Файл: Износа и смазки.pdf

152
Наплавка функциональных покрытий служит для получения на поверхности изделий слоя с необходимыми свойствами. Основной ме- талл обеспечивает необходимую конструкционную прочность. Слой наплавленного металла придает детали особые заданные свойства: из- носостойкость, жаростойкость, жаропрочность, коррозионную стой- кость и т.д. Увеличивается твердость поверхности.
Наплавка подразделяется на следующие способы:
- ручная дуговая наплавка покрытыми электродами;
- дуговая наплавка под флюсом проволоками и лентами;
- дуговая наплавка в защитных газах вольфрамовыми (неплавя- щимся) и проволочными металлическими (плавящимися) электродами;
- дуговая наплавка самозащитными порошковыми проволоками;
- электрошлаковая наплавка;
- плазменная наплавка;
- лазерная наплавка;
- электронно-лучевая наплавка;
- индукционная наплавка;
- газопламенная наплавка.
Наплавку производят при восстановлении изношенных и при изготовлении новых деталей машин и механизмов.
Наименьшая толщина наплавленного слоя – 0,25 мм, наиболь- шая – не ограничена. При наплавке есть опасность появление трещин.
Во избежание образования трещин применяют предварительный на- грев и сохранение постоянной температуры в процессе наплавки: чем выше склонность к трещинообразованию, тем выше температура по- догрева. По окончании процесса обеспечивают плавное охлаждение.
Наплавленный металл имеет структуру литого металла и упрочняется накатыванием.
7.2.9. Финишная антифрикционная безабразивная
обработка поверхностей
Финишную
антифрикционную
безабразивную
обработку
(ФАБО) используют для повышения износостойкости деталей. Ее сущность заключается в том, что поверхности трения деталей покры- вают тонким слоем (1…3 мкм) бронзы, латуни или меди, вследствие чего они приобретают высокие антифрикционные свойства и кон- тактную жесткость. При этом используют явление переноса металла при трении. Обрабатываемую поверхность обезжиривают. Покрыва-

153 ют раствором (глицерин или смесь 2 частей глицерина и 1 части
10 %-го раствора соляной кислоты), который в процессе трения раз- рыхляет оксидную пленку на поверхности стальной детали, создает условия для схватывания медного сплава со сталью. После этого по- верхность натирают прутками меди, латуни, бронзы с помощью при- способления на станках. При трении материал прутка (инструмента) переносится на стальную или чугунную поверхность детали.
Толщина антифрикционного слоя латуни на стали при ФАБО
2…3 мкм, бронзы и меди – 1…2 мкм. В результате этой технологиче- ской операции коэффициент трения снижается в 1,5 раза, износо- стойкость повышается в 2…3 раза. Шероховатость поверхности дета- лей после ФАБО практически не отличается от исходной.
Схема финишной антифрикционной безабразивной обработки деталей показана на рисунке 7.5.
а)
б)
3 3
2 2
4 5
6 1
4 1
5
Рис. 7.5. Схема финишной антифрикционной безабразивной обработки
цилиндрических поверхностей деталей: а – внутренних; б – наружных;
1 – деталь; 2 – инструмент (наносимый цветной металл); 3 – электромо-
тор; 4 – шпиндель; 5 – прижимное устройство инструмента к детали;
6 – патрон станка
ФАБО имеет следующие разновидности:
- нанесение покрытий прутком из бронзы или меди;
- обработка деталей в жидких средах, содержащих химические соединения металлов (медь, олово, висмут и др.), способных восста-
а б

154 навливаться (выделять чистый металл) на поверхностях деталей под воздействием роликов, брусков и щеток;
- нанесение твердосмазочных покрытий (графит, дисульфид мо- либдена) натиранием брусками. Например, износостойкость гильз цилиндров с медным дисульфидмолибденовым покрытием возрастает в 2 раза, а поршневых колец в 1,9 раза.
ФАБО применяют также для обработки шеек коленчатых валов двигателей. При этом обработку ведут на токарных станках или на станках для суперфиниша коленчатых валов с использованием «жим- ков», покрытых войлоком, или специальных обжимок с медными вставками и технологической жидкостью.
Преимущества ФАБО по сравнению с другими финишными операциями состоят в том, что метод чрезвычайно прост (ФАБО про- изводят на токарном станке с помощью специального приспособле- ния), не требует сложного оборудования и придает стальной или чу- гунной поверхности высокие антифрикционные свойства.
Исследования свидетельствуют, что процесс ФАБО позволяет:
- снизить время приработки в 1,5…2 раза;
- исключить задиры поверхностей трения деталей;
- повысить несущую способность сочленений;
- защитить поверхность трения от водородного изнашивания;
- снизить температуру трения и продлить период работы узлов трения при выключении подачи смазки;
- уменьшить коэффициент трения;
- продлить срок службы подшипников качения до образования усталостных повреждений.
ФАБО является также эффективным способ борьбы с фреттинг- коррозией.
Контрольные вопросы к разделу 7
1. Методы повышения износостойкости деталей.
2. Способы улучшения условий нагружения.
3. Основные задачи при конструировании узла трения.
4. Что такое прямая пара трения?
5. Какое влияние на узел оказывает замена трения скольжения трением качения?

155 6. Влияние зазоров на сопряжение. От чего зависят зазоры?
7. Методы защиты рабочих поверхностей от загрязнения.
8. Типы уплотнительных устройств.
9. Технологические методы повышения износостойкости.
10. Что оказывает влияние на степень упрочнения и глубину на- клепа поверхностного слоя?
11. Методы упрочнения поверхностным пластическим деформи- рованием.
12. Виды термической и термомеханической обработки деталей узлов трения.
13. В чем заключается химико-термическая обработка?
14. Что такое диффузионная металлизация?
15. Область применения газотермического напыления.
16. Назначение ФАБО. Перечислите виды ФАБО.

156
8. СМАЗЫВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
8.1. Роль смазочных материалов
Применение смазочных материалов для уменьшения силы тре- ния известно с глубокой древности. На смену применяемым веками органическим маслам, главным образом растительным, в конце
XIX в. пришли минеральные (нефтяные) масла. По мере развития науки и техники нефтяные масла совершенствовались; затем появи- лись синтетические смазочные материалы, твердые и, наконец, само- смазывающиеся материалы.
Основное назначение смазочных материалов – уменьшение со- противления трению и обусловленной им потери энергии, снижение износа поверхностей трения. Наряду с этим смазочные материалы выполняют и другие функции:
- отводят тепло из зоны трения и прилегающих узлов и деталей;
- предотвращают задиры, заедание и заклинивание поверхностей трения;
- препятствуют проникновению к поверхностям трения агрес- сивных жидкостей, газов и паров, а также абразивных частиц (пыли, грязи и т.п.);
- оказывают демпфирующее действие;
- защищают металлические поверхности от коррозии;
- уменьшают энергетические «затраты», что позволяет снизить потери мощности машин и механизмов.
8.2. Виды смазки и смазочных материалов
Смазочные материалы могут быть жидкими (масла, вода, серная кислота высокой концентрации в некоторых машинах химической промышленности, эмульсии и другие жидкости), газообразными
(воздушная и газовая смазки), пластичными и твердыми (тальк, гра- фит, дисульфид молибдена и др.).
По типу разделения поверхностей трения смазочным слоем раз- личают гидродинамическую, гидростатическую, граничную и полу- жидкостную смазки.
Гидродинамическая (газодинамическая) смазка – жидкостная
(газовая) смазка, при которой полное разделение поверхностей тре-

157 ния осуществляется в результате давления, самовозникающего в слое жидкости (газа) при относительном движении поверхностей.
Гидростатическая (газостатическая) смазка – жидкостная
(газовая) смазка, при которой полное разделение поверхностей тре- ния деталей, находящихся в относительном движении или покое, осуществляется в результате поступления жидкости (газа) в зазор между поверхностями трения под внешним давлением.
Граничная смазка – смазка, при которой трение и износ между поверхностями, находящимися в относительном движении, опреде- ляются свойствами поверхностей и свойствами смазочного материа- ла, отличными от объемных.
Полужидкостная смазка – смазка, при которой частично осу- ществляется жидкостная смазка.
Масла по происхождению разделяют на следующие группы:
- минеральные или нефтяные;
- органические – растительные из семян (касторовые, горчич- ные, сурепные);
- животные (сало, технический рыбий жир, костное, спермаце- товые);
- синтетические.
В промышленности наиболее широкое (до 95 %) применение нашли минеральные масла. По способу получения они могут быть: дистиллятные, полученные вакуумной перегонкой мазута; остаточ- ные, полученные из остатка от вакуумной перегонки мазута – гудро- на; компаундированные, полученные смешиванием дистиллятных и остаточных масел.
В зависимости от области применения выделяют следующие масла: моторные, индустриальные, трансмиссионные, гидравличе- ские, индустриальные, турбинные, компрессорные, приборные, пи- щевые масла и жидкости и др.
Наиболее значительной по объему производства и ассортименту является группа моторных масел, подразделяемых на масла для бен- зиновых (карбюраторных) двигателей, дизелей и на универсальные масла для двигателей разных конструкций.
В группе индустриальных масел для промышленного оборудо- вания выделяют масла для гидравлических систем, зубчатых передач закрытого типа (редукторов), направляющих и др. Трансмиссионные масла подразделяют на масла, используемые для смазывания механи- ческих, гидромеханических и гидростатических передач.

158
К органическим относятся растительные и животные масла, об- ладающие высокой смазывающей способностью, но имеющие плохую стойкость при высоких температурах. По этой причине в чис- том виде их практически не используют, иногда добавляют к мине- ральным маслам для улучшения смазывающих свойств.
Современные синтетические смазочные материалы имеют очень высокое качество. Их применение позволяет резко расширить диапа- зон рабочих температур и увеличить сроки эксплуатации. Широкое применение синтетических углеводородов в компрессорах, редукто- рах, паровых турбинах приводит к снижению энергозатрат, уменьше- нию рабочей температуры и к повышению эффективности работы оборудования.
Температурный диапазон применения таких смазочных материа- лов шире, чем у минеральных масел и смазок, они могут обладать как более низкими, так и более высокими коэффициентами трения по срав- нению с минеральными смазочными материалами. Синтетические сма- зочные материалы с низкими коэффициентами трения рекомендуется использовать в силовых трансмиссиях для снижения энергетических потерь, а с высокими коэффициентами трения – в качестве рабочих жидкостей для фрикционных вариаторов. Синтетические смазочные ма- териалы обладают высокой долговечностью, высоким сопротивлением окислению, не содержат соединений, вызывающих образование осадка.
Смазочные материалы и системы смазки должны удовлетворять следующим требованиям:
- гарантированно смазывать узел трения в заданных техниче- скими условиями эксплуатации интервалах температуры, давления и скорости скольжения;
- поддерживать установленные значения функциональных пока- зателей узла трения в пределах определенного срока эксплуатации и хранения;
- не оказывать вредного воздействия на контактирующие с ними материалы;
- быть экологически-, пожаро- и взрывобезопасными.
8.3. Физико-химические характеристики
смазочных материалов
Физико-химические характеристики смазочных материалов – это система регламентированных стандартами показателей для оцен- ки качества. Рассмотрим основные характеристики.

159
Номинальная плотность (при заданной температуре). Плот- ность сама по себе не характеризует качества смазочного материала, но ее уменьшение сопровождается снижением вязкости и температу- ры вспышки.
Вязкость является одной из важнейших характеристик смазоч- ных масел, определяющих силу сопротивления масляной пленки раз- рыву. Например, чем прочнее масляная пленка на поверхности тре- ния, тем лучше уплотнение колец в цилиндрах.
Вязкость динамическая – это сила сопротивления двух слоев смазочного материала площадью 1 см
2
, отстоящих друг от друга на расстоянии 1 см и перемещающихся один относительно другого со скоростью 1 см/с.
Вязкость кинематическая определяется как отношение динами- ческой вязкости к плотности жидкости.
Температура вспышки – низшая температура вспышки паров нагреваемого смазочного материала при приближении пламени в ус- ловиях обычного давления. Температура вспышки должна быть выше температуры смазываемой поверхности.
Температура застывания – это предельная температура, при ко- торой масло теряет текучесть по определенному допуску (масло по- сле наклона стандартной пробирки под углом 45° остается неподвиж- ным в течение 1 мин). Косвенно по этой температуре можно судить о растекаемости смазочного материала по поверхности трения.
Противоизносные свойства характеризуют способность масла уменьшать интенсивность изнашивания трущихся деталей, снижать затраты энергии на преодоление трения. Эти свойства зависят от вяз- кости и вязкостно-температурной характеристики, смазывающей спо- собности и чистоты масла.
Моюще-диспергирующие свойства. Моющие свойства характе- ризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту дета- лей двигателя и противостоять лакообразованию на горячих поверх- ностях, а также препятствовать прилипанию углеродистых соедине- ний. Диспергирующие свойства характеризуют способность масла препятствовать слипанию углеродистых частиц, удерживать их в со- стоянии устойчивой суспензии и разрушать крупные частицы про- дуктов окисления при их появлении.
Противоокислительные свойства определяют стабильность масла, от которой зависит срок работы масел в двигателях, характе- ризуют их способность сохранять первоначальные свойства и проти-

160 востоять внешнему воздействию при нормальных температурах.
Стойкость моторных масел к окислению повышается при введении антиокислительных присадок.
Коррозионная активность всех масел зависит от содержания в них сернистых соединений, органических и неорганических кислот и других продуктов окисления. В лабораторных условиях антикоррози- онные свойства моторных масел оценивают по потере массы свинцо- вых пластин (в расчете на 1 м
2
их поверхности) за время испытания при температуре плюс 140°С.
Коррозионный износ деталей определяется также исходным значением щелочности и скоростью ее изменения. Чем больше про- работало масло, тем ниже становится показатель щелочности.
Содержание механических примесей и воды. Механических примесей в маслах без присадок не должно быть, а в маслах с присад- ками их значение не должно превышать 0,015 % по массе. Механиче- ские примеси не должны оказывать абразивного действия на трущие- ся поверхности. Вода в моторных маслах должна отсутствовать. Даже небольшое количество воды вызывает деструкцию присадок, проис- ходит процесс шламообразования.
Коксуемость – склонность масла при нагревании образовывать остаток с последующим термическим разложением остатка масла в отсутствие воздуха. Коксуемость определяется как вес кокса в про- центах к навеске испытуемого смазочного материала.
Зольность – наличие в смазочном материале несгораемых ве- ществ. Зольность определяют в лабораторных условиях и выражают процентным отношением образовавшейся золы к массе пробы масла, взятой для анализа. Зольность масел, не содержащих присадок, не превышает 0,02…0,025 % по массе. У масел с присадками зольность не должна быть менее 0,4 %, а у высококачественных марок масел не менее 1,15…1,65 % по массе. Повышенная зольность способствует увеличению твердости нагара в двигателях внутреннего сгорания.
Кислотное число (КОН) характеризует содержание кислот в сма- зочном материале. Водорастворимой кислотой в наработавшем сма- зочном материале может быть серная кислота. При отсутствии водо- растворимых кислот начальная кислотность смазочного материала обусловлена нафтеновыми кислотами. Возрастание кислотного числа позволяет судить о степени его окисления смазочного материала.Ки- слотное число определяется как количество миллиграммов едкого ка- лия, требующегося для нейтрализации 1 г смазочного материала.

161
Стабильность к сдвигу – это способность масла сохранять по- стоянную величину вязкости под воздействием высокой деформации сдвига при эксплуатации.
Температура каплепадения является показателем температурной стойкости смазки. При достижении данной температуры, определяе- мой в лабораторных условиях, происходит падение первой капли смазки, нагреваемой в специальном приборе. Надежное смазывание узлов трения без вытекания смазки обеспечивается, если рабочая температура узла на 15…20°С ниже температуры каплепадения пла- стичной смазки.
Пенетрация характеризует густоту смазки. Значение пенетра- ции определяется по шкале пенетрометра. Чем выше значение пенет- рации, тем меньше густота (консистенция) данного смазочного мате- риала.
Водостойкость – характеризует способность смазочного мате- риала противостоять растворению в воде.
За исключением вязкости, все рассмотренные показатели либо косвенно и ограниченно характеризуют поведение смазочного мате- риала в эксплуатации, либо служат для контроля их качества при производстве, транспортировке и хранении.