Фторопласты

Влияние количественного соотношения компонентов и размеров их частиц на трение и износ материалов, содержащих фторопласт

Процесс трения и износа материалов, содержащих фторопласт, определяется свойствами пленок, формирующихся на поверхности трения. Основными факторами, влияющими на формирование и параметры пленок являются: материал основы композиций или на­полнителя, количество фторопласта или наполнителя в композици­ях, наличие и свойства других входящих компонентов, размеры частиц компонентов, условия изготовления материалов, условия и режимы трения, вызывающие механо - и термодеструкцию фторо­пласта, материал контртела.

Испытания проведены на установке, обеспечивающей повы­шенную точность определения коэффициента трения, по схеме втулка - радиально нагружаемый цилиндрический образец и на машине трения с устройством для измерения силы трения по схеме трения кольцевой образец - вращающийся диск.

4.4.1. Установка для испытания материалов на трение и износ

Установка (рис. 4.30) состоит из станины 1, на которой смонти­рованы привод, включающий электродвигатель постоянного тока

ПЗ1У4 ГОСТ 183-74, и шпиндельный узел 2, подвижная в двух на­правлениях бабка 3 с испытательной головкой 4 и упорами 5, удерживающими головку от проворачивания, редуктор 6 со счет­чиком количества оборотов типа СК-1 с микровыключателем, та­хометр 7 типа ЦАТ-3М с датчиком частоты вращения шпинделя. Внутри станины смонтированы устройства электрической схемы, обеспечивающей питание электродвигателя, датчика, регулирова­ние частоты вращения и автоматическое отключение установки при достижении заданного пути трения в контакте.

Перемещение бабки 3 в поперечном направлении обеспечивает проведение испытаний на трение по схеме диск - пальчиковый об­разец с измерением радиуса трения, а перемещение в продольном направлении обеспечивает подвод образцов к диску или втулке 8, являющимися контртелами, устанавливаемыми на шпинделе при­вода. В зависимости от схемы трения, используемых при испыта­нии, в бабке устанавливают соответствующую головку.

Для фиксирования температур в контакте и моментов трения на панели станины установлен самописец с усилителем 9.

Точность измерений коэффициента трения при радиальной схе­ме испытаний обеспечивается конструкцией испытательной голов­ки с встроенным устройством нагружения (рис. 4.31).

Корпус 1 головки через цапфу 2, подшипники 3 и стакан 4 уста­новлен в бабке 5, сцентрированной относительно шпинделя 6. В корпусе на осях 7 и 8 шарнирно крепятся рычаги 9 и 10. Штифтами

11, запрессованными в рычаги 9, фиксируют оправки 12 с образца­ми материалов 13. В отверстиях корпуса установлены толкатели 14 с тарированными пружинами 15. В прямоугольные направляющие корпуса установлены ползуны 16, соединенные через резьбу со стяжным винтом 17 и входящие упорами в пазы сухарей 18. Поджа - тие образцов к контртелу (втулке) осуществляют сжатием пружин 15 сухарями 18, получающими перемещение вместе с ползунами 16 при вращении моховика 19, закрепленного на стяжном винте.

Деформация пружин, определяющая усилия поджатия образцов, фиксируется микрометрическими головками 20 через подвижные клинья 21, соединенные с сухарями 18. Плавающая установка
стяжного винта с ползунами в направляющих корпуса обеспечива­ет поджатие образцов к втулке-контртелу равными по величине и противоположно направленными силами.

Значение моментов трения определяют по деформации тариро­ванных упругих балок 22, закрепленных на корпусе и одновремен­но контактирующих с упорами 23, и фиксируют микрометрической головкой 24 с ценой деления 0,001 мм, постоянно контактирующей с балкой или тензометрическими датчиками 25.

Износ материалов определяют с помощью микрометрической головки 26 или по изменению массы - взвешиванием образцов до и после испытаний.

Для испытаний материалов оправки 12 с образцами 13 устанав­ливают на штифты 11 рычагов 9, перемещением бабки с головкой образцы вводят в зону трения и поджимают к поверхности втулки с соответствующей режимам трения силой. Частотой вращения шпинделя задают скорость в контакте, а набором количества обо­ротов на счетчике (с учетом передаточного отношения червячного редуктора) - путь трения.

Противоположно направленные и рав­ные по величине силы поджатия двух об­разцов, момент трения и уравновеши­вающий двумя одинаковыми по длине и жесткости балками момент не вызывают реакции в опорных подшипниках голов­ки, что повышает точность в определении коэффициентов трения материалов неза­висимо от режимов трения, продолжи­тельности и периодичности испытаний.

Головка протарирована по схеме, по­казанной на рис. 4.32. При тарировке го­ловки 1 силы Рт, создаваемые динамомет­ром 2, прикладывали непосредственно к рычагам, на которых при испытании ус­танавливают оправки с образцами. Линии действия тарировочных сил параллельны между собой и проходили через оси шарниров рычагов, конструктивно расположенных на
расстоянии равном диаметру втулки-контртела. Такое приложение сил и отсутствие в схеме блоков, через которые меняют направле­ния действия сил, обеспечивает повышенную точность тарировки.

Тарировочный график представляет зависимость силы трения от величины деформации упругих балок головки.

4.4.2. Измерение толщины пленки на поверхности трения

Контртела

Толщину пленки на поверхности трения измеряли с помощью профилографа - профилометра модели 201 Б-194, предназначенно­го для измерения шероховатости и волнистости поверхностей из­делий из металлических материалов. Возможность погружения иг­лы датчика прибора в поверхность пленки при снятии профилограммы, вызывающего погрешность при измерении, была проверена применением иглы с радиусом закругления 1 мм. Про­филограмма, снятая датчиком с такой иглой, обеспечивает измере­ние толщины пленки, но не дает представления о микрорельефе поверхности и изменении его в процессе трения.

Толщину пленки можно определить по отклонениям профило­граммы, снятой с поверхности участка трения, относительно про­филограммы, снятой с того же участка до испытаний. При этом не­обходимо разграничить эти отклонения на три составляющих: отклонения от температурных влияний, от износа трущейся по­верхности и образования пленки на трущейся поверхности.

На участке профилограммы, соответствующем участку трения поверхности, с которой она снята, присутствуют отклонения от влияния всех трех факторов. На участке профилограммы, относя­щемся к неподверженной трению поверхности, отклонение связано с температурным влиянием. Считая эту составляющую отклонения одинаковой по всей трассе датчика, можно ее исключить из сум­марного отклонения сравнением этих участков профилограмм, сня­тых до и после испытаний с совпадающих трасс датчика прибора на исследуемой поверхности.

Составляющая отклонения от износа при трении может быть исключена анализом профилограмм, снятых с участка поверхности
трения. Кроме того, износ контртела с твердой поверхностью в па­ре с образцами из материалов, содержащих фторопласт, как пока­зывают испытания, несоизмерим с толщиной, образующейся за ко­роткое время трения пленкой, и может быть не учтен при исследованиях относительного изменения толщины пленки от влияния технологических факторов.

Для совмещения трасс датчика прибора втулку-контртело 1 из стали 40Х13 с твердостью поверхности ИЯ С 48...50 и шерохова­тостью 0,32 устанавливали на оправку 2 с фиксатором 3 (рис. 4.33). С подготовленной к испытаниям поверхности втулки снимали профилограмму 1 (рис. 4.34).

После трения на пути 5000 м аналогично снималась профило­грамма 2, на которой отмечались характерные участки А и Б, соот­ветствующие положениям опоры 4 и иглы 5 датчика 6 относительно пленки 7 (см. рис. 4.33, а и б).

По точкам 1 и 1 , соответствующим одной точке на поверхности втулки участка А, относящемуся к участку трассы датчика вне по­верхности трения (см. рис. 4.33, а) находят изменение радиуса втулки от температурных влияний Ahy (в масштабе настройки при­бора):

Ahj = hy - h, (4.14)

Где hy - расстояние от базовой линии до характерной точки 1 на про­филограмме на рис. 4.34, а, мм; h - расстояние от базовой линии до соответствующей точки 1’ на профилограмме на рис. 4.34, б, мм.

По точкам 2 и 2’, соответствующим точке на поверхности тре­ния до и после испытаний, определяют суммарную величину сме­

Щения профилограммы Ah2 на участке Б, относящемуся к участку трассы датчика на поверхности трения (см. рис. 4.33, б). Величина смещения или изменения радиуса втулки в сечении зоны трения (в том же масштабе) определяется как

Лк2 = h2 - h2, (4.15)

Где h2 - расстояние от базовой линии до точки 2 на профилограмме на рис. 4.34, а; h2 - расстояние от базовой линии до соответствую­щей точки 2’ на профилограмме на рис. 4.34, б.

Суммарная величина Ас (в мм), включающая износ втулки и тол­щину пленки, определяется как

Лс = (Ahy-Ah2)Км , (4.16)

Где Км - коэффициент увеличения настройки прибора.

Измерения, проведенные с использованием иглы датчика с уве­личенным радиусом закругления и стандартной иглы, показали значения толщин пленок, отличающихся не более чем на 4 % (в пределах погрешности прибора). Это значит, что удельное давле­ние стандартной ощупывающей иглы датчика позволяет проводить снятие профилограммы с поверхности, покрытой пленкой, обра­зующейся при трении материалов, содержащих фторопласт.

Сравнивая участки Б профилограмм, снятых с поверхности втулки до и после трения (см. рис. 4.34), следует отметить, что в процессе трения почти не изменяется характер и высота микроне­ровностей (точки 3; 3’ и 4; 4’), а изменяется их относительное рас­положение. Это свидетельствует о малой величине износа трущей­ся поверхности втулки, которую можно не учитывать при

90

Определении толщины пленки. Тогда толщина пленки определится Ад « Ас.