3.6. Основи припрацювання поверхонь, що труться, в процесі обкатування

Практика показує, що для збереження регламентованих зазорів тертьових сполучень та забезпечення довговічності роботи машин, необхідно їх припрацювання, яке здійснюється спочатку на холостому ході з поступовим навантаженням поверхонь тертя до максимально допустимих значень.

Припрацювання — це процес зміни геометрії поверхонь тертя та фізико-механічних властивостей поверхневих шарів матеріалу в початковий період тертя, який як правило проявляється при постійних зовнішніх умовах в зменшенні сили тертя, температури та інтенсивності зношування.

Перехід від початкового стану поверхонь тертя до усталеного супроводжується складними незворотними явищами, які проходять в тонкому поверхневому шарі.

При терті в початковий період припрацювання бере участь дуже невелика кількість контактуючих виступів. При цьому створюються досить високі напруження в тертьових нерівностях івстановлюються нові, які відрізняються від початкових за формою і розмірами.

Під час припрацювання виступи на поверхнях тертя набувають оптимальної кривизни, що забезпечує найбільшу стійкість оливної плівки.

Найбільших змін зазнає більш м’яка із спряжених поверхонь, шорсткість якої наближається до шорсткості твердішого тіла, доки не настане рівноважний стан, характерний для конкретних умов експлуатації. На поверхні м’якшого елемента пари тертя поступово формується кільцевий рельєф, що дзеркально повторює рельєф спряженої поверхні більш твердого елемента.

Після кожного розбирання вузла відбувається знову направлена зміна шорсткості м’якшої поверхні, яка супроводжується інтенсивним зношуванням пари тертя. Ось чому так важливо без необхідності не розбирати сполучені елементи.

Усталена після припрацювання шорсткість стає оптимальною (рівноважною) для даних умов тертя і забезпечує мінімальне зношування. Вона може бути як більшою, так і меншою за початкову, і спостерігається після припрацювання на всьому наступному процесі стаціонарного зношування в період нормальної роботи тертьових спряжень.

При переході до стаціонарного режиму, нарівні зі зміною геометричних характеристик, велике значення має зміна початкової структури та фізико-механічних властивостей поверхневих шарів.

Якщо пластична деформація відбувається нижче порогу рекристалізації, то зростає міцність поверхневих шарів, збільшується їх твердість. В деяких випадках шар, який утворився на поверхні, має твердість, що перевищує твердість мартенситу, а іноді, навпаки, спостерігається зменшення його міцності.

Отже, мікротвердість поверхневих шарів після припрацювання залежить від режиму припрацювання та інших факторів, які розглядались вище. Всі фактори, що прямо чи побічно впливають на ефективність припрацювання, можна розділити на основні та супутні.

До основних факторів відносять: навантаження, швидкість, вихідні фізико-хімічні властивості матеріалів та мастильне середовище, до супутніх — температура та пов’язані з нею різні фізико-хімічні зміни контактуючих поверхонь. Навантаження(тиск на поверхні тертя) чинить суттєвий вплив на якість і тривалість припрацювання. Зі збільшенням навантаження в початковий момент припрацювання зростає частка пластичної деформації тонкого поверхневого шару, що призводить до збільшення кількості виділеної теплоти та поглиненої енергії і, як наслідок, до появи дефектів у структурі поверхонь тертя. Ось чому в період припрацювання навантаження не має перевищувати задане.

Зі збільшенням тиску до певного значення, що не перевищує критичного (Р_ср<Р_к), якість припрацьованих поверхонь, наприклад, зубчастих передач та підшипників ковзання, покращується. Зі збільшенням навантаження вище критичного (1Щ >Р_к) в початковий момент припрацювання зростає частка пластичної деформації в тонкому поверхневому шарі, що призводить до збільшення кількості виділеної теплоти та поглинання енергії і, як наслідок, до виникнення дефектів у структурі поверхонь тертя.

Тому фактор навантаження при припрацюванні вважається одним з основних і воно не повинно перевищувати задане.

Швидкість припрацюваннязалежить від якості проміжного середовища — олива, мастила, кількості та роду абразиватощо.

Початкова шорсткість,яка визначається технологією виготовлення деталей, впливає на зносостійкість спряження в основному тільки через припрацювання.Встановлено, що при випробуванні пари «гільза циліндра-поршневе кільце», мікрогеометрія всіх циліндрів після 367 годин навантаження незалежно від початкового стану шорсткості стає постійною і відповідає 0,08 мкм чистоти (дев’ятому класу).

Мастильний матеріал за інших незмінних умов тертя чинить суттєвий вплив на зміну мікрогеометрії при припрацюванні. Суттєвим фактором, який полегшує припрацювання, є застосування припрацювальних олив. Застосування, наприклад, полімерних добавок (10...18 % поліетилену) до оливи скорочує час припрацювання і сприяє отриманню більш гладенької поверхні (приблизно на 2 класи вище початкової).

Отже, зі збільшенням параметру молекулярного зв’язку (за рахунок погіршення мастильних властивостей, наприклад) шорсткість припрацьованих поверхонь повинна збільшуватись, а зі збільшенням модуля пружності матеріалів та зі зростанням контурного тиску до певного значення, яке не перевищує Р_кр , вона повинна зменшуватись. Уміння аналізувати вплив розглянутих факторів на встановлення рівноважної шорсткості з врахуванням фізико-механічних властивостей матеріалів, умов експлуатації та інших факторів, відкриває широкі можливості для підбору пар тертя з метою оптимізації процесу припрацювання та збільшення довговічності вузлів тертя за рахунок зменшення припрацювального зношування.Оптимізація процесу припрацювання дає значну економію коштів.