Mechanická modifikace topografie strojních součástí, M.Omasta Ústav konstruování Odbor metodiky konstruování Fakulta strojního inženýrství Vysoké učení technické v Brně, vytvořeno v rámci projektu FRVŠ 2452/2010
OSNOVA Úvod do problematiky Realizace cílené modifikace topografie Experimentální zařízení Příklady praktické realizace Závěr 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 spalling odlupování vrstev materiálu http://www.stork gears.com 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 nekonformní povrchy LST textura na třecím povrchu Etsion, I.: LST technology, 2008 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 komplikovaná technologie tvorby vysoké opotřebení velký únik maziva Vtisky jednoduchá a levná technologie tvorby nízké opotřebení 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 Metalografický výbrus materiál TP3500 Povrch ozubeného kola - řez 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 Řízení a kontrola celého procesu tvorby textury na třecím povrchu ROTACE ZATÍŽENÍ 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 etsion@technion.ac.il 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, vytvořeno v rámci projektu FRVŠ 2452/2010