Глава 4. Приработка трущихся поверхностей

Процесс приработки есть процесс формирования на поверхности трения оптимальной (равновесной) шероховатости, когда происходит постепенное увеличение упругой составляющей площади контакта и уменьшение доли пластической составляющей. Следствием этого является минимизация интенсивности изнашивания в конце периода приработка.

Предварительное упрочнение поверхностного слоя пластической деформацией способствует диффузии кислорода воздуха в металл с образованием оксидов железа, что реализует процесс окислительного изнашивания, протекающего с малой интенсивностью.

Для формирования оптимальной шероховатости в процессе приработки необходимо обеспечить определенные условия.

Существенное влияние на протекание процесса приработки оказывают такие факторы, как нагрузка и скорость скольжения.

"Золотое" правило процесса приработки - постепенность увеличения как скорости, так и нагрузки.

Если увеличение давления не превышает некоторого значения (критическое значение контурного давления), качество прирабатываемой поверхности улучшается.

Так как в процессе приработки происходит снижение контурного давления, то для его поддержания в пределах необходимо постоянно увеличивать внешнюю нагрузку на величину, определяемую функцией N(t), до достижения ею максимального значения.

Продолжительность и оптимальные режимы приработки определяются в следующей последовательности:

1. Устанавливают начальную нагрузку приработки N₁ расчетом или экспериментально из условия обеспечения упругого контакта.

2. Находят начальную продолжительность приработки t при нагрузке N₁ из зависимости

(4.1)

где R_z - параметр шероховатости более грубой поверхности;

J_tн - начальная скорость изнашивания при нагрузке N₁ (определяется экспериментально);

 - коэффициент увеличения нагрузки, значения которого принимаются в пределах 1,1...1,3.

2. Устанавливается число ступеней приработки n с нагрузкой N_i для каждой ступени с порядковым номером ступени i.

N_i=N₁ ·^i-1; (4.2)

(4.3)

где N_max - максимальная нагрузка приработки, составляющая 50% эксплуатационной нагрузки.

4. Определяется общая продолжительность процесса приработки

(4.4)

Функция роста нагрузки определяется из зависимости

N(t)=N₁+(N_max-N₁)(t/T)^1/3. (4.5)

В процессе приработки достигается минимальное значение коэффициента трения для заданных условий, что ведет к снижению тепловыделения при трении. Средняя температура (К) в контакте при установившемся режиме трения определяется из зависимости:

(4.6)

где p - удельное давление на контакте, МПа;

V - скорость скольжения, м/с;

A_a - номинальная площадь контакта, м²;

₁,₂ - коэффициенты теплопроводности контактирующих тел, Вт/м ·К;

(4.7)

₁,₂ - коэффициент теплопередачи, Вт/м² ·K;

n - периметр теплоотдающей поверхности, м.

Для интенсификации процесса приработки применяют металлоплакирующие смазочные материалы и масла с добавками поверхностно-активных веществ (ПАВ), что способствует получению шероховатости более высокого класса чистоты обработки. Например, в качестве такой присадки до 10...18% может использоваться полиэтилен.

При отсутствии условий для реализации процесса приработки узлов в процессе эксплуатации необходимо создавать для наиболее ответственных, дорогостоящих узлов специальные обкаточные стенды, основанные на принципе замкнутого силового контура. Затраты на создание таких стендов окупаются за счет существенного увеличения срока службы узлов трения и сокращения расходов на поддержание их в работоспособном состоянии.