粘着磨损型研伤是指磨擦副在相对运动时,由于互相磨擦,接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面,致使磨擦表面产生了划痕与沟槽。
1. 粘着磨损型研伤的产生机理
研究表明:固体表面状况,从微观的角度看是存在着凸凹不平的缺陷的,即使是经过抛光加工也不能完全消除凸峰和凹谷。当两个磨擦表面接触时,实际上是两个磨擦表面的凸峰相互接触。由于接触应力很大,以致产生弹、塑性变形,使接触面积增大,直到能够承受全部载荷时为止。在这种情况下,金属接触表面上将出现牢固的粘着点,这种现象就是通常讲的冷焊粘着。这些粘着点是在没有表面膜的情况下产生的,当磨擦副表面上有表面膜时,只受法向力作用,其冷焊粘着也是不会产生的。若同时有切向力的作用,且法向力和切向力都很大,并在做相对滑动时,磨擦表面的温度就会升高,在高温高压下,致使油膜破坏,接触的金属表面就会软化或熔化,接触点就产生粘着—撕脱—粘着—撕脱的循环过程,使接触表面的材料从一个表面转移到另一表面上,从而使其中一个表面(或两个表面)上形成划痕和沟槽,也就是形成粘着磨损型的研伤。
2. 粘着磨损型的研伤的分类
根据磨擦副表面研伤的破坏程度,我们可将机床上常见的粘着磨损型研伤划分为四类:
(1)涂抹研伤仅发生在软金属浅层表面,被研伤的软金属薄层以涂抹的方式,转移到硬金属表面上,例如:蜗杆副运行一段时间后,蜗杆表面上的铜涂抹在蜗杆表面上。
(2)擦伤研伤发生在软金属表面表层以下较浅的部分,破坏方式是沿运动方向产生细小划痕,有时硬金属表面上也有可能划伤。常见的是在机床运行初期、轴和滑动轴承处于摩合期的磨损。
(3)胶合(或称撕脱)研伤发生在相互磨擦的两个零件的一方或两方的基体较深处,由于表面局部温度高,压力大,使粘着结合强度任一基体金属剪切强度,当磨擦副做相对滑动时其表面做一日和尚撞一天钟产生撕脱性破坏,出现胶合性研伤。如凸轮副、蜗杆副、齿轮副,较为常见;机床的滑板与导轨在缺乏润滑油而导致干磨擦时,也常会产生此类研伤。
(4)咬死当磨擦副表面瞬时闪发的温度相当高、粘着区较大、粘着点的强度也相当高,粘结不能从基体上剪切掉,以致造成相对运动中止的现象。咬死是研伤中严重的一种。例如轴与滑动轴承当润滑不良而出现的“抱轴”,大都会产生这种研伤;大型机床的导轨缺油引起的大面积研伤也会产生咬死。
3. 粘着磨损型的研伤的影响因素及预防措施
影响此类研伤的因素很多,我们可以针对这些因素采取相应措施,来预防其产生和发展。
(1)润滑油脂的因素润滑状态对粘着磨损型研伤影响极大,只要磨擦表面始终保持足够强度润滑膜,避免磨擦表面之间金属的直接接触表面而形成干磨擦或半干摩擦,就可以有效防止和控制粘着磨损型研伤的产生和发展。在影响此类研伤的各种因素中,确保摩擦表面的良好润滑是重要的因素。润滑油中加入油性或粘度添加剂,能提高润滑油膜吸附能力及油膜强度,可成倍提高抗研伤的能力。
(2)压力因素粘着磨损型研伤,一般是随着压力的增大而增加。当压力负荷超过摩擦副材料硬度的一定值时,摩擦副表面氧化膜被压溃,两表面之间新生面的凸出点互相嵌入,相对移动时,会使此类研伤急剧增加,严重时会导致摩擦副表面胶合,甚至咬死。所以使用机床时,工作台、滑动导轨要避免超负荷运行,如龙门刨床、铣床、镗床等在工作台上装夹工件,既要分布合理,又不要超重。机床在大修理时,其导轨进行淬火处理,对预防此类研伤也有很大效果。
(3)温度的因素温度对产生粘着磨损型研伤影响也很大。在摩擦过程中所产生的热量,使摩擦表面的温度升高到一定程度后,轻者,破坏润滑膜,使金属表面直接接触而形成干摩擦或半干摩擦;重者,能使材料处于回火状态而降低材料硬度;更重者,局部区域能使摩擦表面的材料处于熔化状态。这些都将促使此类研伤的产生。选用热稳定性高的材料或加强冷却等措施,是防止因温度而导致粘着磨损型研伤的有效方法。
(4)滑动速度的因素在压力一定的情况下,滑动速度小,形成润滑油膜的作用就减小,油膜厚度较小,油膜常因承受不了运动件的压力而部分破坏,造成两金属直接接触,容易导致研伤。但滑动速度大到一定程度时,使摩擦副的温度升高,易破坏润滑油膜,也容易导致研伤,所以选择合适的滑动速度可以降低产生粘着磨损型研伤的倾向。
(5)表面粗糙度的因素一般说来,摩擦副表面粗糙度越小,抗粘着磨损型研伤的能力就越大,适当降低表面粗糙度可防止此类研伤,对于新机床,常常采用逐渐加载跑合运行,目的就是降低表面粗糙度,以减少早期产生粘着磨损型研伤。但摩擦副表面粗糙度降得过低,润滑剂不能储存于摩擦面之间,又易导致研伤,所以当机床导轨上的花纹被磨损后,在保养机床时,常常重新在上刮上花纹,目的是便于储油,预防研伤。
(6)材料的因素脆性材料比塑性材料的抗粘着磨损能力强;互溶性大的材料所组成的摩擦副比互溶性小的材料所组成的摩擦副,更容易产生磨损型研伤;金属与非金属组成的摩擦副比两种金属所组成的摩擦副产生此类研伤的倾向小。检修机床时,可采用非金属涂层修复滑板导轨、轴和套采用不同材料,或对轴进行表面处理工艺等,减小产生粘着磨损型研伤。