УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом
Работа посвящена аналитическому обоснованию защиты технологических средств и инструмента от газоабразивного воздействия. Показано, что для снижения силы трения – основного фактора износа, необходимо наносить на поверхность твердые тонкие покрытия, обладающие микроупругостью.
ГАЗОАБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС, ПЛАЗМЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ, МИКРУПРУГОСТЬ.
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Часть технологических средств, используемых для обработки поверхностей, работает в условиях струйно-абразивного воздействия на их рабочие поверхности. Распространенными примерами таких средств являются рабочие поверхности пневмотранспортных установок, струйных мельниц, лопастей вертолетов, а также дробеструйных сопел, используемых для газоабразивной обработки поверхностей. Сопла для дробеструйной обработки поверхностей, как правило, выполняются из твердосплавных материалов и, несмотря на это, интенсивно изнашиваются. Износ сопел при этом приводит к нарушению газодинамического режима абразивно-струйной обработки.
Интенсивность изнашивания материалов определяется их свойствами и условиями трения [1-3]. Основными свойствами материала трущейся поверхности, определяющими её износостойкость, являются твердость, химический состав, структура, теплопроводность [4]. К условиям трения относятся сила трения, скорость трения, температура, наличие и свойства смазки и агрессивных веществ в зоне трения, площадь трения и конструктивные особенности зоны трения [1, 2].
В случае газоабразивного изнашивания поверхности разрушаются абразивными частицами путем срезания, выкрашивания, выбивания и многократного пластического деформирования поверхностных микрообъемов [5]. При этом известно, что интенсивность изнашивания зависит от факторов, включающих параметры частиц (свойств и формы), кинематические параметры (скорость и угол атаки частиц), температуру, степень запыленности газового потока, физико-механические свойства изнашиваемого материала [4, 5].
2 Материалы и методы
В рассматриваемом случае сухого взаимодействия абразивных частиц с поверхностью сопла при невысоких (нормальных) температурах основными факторами, определяющими изнашивание поверхности, являются твердость поверхности сопла [3], рост внутренних напряжений [6] и наклеп (для металлов и сплавов) и способность его к деформации [7], скорость частиц, определяющая силу трения [8].
Традиционно для износостойких деталей используют высокотвердые материалы. Для повышения надежности работы дробеструйных аппаратов используются не только современные твердосплавные материалы [4], но и покрытия со свойствами, обеспечивающими снижение интенсивности изнашивания внутренней поверхности сопла [9].
Что касается силы трения абразивных частиц о поверхность покрытий, то она является одним из основных управляемых факторов снижения интенсивности изнашивания. Сила трения Fтр (н), в свою очередь, может быть уменьшена за счет снижения коэффициента трения kтр и нормальной к поверхности силы FN (н):
(1)
Сила нормального давления FN пропорциональна деформации поверхности x(t) (м) и её жесткости (коэффициенту упругости) k (н/м):
(2)
где t – время, с.
Движение частицы в направлении, перпендикулярном к упругой поверхности во время контакта с ней, описывается уравнением:
1. Основы трибологии : под ред. А. В. Чичинадзе. - М. : Машиностроение, 2001. - 663 с.
2. Загайко, С. А. Основы теории трения и изнашивания : конспект лекций : / С. А. Загайко ; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - Уфа : УГАТУ, 2011 - 102 с.
3. Зорин, В. А. Надежность механических систем : учебник : / В. А. Зорин. - Москва : ИНФРА-М, 2021. - 380 с. - (Высшее образование). - ISBN 978-5-16-010252-8. - Текст : электронный. - URL : https://znanium.com/catalog/product/1136796 (дата обращения: 11.08.2022). - Режим доступа : по подписке.
4. Денисова, Н. Е. Триботехническое материаловедение и триботехнология : учеб. пособие / Н. Е. Денисова, В. А. Шорин, И. Н. Гонтарь, Н. И. Волчихина, Н. С. Шорина / Под общей редакцией Н. Е. Денисовой. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006. - 248 с.
5. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. акад. Б. Е. Патона : - М. : Машиностроение. - 1974. - 768 с.
6. Бирюков, В. П. Основы трибологии : Учебное пособие : - М. : РУТ (МИИТ). - 2018. - 175 с.
7. Кондрашов, Э. К. Эрозионностойкие лакокрасочные покрытия : / Э. К. Кондрашов, В. Н. Владимирский, Э. Я. Бейдер. - М. : Химия, 1989. - 135 с.
8. Пенкин, Н. С. Гуммированные детали машин / Н. С. Пенкин, В. Г. Копченков, В. М. Сербин, А. Н. Пенкин / под ред. д. т. н., проф. Н. С. Пенкина. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 2013. - 245 с.
9. Справочник по ремонту котлов и вспомогательного котельного оборудования / Под ред. В. Н. Шастина. - М. : Энергоиздат. - 1981. - 496 с.
10. Терещенко, В. Г. Износостойкость податливых покрытий из гуммировочных составов в газоабразивных средах : автореф. дис … канд. техн. наук : 05.02.04 / В. Г. Терещенко ; Северо-Кавказский государственный технический университет. - Ставрополь, 2006. - 20 с.
11. Копченков, В. Г. Метод оценки потерь энергии в эластомерах в условиях контактно-динамического нагружения / В. Г. Копченков // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2011. - № 13. - № 4(3). - С. 1077-1079.
12. Пенкин, Н. С. Гуммированные детали машин / Н. С. Пенкин. - М. : Машиностроение, 1977. - 200 с.
13. Пенкин, Н. С. Повышение износостойкости горнообогатительного оборудования / Пенкин Н. С., Капралов Е. П., Маляров П. В. и др. ; под ред. Н. С. Пенкина. - М. : Недра, 1992. - 264 с.
14. Основы технологии машиностроения. Справочник, Коэффициенты трения. [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://osntm.ru/kt_tren.html, свободный. - Загл. с экрана.
15. Кривенко, Н. Победить износ // Техника и наука. - 1986. - № 10. - 1986. - С. 18-21.
16. Бартеньев, Г. М. Трение и износ полимеров / Г. М. Бартеньев, В. В. Лаврентьев - Л. : Химия, 1972. - 240 с.
17. Трение, изнашивание и смазка: справочник / под ред. И. В. Крагельского, В. В. Алисина. - М. : Машиностроение. Т. 1. 1978. - 400 с. ; Т. 2., 1979. - 358 с.
18. Израелит, Г. Ш. Механические испытания резины и каучука / Г. Ш. Израелит. - Ленинград, М. : Гос. науч.-техн. изд-во химической литературы. - 1949. - 460 с.
