Исследование закономерностей фрикционного взаимодействия полимерных композиций с металлической поверхностью

В процессе производства и переработки полимерных материалов, в том числе и резиновых смесей, имеет место фрикционное взаимодействие перерабатываемого материала с поверхностью рабочих орга­нов машин. Знание закономерностей этого взаимодействия позволяет представить картину физических явлений в зоне взаимодействия, обеспечивать теоретические предпосылки процессов, предвидеть и обосновать причины износа рабочих органов машин.

Основной закономерностью фрикционного взаимодействия между двумя телами при их относительном смещении является так называе­мый первый закон трения (закон Амонтона):

(1)

где F – сила трения, кГс;

N – сила нормальная, кГс;

µ – коэффициент трения.

Рисунок 1 – К закону трения

Этот же закон в другой записи:

(2)

где – удельная сила трения, кГс/см²;

– нормальное давление, кГс/см²;

S – площадь контакта образца с поверхностью контртела, см².

Такая линейная связь справедлива для металлов в определенном значении давлений и скоростей скольжения.

При взаимодействии полимеров с металлической поверхностью связь между τ и Р носит, как правило, нелинейный характер и описывается формулой Тириона:

, (3)

где А и В – некоторые эмпирические константы.

Целью работы является экспериментальное определение функциональ­ной связи между F и N; µ и N; 1/µ и Р при относительном скольжении полимерной композиции по стальной поверхности.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙУСТАНОВКИ

Установка представляет плоскостной трибометр, схема которого показана на рисунке 2.

1 – винтовой механизм; 2 – клиноременная передача; 3 – коробка скоростей;

4 – электродвигатель; 5 – рычажная сис­тема;

6 – тензометрическое кольцо; 7 – динамометр; 8 – плунжер (d_пл = 9 мм);

9 – испытуемый материал; 10 – контртело; 11 – груз

Рисунок 2 – Принципиальная схема плоскостного трибометра

Основными узлами трибометра являются узел прессования, узел нагружения, узел привода, измеритель силы трения. Испытуемый мате­риал 9 уплотняется в матрице, дном которой служит металлическая пластина – контртело 10, смонтированная на плите, опирающейся на ролики. Нагружение образца 9 производится рычажным механизмом 5 через образцовый дина­мометр сжатия (типа ДОСМ) 7 и плунжер 8 (d_пл = 9 мм). Перемещение контртела производится с помощью привода, включающего электродвигатель 4, короб­ку скоростей 3, клиноременную передачу 2 и винтовой механизм 1.

Измерение силы трения производится с помощью тензометрического кольца 6 и тензометрического усилителя и электронного потенциометра (не показаны). Контртело 10 в виде пластины мо­жет иметь различную чистоту обработки (шероховатость) поверхности и является сменным инстру­ментом. Между поверхностью контртела и нижним обрезом камеры (плунжерной пары), в которой прессуется испытуемый материал, при подготовке установки к проведению очередного опыта во избежание образования задиров на поверхности скольжения контртела, создается зазор в несколько десятых долей миллиметра путем выворачивания цилиндра плунжерной пары на ¼ оборота.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

1. Контртело (стальная пластина) крепится к подложке винтами и переводится с помощью привода в исходное положение.

2. При откинутом рычаге нагружения и снятом образцовом динамометре сжатия 7 в материальный цилиндр 8 загружается порция испытуемого материала и уплотняется плунжером 8. Количество материала выбира­ется такое, чтобы после уплотнения его рычаг 5 занимал горизонтальное положение и не опирался на подставку.

3. С помощью грузов, устанавливаемых на подвеску рычага 6, создается определенное нормальное давление на исследуемый материал, оцениваемое по показа­ниям, образцового динамометра (ДОСМ) 7.

4. C помощью руководителя работ устанавливается нужная скорость перемещения пластины.

5. Включается в работу привод трибометра и с помощью самописца потенциометра КСП фиксируются значения силы трения в месте кон­такта пластины 10 с испытуемым материалом.

6. Выключается привод прибора и на образец накладывается новая нагрузка.

7. Опыты повторяются при других значениях нормальной нагрузки.

8. Производится смена контртела и повторяются опыты по п. п. 2 – 7.

9. По окончании работы очищается камера плунжерной пары и вся установка. Испытуемый материал возвращается в исходную емкость.