Mechanická modifikace topografie strojních součástí

Mechanická modifikace topografie strojních součástí O.Šamánek, M.Omasta

Ústav konstruování – Odbor metodiky konstruování Fakulta strojního inženýrství Vysoké učení technické v Brně

Tribologie (ZTR) O.Šamánek, vytvořeno v rámci projektu FRVŠ 2452/2010

OSNOVA

 Úvod do problematiky  Realizace cílené modifikace topografie  Experimentální zařízení  Příklady praktické realizace  Závěr

Tribologie (ZTR) O.Šamánek

1/17

ÚVOD DO PROBLEMATIKY – KONTAKTNÍ ÚNAVA

 poškozování povrchů díky cyklickému namáhání (dotykem v jednom bodě nebo jedné oblasti)  popis a studium kontaktní únavy se dále zabývá analýzou vlivů působících na rychlost opotřebení  zkoumání iniciačních podmínek kontaktní únavy (vlivy mazání, povrchových úprav)  šíření trhlin pod povrchem matriálu (růst na povrch, následné odlamování materiálu)

http://rcpcrawlers.com


2/17

ÚVOD DO PROBLEMATIKY PROJEVY POŠKOZOVÁNÍ KONTAKTNÍ ÚNAVOU

pitting důlky v povrchu materiálu

http://www.stork‐gears.com


spalling odlupování vrstev materiálu

http://www.vibanalysis.co.uk

3/17

ÚVOD DO PROBLEMATIKY

SURFACE TEXTURING Cílená modifikace topografie třecích povrchů  vytvoření soustavy mikrodůlků na třecích površích  snížení tření a opotřebení třecích povrchů  konformní povrchy

LST textura na třecím povrchu Etsion, I.: LST technology, 2008

 nekonformní povrchy  hydrodynamické x smíšené (částečné EHD) mazání  vliv na tvar a tloušťku mazacího filmu v kontaktu  vliv na kontaktní únavovou životnost – nárůst kontaktního tlaku

Mikrostruktura kůže žraloka, snižující tření s okolním prostředím Hsu, S., M., Surface texturing, 2006


4/17

ÚVOD DO PROBLEMATIKY

PROČ VTISKY?

Výčnělky

Vtisky

 komplikovaná technologie tvorby

 jednoduchá a levná technologie tvorby

 vysoké opotřebení

 nízké opotřebení

 velký únik maziva

 nízký únik maziva  vyšší hustota textury


5/17

REALIZACE CÍLENÉ MODIFIKACE TOPOGRAFIE Mechanické metody  princip vyrážení vtisků (Rockwell) http://pvcdrom.pveducation.org

 kvalitní geometrie vtisků i textury  nízké náklady na výrobu  přesné a snadno opakovatelné  dokončovací operace na površích


6/17

REALIZACE CÍLENÉ MODIFIKACE TOPOGRAFIE Paprskem energie - laserem  technologie LST

(Laser Surface Texturing)

 extrémně rychlá, krátké výrobní časy  šetrná k životnímu prostředí

www.advancedsealingsolutions.com

 modifikace povrchu pístních kroužků


7/17

REALIZACE CÍLENÉ MODIFIKACE TOPOGRAFIE Paprskem energie - laserem  Tribologie (tření, opotřebení, mazání)  absorpce a konverze světelné energie (fotovoltaika, senzory)  minimální množství přetečeného materiálu


8/17

REALIZACE CÍLENÉ MODIFIKACE TOPOGRAFIE Litografické metody  zvládají tvorbu členitých struktur  leptací technologie Mikrokontaktní tiskání  používá polydimethylsiloxanová razítka k depozici molekul na površích  razítko je vysušeno a lisováno na povrchu, který má byt vzorován  razítko vytváří shodný kontakt s povrchem a molekulami, které jsou převedeny přímo z razítka na povrch v rozmezí několika sekund Schéma procesu mikrokontaktního tiskání


9/17

REALIZACE CÍLENÉ MODIFIKACE TOPOGRAFIE Litografické metody – leptací technologie mokrá leptací metoda  malá anizotropie  odstraňování materiálu pomocí leptadel  deformace požadovaného tvaru

suchá leptací metoda  fyzikální způsoby odstraňování vrstvy  využití laseru, výboje v plazmatu (plazmové leptání, reaktivní odprašování)

Izotropní a anizotropní leptáni (vlevo) a metoda „lift-off“ (vpravo)


10/17

REALIZACE CÍLENÉ MODIFIKACE TOPOGRAFIE Povlakování  vakuové metody povlakování (TS, PVD, CVD)  difuzní sycení povrchu, návarové povlakování Znázornění růstového procesu PVD a CVD

Povrch ozubeného kola - řez

Metalografický výbrus – materiál TP3500


 kombinované povlaky nanášené metodou CVD a PVD  otěruvzdornost  vysoká nákladovost při výrobě 11/17

EXPERIMENTÁLNÍ ZAŘÍZENÍ

Texturovací přípravek - INDENTOR Výhody:  dobře definovaná geometrie vtisku  snadná kontrola tvorby textur  různé geometrie textur Rotační posuv vzorku, Vertikální posuv Indentoru Krokové motory Horizontální posuv vzorku Motorizovaný lineární posuv

ZATÍŽENÍ Řízení a kontrola celého procesu tvorby textury na třecím povrchu

ROTACE

Nevýhody:  časová náročnost na tvorbu textury


POSUV

12/17

EXPERIMENTÁLNÍ ZAŘÍZENÍ

INDENTOR - 3D GEOMETRIE TEXTUR

Vrbka M, et al. Effect of surface texturing on rolling contact fatigue within mixed lubricated nonconformal rolling/sliding contacts. Tribol Int (2010), doi:10.1016/j.triboint.2010.02.002


13/17

PŘÍKLADY PRAKTICKÉ REALIZACE Spalovací motory - písty

http://www.bimmerfest.com

http://ecommons2.library.cornell.edu

 lepší mazání, rychlost výkon  nižší spotřeba paliva  snížení výfukové úroveň a provozní teploty  Minimalizuje opotřebení válce a mechanické ztráty


14/17

PŘÍKLADY PRAKTICKÉ REALIZACE Mechanické těsnící kroužky Izhak Etsion Dept. of Mechanical Engineering Technion, Haifa 32000 Israel [email protected]

Axiální ložiska


15/17

PŘÍKLADY VÝSLEDKŮ A ZÍSKANÝCH POZNATKŮ

ZÁVĚR  Mechanický způsob realizace cílené modifikace topografie třecích povrchů představuje jednoduchou a efektivní metodu, kterou je možné docílit takovýto povrchů.  geometrie textury ovlivňuje kontaktní únavovou životnost – hloubka a hustota vtisků  vhodné rozložení povrchové textury (za konkrétních podmínek) – zvýšení RCF  vhodné je i poukázat na vliv textury na tvar a tloušťku mazacího filmu v kontaktu  přítomnost textury na třecím povrchu ovlivňuje rozložení tlaku v kontaktní oblasti


16/17

Děkuji za pozornost O. Šamánek

Ústav konstruování – Odbor metodiky konstruování Fakulta strojního inženýrství Vysoké učení technické v Brně

Tribologie (ZTR) O.Šamánek, vytvořeno v rámci projektu FRVŠ 2452/2010

Mechanická modifikace topografie strojních součástí

Recommend Documents