей по сравнению с оптимальной поверхностью, износ увеличивается за счет возникновения молекулярного сцепления и заедания плотно соприкасающихся поверхностей.
Анализируя триботехнические зависимости на графиках (рис. 1 – 4) от влияния вида механической обработки поверхности детали и марки стали, можно сделать выводы:
- Интенсивность изнашивания поверхности трения несколько ниже у деталей, изготовленных из легированной стали. Для детали, изготовленной из стали 45 при применении механической обработки поверхности алмазным выглаживанием и при постоянном давлении p = 5 МПа – I = 0.18*10-9, для стали 40 ХН, обработанной тем же способом, интенсивность изнашивания I = 0,15*10-9 (МПа). Разница составляет около 20 %.
- На значение величины интенсивности изнашивания трущихся поверхностей оказывает влияние и выбранный способ их обработки. В серии экспериментов лучшие показатели выявлены у деталей, обработанных точением и алмазным выглаживанием, худшие – у деталей, обработанных точением. При давлении в зоне трения p = 6 МПа разница величин интенсивности изнашивания составила: для стали 45 – 4 раза, для легированной стали 40 ХН – 3,5 раза.