Наиболее распространенными уплотнительными устройствами в машиностроении являются эластомерные манжеты и кольца. Они используются в трубопроводной арматуре, погружных насосах, на валах, подшипниках и в других узлах с парами трения «резина-металл». В конструкцию многих винтовых насосов также входит металлический ротор, который при вращении контактирует с резиновой оболочкой.
Благодаря своей эластичности и упругости эластомерные уплотнения плотно прилегают к металлическим поверхностям и обеспечивать отличную герметизацию. В то же время при взаимном перемещении контактирующих элементов много энергии уходит на преодоление сил трения, что приводит к деформации и повышенному износу резины. В результате нарушается герметичность сопряжений, и ресурс оборудования снижается.
Такая проблема сегодня имеет современное решение еще на этапе проектирования и изготовления уплотнительных устройств. Обеспечить их герметичность, высокий ресурс и низкие потери на трение позволяют инновационные твердосмазочные покрытия, о которых пойдет речь в данной статье.
Механизм трения в парах «резина-металл»
Одной из актуальных проблем при работе эластомерных уплотнений является прилипание резины к сопряженным поверхностям из металла. Для страгивания таких деталей необходимо приложить значительные усилия и преодолеть силу трения f=1,0…1,2.
При этом на поверхности уплотнений часто образуются характерные повреждения, а резина выдавливается в зазоры. Локальные дефекты могут привести к разрыву уплотнений и разгерметизации узла.
Величина силы трения резины по металлу прямо пропорциональна коэффициенту трения, который имеет механическую и молекулярную составляющие. Механическая обусловлена деформацией контактирующих поверхностей при их взаимном перемещении. Молекулярная часть объясняется силами притяжения молекул конструкционных материалов.
В резино-металлических системах трение на механическом уровне преобладает. Снизить его можно путем различных методов финишной обработки металла: шлифования, полирования и др.
Механическая обработка позволяет сгладить микронеровности поверхностей и увеличить площадь контакта. При этом возрастает молекулярная составляющая трения.
Таким образом, снижение износа сопряженных поверхностей из резины и металла является сложной инженерной задачей. Она решается с учетом особенностей трения, конструкционных материалов и методов их обработки.
Существенно облегчает поиск решения применение антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП). В России такие материалы производит компания «Моделирование и инжиниринг».
Покрытия MODENGY для снижения износа резино-металлических пар трения
АТСП MODENGY формируют на поверхностях металлических деталей тонкий композиционный слой (около 5-25 мкм). Связующее вещество в составе покрытий образует полимерную матрицу, ячейки которой заполнены частицами твердых смазочных материалов – дисульфида молибдена, политетрафторэтилена, графита и др.
При нанесении покрытия заполняются микронеровности поверхностей, а их опорная площадь увеличивается. Слоистая структура материала обеспечивает его малое сопротивление сдвигу и снижает механическую составляющую коэффициента трения. Сухая пленка АТСП выполняет разделительную функцию и препятствует налипанию резины на металл, что уменьшает молекулярную составляющую коэффициента трения.
Покрытия MODENGY предотвращают скачкообразное движение деталей и обеспечивают плавность их хода, повышают ресурс и КПД механизмов. Антикоррозионные свойства многих АТСП позволяют в ряде случаев отказаться от применения нержавеющих сталей и заменить их более дешевыми материалами.
За счет способности к выравниванию поверхностей покрытия MODENGY повышают герметичность конструкций.
Перед нанесением покрытий не требуется проводить сложную финишную обработку деталей: для надежной адгезии АТСП достаточно предварительной очистки и обезжиривания основ (шероховатость поверхности может составлять 0,8 мкм). Это снижает затраты на изготовление изделий.
Во многих случаях антифрикционные покрытия способны полностью заменить другие виды смазочных материалов. В отличие от пластичных смазок и масел АТСП выдерживают очень высокие нагрузки, не выдавливаются из зоны трения, инертны по отношению к химически агрессивным веществам. Кроме того, на покрытия не налипают абразивные загрязняющие частицы, что обеспечивает их эффективность в запыленных условиях.
Cостав и характеристики некоторых материалов MODENGY для пар трения «резина-металл»
Покрытие MODENGY 1006 серо-черного полуматового цвета изготовлено на основе дисульфида молибдена и графита. Этот материал работает в диапазоне температур от -70 до +315 °С, обеспечивает минимальный (до 0,03) коэффициент трения, выдерживает до 191 тыс. циклов в испытаниях на износостойкость по ASTM D2714 и 300 ч в камере соляного тумана при испытаниях на защиту от коррозии по ISO R 1456.
АТСП MODENGY 1010 на основе ПТФЭ черного цвета с глянцевой поверхностью. Температурный диапазон эксплуатации - от -70 до +250 °С. Обеспечивает великолепную защиту от коррозии (500 ч в камере соляного тумана).
Покрытие MODENGY 1011 серебристого цвета также изготовлено на основе ПТФЭ. При температурах эксплуатации от -70 до +250 °С оно обеспечивает коэффициент трения до 0,08, показывает хорошую износостойкость и характеризуется отличными антикоррозионными свойствами.
MODENGY 1014 серого матового цвета содержит в составе дисульфид молибдена в сочетании с ПТФЭ. Коэффициенте трения до 0,04 покрытие выдерживает 290 тыс. циклов испытаний на износостойкость и 350 часов в соляном тумане.
Нанесение и отверждение АТСП
АТСП MODENGY наносятся на предварительно подготовленную путем очистки и обезжиривания поверхность методом распыления. Через 10 минут после нанесения жидкий состав высыхает, набирая начальную прочность. После этого детали можно транспортировать без риска повреждения покрытия.
Для полной полимеризации АТСП необходима выдержка в течение 30…60 минут с нагревом до +150 …+200 °С. Точные условия отверждения у каждой конкретной марки покрытия свои.
Аэрозольные антифрикционные покрытия наиболее просты в нанесении. Они не требуют специального ручного инструмента или распылительного оборудования - только аккуратности и точности.
Примеры применения покрытий MODENGY
Антифрикционные покрытия MODENGY разработаны с учетом всех триботехнических процессов, протекающих в парах трения «резина-металл».
Инженерами компании "Моденжи" реализованы десятки проектов, основанных на применении твердосмазочных покрытий для снижения трения и износа резиновых уплотнений.
Наиболее широкое использование АТСП нашли в узлах:
- Пневмо- и гидроцилиндров
- Вращающихся валов
- Трубопроводной арматуры
- Насосов (в роторах, подшипниках и других металлических деталях)
Ниже – примеры применения покрытия MODENGY 1010 на элементы пневмосистем.
