ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ДРЕВЕСНО-МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОДШИПНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Муратов Д.И. (БГИТА, г. Брянск, РФ)
Bases of creation of wood-metal composite bearing materials
Одним из эффективных путей углубления комплексной переработки древесины является развитие производства композиционных материалов на основе древесины.
Анализ перспектив повышения работоспособности деталей из древесно-металлических материалов показывает, что она может быть достигнута как за счет формирования благоприятной совокупности объемных характеристик, определяемых строением и свойствами отдельных структурных составляющих древесной матрицы и металлической фазы, так и путем управления свойствами функциональных поверхностных слоев, обеспечиваемых в основном условиями их обработки резанием.
Объемная структура рассматриваемых материалов создается в процессе их проектирования и изготовления заготовок. При проектировании обосновываются основные триботехнические и физико-химические свойства подшипниковых материалов. Структура поверхностных слоев и микрогеометрия контактирующих поверхностей определяют величину коэффициента трения и способность интенсивного отвода тепла с пятен фактического контакта в глубь материала вала и подшипника скольжения. Поэтому аспекты создания благоприятного структурного состояния должны рассматриваться взаимосвязано, для достижения требуемой работоспособности подшипников скольжения.
Наиболее перспективно использование металлических элементов в виде отдельных частиц, размещаемых в объеме материала вкладыша, поскольку в иных случаях получается материал с резко выраженной анизотропией свойств как по глубине, так и по поверхности фрикционного контакта. При выборе металлической фазы сферической формы возможно достижение более равномерного ее распределения в древесной матрице и обеспечение регулируемой ее концентрации по толщине вкладыша в зависимости от задаваемых условий эксплуатации.
Одним из наиболее важных факторов при проектировании древесно-металлических композиционных материалов является выявление благоприятного уровня концентрации металлической фазы в объеме подшипникового материала и ее дисперсности. Это обусловлено в значительной степени необходимостью обеспечения существенного снижения уровня температурного режима эксплуатации древесно-металлических подшипниковых материалов.
Для повышения износостойкости необходимо обеспечить целесообразный выбор металлической и древесной составляющих композитов, способа модификации древесины, соотношение древесной и металлической фазы, провести оптимизацию состояния функционального поверхностного слоя (шероховатость, волнистость, погрешность формы и др.), а также предусмотреть функциональные элементы для концентрации и удаления из зоны трения загрязнений и продуктов износа.
Благоприятный уровень теплофизических характеристик обеспечивается за счет назначения оптимального химического состава металлической составляющей, породы древесины, направления ее волокон и характера модификации, а также рационального соотношения в древесно-металлическом материале древесной и металлической фазы. Существенную роль при обеспечении требуемого уровня теплофизических характеристик подшипникового материала играет его сплошность, характеризующаяся плотностью контакта между металлической и древесной фазами. Представляется целесообразным имплантацию металлической фазы осуществлять до выполнения уплотнения древесной массы.
На температурный режим работы узла существенное влияние оказывает коэффициент трения, определяемый помимо прочих факторов шероховатостью и волнистостью контактирующих поверхностей, а также соотношением на них древесной и металлической составляющих материала. На величину коэффициента трения оказывает влияние режим смазывания, а также процессы, протекающие не фрикционном контакте.
Необходимый уровень диссипативных характеристик древесно- металлического подшипникового материала достигается выбором породы древесины, степенью ее уплотнения и насыщения металлической составляющей.
Структура подшипниковых материалов, характеристики отдельных ее составляющих, их влияние на обрабатываемость древесно-металлических материалов и износостойкость используемого инструмента в значительной степени определяют состояние поверхностных слоев изнашиваемых поверхностей подшипников скольжения. Выявление закономерностей образования структуры поверхностного слоя обеспечивает получение благоприятного сочетания характеристик качества поверхностных слоев после их формирования обработкой резанием лезвийным инструментом. Эти закономерности могут быть установлены на основе анализа зависимостей, связывающих физико-химические и структурные свойства с показателями обрабатываемости исследуемых материалов и свойствами формируемых поверхностей.