Визначення зносу і технологія обробки мастильних канавок круглого профілю Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 86 Диха О.В., Вичавка А.А., Дитинюк В.О. Хмельницький національний університет, м. Хмельницький, Україна E-mail: tribosenator@gmail.com ВИЗНАЧЕННЯ ЗНОСУ І ТЕХНОЛОГІЯ ОБРОБКИ МАСТИЛЬНИХ КАНАВОК КРУГЛОГО ПРОФІЛЮ УДК 621.891 Запропонована наближена розрахункова залежність зносу від шляху тертя для оцінки зносу напрямної ко- взання з мастильними канавками круглого профілю на стадії проектування. Алгоритм розрахунку передбачає вибір оптимальних параметрів мастильного профілю за критерієм зносостійкості при заданих режимах експлуатації на- прямної. Розглянутий спосіб формування мастильних канавок фасонного змінного профілю шляхом поверхнево пластичного втискання в оброблювану поверхню пуансона. Ключові слова: напрямна ковзання, маслоутримувальний профіль, розрахунок зносу, шлях тертя, поверх- нево - пластична деформація Вступ З метою подовження терміну служби деталей машин при терті і зношуванні на їх поверхню на- носять різні маслоутримувальні мікро- і макрорельєфи. Чим краще утримується мастильний матеріал між контактуючими деталями, тим менше вони зношуються. Створені при обробці канавки на поверхні ви- конують функцію резервуарів для утримання і розподілу масла. За допомогою теоретичних досліджень, лабораторних і експлуатаційних випробувань визначається який тип, форма і глибина профілю канавок є найприйнятнішими. Геометричні, конструктивні і технологічні особливості маслоутримуючих рельєфів розглядались в роботах Ю.Г. Шнейдера [1], Л.Г. Одінцова [2] та інших авторів [3 - 7]. Отримані при цьому канавки ви- конують функцію змащувальних кишень, що сприяють утриманню і розподілу масла в зоні тертя і, у та- кий спосіб, підвищенню зносостійкості сполучення в цілому. Маслоутримувальні канавки, як правило, змінюють геометрію поверхні матеріалів і, відповідно, несучу площу контакту при взаємодії з іншими поверхнями. Форма і розміри канавок визначаються технологією їх отримання. Серед параметрів регулярних профілів має значення напрямок ліній профілю щодо напрямку ві- дносного ковзання, відносна площа поверхні (відношення площі, зайнятої канавками, до загальної пло- щі), глибина і форма змащувальних канавок. Результати досліджень зносостійкості поверхонь з регуляр- ним рельєфом [1 - 5] вказують, що кращі результати дають поперечні відносно напрямку переміщення канавки, оскільки в цьому випадку забезпечуються більш сприятливі умови для мащення, і в цілому по- верхня має більшу несучу здатність в порівнянні з поздовжніми канавками. Що стосується відносної площі поверхні, то тут оптимальними вважаються випадки, коли площа змащувальних канавок складає 40 - 50 % від загальної площі поверхні. Для надійного утримування масла, забезпечення перетікання його з канавки в зону контакту поверхонь, видалення забруднень найкращі результати дають канавки круглої форми. В даній роботі досліджується вплив геометрії маслоутримувальних канавок круглого профілю на контактні параметри в плоских напрямних ковзання, а також можливість їх врахування при зношуванні. Постановка задачі та основні рівняння Розрахункова схема для канавок круглої форми наведена на рис. 1. 11 Рис. 1 – Розрахункова схема і вигляд канавок круглої форми Для визначення несучої здатності профілю з круглими канавками на рівні зносу wu визначимо довжину одної канавки на цьому рівні 112 BA : Визначення зносу і технологія обробки мастильних канавок круглого профілю Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 87     www uhruhuhrRBA  2222 22 11 . (1) Тоді після перетворень отримаємо:    2 1 2 1 11 222 ww uhuhrBA  . (2) Несуча довжина профілю визначиться як різниця між базовою довжиною l та загальною довжи- ною всіх канавок в межах базової довжини, що , в свою чергу, лорівнює довжині олнієї канавки 112 BA , помноженої на кількість канавок kln / . Отже для круглого профілю маслоутримуючих канавок несуча довжина pl на рівні wu буде до- рівнювати:          2 1 2 1 2 2 1 wwp uhuhrk ll . (3) Величина контактного тиску визначиться як відношення зовнішнього навантаження Q до роз- мірів площі контакту hA : hA Q  , де hA − площа зрізу профілю при перетині площиною на відстані wu . Площа контакту при зносі контактуючих тіл на величину wu дорівнює:  bulA wph  , де b − ширина контакту поверхонь. Отже залежність для визначення контактного тиску можна представити у вигляді:     0 2 1 2 1 2 2 1 1                ww uhuhrk . (4) Приймемо модель зношуваня напрямної ковзання у вигляді безрозмірних комплексів: контакт- ного тиску і швидкості ковзання.                Vb HB f c ds du w w , (5) де wu – нормальний лінійний знос напрямної; s – шлях тертя; f – коефіцієнт тертя в парі повзун-напрямна;  – нормальний контактний тиск; HB – твердість матеріалу напрямної; V – швидкість ковзання; b – номінальна ширина напрямної;  – кінематична в’язкість оливи; wc – коефіцієнт зносостійкості. Визначення зносу і технологія обробки мастильних канавок круглого профілю Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 88 В даному випадку приймаємо лінійну залежність інтенсивності зношування від контактного тис- ку характерну для типового зношування напрямних абразивними частинками у вигляді окалини, абрази- ву, залишків обробки. Нормальний контактний тиск між повзуном і напрямною на площі контакту з урахуванням мас- тильних канавок буде дорівнювати:               )(2 sak k bl Q , (6) де Q – навантаження на напрямній; b – номінальна ширина напрямної; l – довжина контакту повзуна і напрямної; k – крок мастильних канавок; )(sa – напівширина мастильної канавки на поверхні напрямної. Величину зносу напрямної можна вимірювати по зменшенню ширини мастильних канавок на поверхні напямної. Величину зносу в залежності від напівширини мастильної канавки знайдемо з виразу (1) (при цьому приймаємо, що величина wu значно менша за величину h :  )2)( )(2 1 )( 22 rhhsa rh suw   . (7) Продиференцюємо останню геометричну залежність по шляху тертя s : ds da hr a ds du w   . (8) Знак «мінус» у виразі означає, що ширина трикутної мастильної канавки в процесі зношування зменшується. Прирівнюючи (5) та (8) отримаємо: ds da hr a HB fVbcw          . (9) Підставимо в ліву частину рівняння (9) вираз для контактного тиску (6): ds da hr a HB fVbc sak k bl Q w                      )(2 . (10) Перетворимо (10) до вигляду: daka hr a ds HBl fVkcQ w )2(          . (11) Це звичайне диференціальне рівняння з розділяючимися змінними. Інтегруючи диференціальне рівняння (11) отримаємо: Cksasas HBl hrfVkcQ w    )( 2 1 )( 3 2 )( 23 . (12) Постійну інтегрування C знайдемо з умови 0)0( asa  (початкова напівширина мастильної канавки). Визначення зносу і технологія обробки мастильних канавок круглого профілю Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 89 Тоді отримаємо: kaaC 20 3 0 2 1 3 2  . (13) З урахуванням )2(0 hrha  та )(2)2( hruhrha w  після підстановок у (12), перетворень та нехтуючи відносно малими величинами отримаємо наближену формулу для розрахунку величини лінійного зносу у напрямній ковзання Wu від шляху тертя s : s hr hkHBl fVkcQ u ww                1 3 2 1 2 3 (14) Приклад розрахунку зносу напрямної ковзання Розрахуємо знос напрямної ковзання за розробленою методикою за наступих вихідних даних. 1. Геометричні розміри напрямної: l = 500 мм; b = 50 мм; 2. Швидкість ковзання: V = 20 мм/с; 3. Кінематична в`язкість оливи Індустріальне И-30:   40 мм2/с; 4. Коефіцієнт тертя в парі повзун-напрямна: f = 0,1; 5. Робоче авантаження Q = 500 Н; 6. Максимальна глибин мастильної канавки h = 0,5 мм, крок канавок k = 10 мм, радіус профі- лю канавки r 1,5 мм. 7. Твердість матеріалу напрямної HB=400 МПа. Параметр зносостійкості Wc в парі чавун-чавун можна прийняти за довідниковими даними WС = 2 · 10 -8. Результати чисельного розрахунку лінійного зносу напрямної ковзання наведені в табл. 1. Таблиця 1 Результати розрахунку зносу підшипника в залежності від шляху тертя Шлях тертя, s , мм 109 1010 1011 Лінійний знос, Wu , мкм 2,56 25,6 256 Отримана розрахункова залежність дозволяє проводити оцінку зносу напрямної ковзання з мас- лоутримувальними канавками круглого профілю на стадії проектування. Алгоритм розрахунку передба- чає вибір оптимальних геометричних параметрів мастильного профілю за критерієм зносостійкості при заданих режимах експлуатації і конструктивних параметрах напрямної. Недоліком мастильних канавок однакової глибини по всій ширині напрямної є не врахування нерівномірного розподілу навантажень на напрямній та можливість витоку масла через бокові грані на- прямної. Більш доцільним є застосування мастильних канавок змінного профілю: максимального в центрі напрямної із зниженням до мінімуму поблизу граней напрямної. У цьому випадку форма профілю канавки буде представляти собою тіло подвійної кривизни. Розглянемо далі можливу технологію отри- мання такого профілю круглої форми шляхом поверхнево - пластичного деформування фасонним ін- струментом. Створення маслоутримувального круглого профілю змінної глибини. Пропонується спосіб формування маслоутримувальних канавок на поверхні ковзання напрямних пристроїв зворотно-поступального руху металорізальних верстатів, кривошипних і гідравлічних пресів та іншого технологічного обладнання. Визначення зносу і технологія обробки мастильних канавок круглого профілю Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 90 Широко використовують напрямні пристрої з плоскою поверхнею ковзання [8], яка в процесі зворотно-поступального руху спареної деталі піддається мащенню. Щоб поліпшити умови мащення і підвищити зносостійкість напрямної на поверхні ковзання перпендикулярно напряму руху спарених де- талей формують прямі маслоутримувальні канавки глибиною 0,5 … 0,7 мм і шириною 1 … 1,5 мм з ви- ходом формуючого інструменту за кромки поверхні ковзання. Недолік наскрізних канавок однакової гли- бини полягає в тому, що за умови центрального навантаження при віддаленні від центра напрямної мас- тильний клин руйнується і відбувається витікання мастила через відкриті торці канавки за межі зони тер- тя. За рахунок цього ефективність мащення контактних поверхонь тертя значно погіршується. Також для формування регулярного профілю застосовують поверхнево пластичну деформацію [9]. Але пристрій призначений для утворення зигзагоподібного профілю канавок сталої глибини, має складну будову з використанням гідроприводу і унеможливлює формування канавки, глибина якої змінюється з урахуванням оптимальних умов мащення. Нами в роботі [10] запропонований спосіб формування маслоутримувальної канавки змінної глибини пластичною деформацією оброблюваної поверхні за допомогою індентора у вигляді кульки, що обертається по круговій траєкторії радіусом R , який визначає довжину l і максимальну глибину h ка- навки.. Для формування канавки заданих параметрів l і h потрібний радіус R обертання індентора тим більший, чим більша ширина і менша ширина канавки. Так, наприклад. для формування канавки радіусом обертання індентора R =100 мм і максимальною глибиною h = 0,5 мм довжина канавки Rhl 22 =20 мм, а для формування канавки довжиною l = 40 мм такої ж глибини потрібний радіус обертання індентора R = 400 мм [10]. Формування канавок змінної глибини шляхом обертового руху індентора радіусом більше 100 мм вимагає складного пристрою і практично не можливо здійснити на універсальному металооброблюваному обладнанні. В даній роботі вирішується завдання спрощення механізму і розширення технологічних можли- востей формування фасонного маслоутримувального профілю гідродинамічного мащення канавками змінних геометричних параметрів. Поставлена задача вирішується тим, що формування канавки здійснюється пуансоном, робоча поверхня якого заокруглена радіусом hbr 8/2 і описана радіусом hlR 8/2 , де l – довжина канавки, h – максимальна глибина канавки згідно креслення. Формування канавки маслоутримувального макропрофілю на плоскій поверхні напрямної .відбувається за рахунок поверхневої пластичної деформації в холодному стані і здійснюється за допомо- гою штампа на механічному або гідравлічному пресі не показано). Напрямна 1 (рис. 1) ставиться на опорну плиту 2 між фіксуючими планками 3, здійснюється робочий хід повзуна преса і пуансон 4 силою P втискається в поверхню напрямної 1. А А l h r A - A P R S 2 3 1 4 b h А А l h r A - A P R S 2 3 1 4 b h Рис. 1 – Формування маслоутримувальної канавки змінних розмірів За умови, що робоча поверхня пуансона 4 заокруглена радіусом hbr 8/2 і описана радіусом hlR 8/2 на поверхні напрямної 1 формується канавка довжиною l , шириною b і глибиною h . Перед наступним робочим ходом повзуна преса напрямна 1 просовується між фіксуючими планками 3 на крок подачі )5...3( bS мм і формується наступна канавка. Таким чином на робочій поверхні напрямної розмірами L×B отримують фасонний маслоутрмувальний макропрофіль (рис. 2), на якому містяться канавки довжиною l і шириною b , кількість яких вздовж довжини профілю SLn / округлюють до меншого цілого числа. Визначення зносу і технологія обробки мастильних канавок круглого профілю Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 91 L b S Bl L b S Bl Рис. 2 – Фасонний маслоутримувальний профіль Отже запропонований спосіб формування мастильних канавок змінної глибини не потребує складних кінематичних рухів і відповідного технологічного устаткування для реалізації таких рухів. Висновки 1. Отримана розрахункова залежність зносу від шляху тертя, яка дозволяє проводити оцінку зно- су напрямної ковзання з маслоутримувальними канавками круглого профілю на стадії проектування. Ал- горитм розрахунку передбачає вибір оптимальних геометричних параметрів мастильного профілю за критерієм зносостійкості при заданих режимах експлуатації і конструктивних параметрах напрямної. 2. Запропонований спосіб формування маслоутримувального макропрофілю шляхом утворення канавок поверхневою пластичною деформацією і глибина канавки змінюється від найбільшого значення в центрі оброблюваної поверхні до нуля, а фасонний профіль канавки формується шляхом втискання в оброблювану поверхню пуансона. Література 1. Шнейдер Ю. Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом / Ю.Г. Шнейдер. − М.: Машиностроение, 1982. − 248 с. 2. Одинцов Л. Г. Финишная обработка деталей алмазным выглаживанием и вибровыглаживанием / Л. Г. Одинцов. − М.: Машиностроение, 1981. − 160 с. 3. Дыха А. В. Повышение несущей способности подшипника скольжения с маслоудерживающи- ми канавками / А. В. Дыха, О. П. Бабак // Проблеми трибології. − 1997. − № 1. − С. 25-27. 4. Витенберг Ю. Р. Зубообрабатывающие станки и инструменты в приборостроении / Ю. Р. Витенберг, Н. П. Соболев. − М.: Машиностроение, 1969. − 284 с.: ил. 5. Рыжов Э. В. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин / Э. В. Ры- жов. − К.: Наук. думка, 1984. − 271 с. 6. Диха О. В. Утворення мастилорозподільного профілю на багатогранній поверхні / О. В. Диха // Машинознавство. − 1999. − № 8 (26). − С. 42-44. 7. Дыха А. В. Аналитическое опредедение площади и объема маслоудерживающего профиля пе- ременной глубины / О. В. Диха // Проблеми трибології. − 2000. − № 1. − С. 55-58. 8. Станочные приспособления: Справочник. Том 1 / Под ред. Б.Н. Вардашкина, А. А. Шатилова – М.: Машиностроение, 1984. 592 с. 9. Пат. 81025 Україна. Пристрій для обробки плоских поверхонь / Кривий П. Д., Кашуба Н. П., Сеник А. А., Кривінський П.П. Опубл. 25.06.2013 Бюл. №12 10. Пат. 110847 Україна. Пристрій для формування маслоутримувальної канавки змінної глиби- ни. Опубл. 25.10. 2016 Бюл. №20. Поступила в редакцію 10.05.2017 Визначення зносу і технологія обробки мастильних канавок круглого профілю Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2017, № 2 92 Dykha O.V., Vychavka A.A., Dytynyuk V.O. Definition of wear and the technology of processing oil grooves round profil. Proposed to approximate the calculated dependence of wear and tear from the way of friction to assess the wear of slide guide with lubrication grooves a round profile at the design stage. The algorithm for calculating the account provides for the choice of optimal parameters of lubricating profile according to the criterion of wear resistance under given operating conditions of the guide. The method of forming shaped oil grooves of variable profile by surface plastic imprint in the surface of the punch. Key words: guide slide, oil profile, calculation of wear, the path of friction, surface-plastic deformation. References 1. Shnejder Y. G. EHkspluatacionnye svojstva detalej s regulyarnym mikrorel'efom . YU. G. SHnejder. M.: Mashinostroenie, 1982. 248 p. 2. Odincov L. G. Finishnaya obrabotka detalej almaznym vyglazhivaniem i vibrovyglazhivaniem . L. G. Odincov. M.: Mashinostroenie, 1981. 160 p. 3. Dyha A. V. Povyshenie nesushchej sposobnosti podshipnika skol'zheniya s maslouderzhivayushchi- mi kanavkami . A. V. Dyha, O. P. Babak. Problemi tribologії. 1997. No 1. P. 25–27. 4. Vitenberg YU. R. Zuboobrabatyvayushchie stanki i instrumenty v priborostroenii . Y. R. Vitenberg, N. P. Sobolev. M.: Mashinostroenie, 1969. 284 p. 5. Ryzhov E. V. Tekhnologicheskie metody povysheniya iznosostojkosti detalej mashin . EH. V. Ry- zhov. K.: Nauk. dumka, 1984. 271 p. 6. Diha O. V. Utvorennya mastilorozpodіl'nogo profіlyu na bagatogrannіj poverhnі . O. V. Diha .. Mashinoznavstvo. 1999. No 8 (26). P. 42–44. 7. Dyha A. V. Analiticheskoe oprededenie ploshchadi i ob"ema maslouderzhivayushchego profilya pe- remennoj glubiny . O. V. Diha .. Problemi tribologії. 2000. No 1. P. 55–58. 8. Stanochnye prisposobleniya: Spravochnik. Tom 1 . Pod red. B. N. Vardashkina, A. A. SHatilova – M.: Mashinostroenie, 1984. 592 p. 9. Pat. 81025 Ukraїna. Pristrіj dlya obrobki ploskih poverhon' . Krivij P. D., Kashuba N. P., Senik A. A., Krivіns'kij P.P. Opubl. 25.06.2013 Byul. No12 10. Pat. 110847 Ukraїna. Pristrіj dlya formuvannya masloutrimuval'noї kanavki zmіnnoї glibini. Opubl. 25.10. 2016 Byul. No20.