Post on 06-Nov-2019
transcript
UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI
FACULTATEA DE CONSTRUCŢII DE MAŞINI ŞI
MANAGEMENT INDUSTRIAL
DEPARTAMENTUL TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE
MAȘINI
CONTRIBUȚII PRIVIND PRELUCRAREA
ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE - REZUMAT TEZĂ DE DOCTORAT –
Conducător de doctorat, Doctorand,
Prof. univ. dr. ing. ec. Dumitru Nedelcu Ing. Chiriță Daniel
Iaşi, Septembrie 2019
I
Mulțumiri
Acum, odată cu finalizarea acestei etape din viața mea, mulţumirile și respectul meu se
îndreaptă către toţi cei care m-au îndrumat, sprijinit și încurajat în decursul anilor de cercetare
concretizați în această teză de doctorat.
Mulţumesc în primul rând conducătorului știnţific, domnului Prof. univ. dr. ing. ec.
Dumitru Nedelcu, pentru profesionalismul și tactul pedagogic, pentru încrederea și sprijinul total
și necondiționat acordat în acest demers ştiinţific.
Deosebită recunoștință adresez membrilor comisiei de îndrumare: domnului prof.univ.dr.
ing. Edward Rakoși, domnului conf. dr. ing. Viorel Cohal și domnului conf. dr. ing. Gheorghe
Crețu de la Univesitatea Tehnică "Gheorghe Asachi"din Iași pentru răbdarea de care au dat dovadă
în îndrumarea pe care mi-au acordat-o pentru elaborarea și respectiv realizarea tezei de doctorat.
Adresumiri și recunoștință membrilor comisiei de doctorat: președintelui comisiei în
persoana domnului prof.univ.dr.ing Dumitraș Cătălin Gabriel de la Universitatea Tehnică
"Gheorghe Asachi"din Iași, precum și membrilor comisiei, domnului prof.univ.dr.ing. Nițu Eduard
de la Universitatea din Pitești, domnului prof. univ. dr. ing. Frumușanu Gabriel, Universitatea
"Dunărea de Jos"din Galați şi domnului prof.univ.dr.ing. Dumitru Olaru de la Univesitatea
Tehnică "Gheorghe Asachi"din Iași, pentru răbdarea cu care au analizat lucrarea și pentru
sugestiile formulate.
Mulţumiri aduc şi domnului sef lucrări dr. ing. Ciprian Stamate pentru ajutorul, sfaturile şi
observaţiile oferite.
Vreau să închei prin a adresa mulţumiri din tot sufletul soției și copiilor pentru încredere,
dragoste și suport moral.
Iași, Septembrie 2019
Drd. ing. Chiriță Daniel
II
III
CUPRINS
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A
SUPRAFEȚELOR METALICE .. .................................................................................................1
1.1. Introducere .... ............................................................................................................................1
1.2. Avantajele suprafețelor texturate .. ............................................................................................2
1.3. Metode de fabricare a texturilor de suprafață . ..........................................................................3
1.4. Optimizarea parametrilor de textură ai suprafeței . ...................................................................4
1.5. Aplicații ale suprafeţelor texturate . .........................................................................................5
1.6. Fenomenele din cupla segment-cilindru .. .................................................................................5
1.7. Analiza lubrefierii cuplei segment- cilindru cu suprafață texturată...........................................6
1.8. Abordarea analitică a mecanismelor de frecare uscate.............................................................7
1.9. Concluzii ... ...............................................................................................................................9
1.10. Obiectivele tezei de doctorat .. ..............................................................................................10
CAPITOLUL 2. METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A
ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUŢIE……..…............................................…………........11
2.1. Mașini și echipamente utilizate la execuţia/controlul texturării alezajelor .............................11
2.2. Echipamente utilizate la analiza de suprafață a alezajelor texturate .......................................13
2.3. Pachete software utilizate .................................................................................................... . 18
2.4. Concluzii..................................................................................................................................20
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI
EXECUȚIA ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR
PRIN ROTOPERCUȚIE ............................................................................................................21
3.1. Prezentarea procedeului de texturare.......................................................................................21
3.2. Echipamentul CNC de rotopercuție.........................................................................................23
3.2.1.Generator mecanic de impulsuri pentru rotopercuție utilizând un motor cu ax cu
came..................................................................................................................................................24
3.2.2. Generator electromagnetic de impulsuri pentru rotopercuție...............................................27
3.3. Proiectarea dispozitivului de rotopercuție..............................................................................28
3.4. Concluzii.................................................................................................................................34
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE.................................................................................35
4.1. Modul de lucru al capului rotopercutor...................................................................................35
4.2. Reglarea densității percuțiilor pe suprafața alezajului..............................................................37
IV
4.3. Definirea unui sistem de parametri pentru caracterizarea suprafețelor texturate.....................40
4.4. Analiza dependenței dintre parametrii suprafeței texturate și comportarea tribologică a cuplei
segment-cilindru ……......................................................................................................................41
4.4.1. Analiza suprafeței texturată total……........................................……….....…..…………...44
4.4.2. Analiza suprafeței texturată în zona PMI al segmentului de ungere....................................46
4.4.3. Analiza suprafeței texturată între zona PMI și PME, la mijloc...........................................47
4.4.4. Analiza suprafaței texturată în zona PME al segmentului de foc.............……….....……...48
4.5. Concluzii..................................................................................................................................50
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE
TEXTURARE PRIN ROTOPERCUŢIE.....................................................................................51
5.1. Analiza cavităților obținute prin rotopercuție..........................................................................51
5.2. Analiza SEM a zonelor rototexturate……........................……................……………….......57
5.3. Analiza AFM pe secțiuni ale cavităților create prin rotopercuție............................................61
5.4. Analiza SEM în secțiunea cavităților create prin rotopercuție................................................65
5.5. Analiza cavităților rototexturate cu profilometrul Form Talysurf I50.....................................68
5.6. Concluzii..................................................................................................................................69
CAPITOLUL 6. CONCLUZII FINALE ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE..........................71
6.1. Concluzii finale........................................................................................................................71
6.2. Contribuții personale................................................................................................................71
6.3. Direcții viitoare de cercetare....................................................................................................72
LISTA LUCRĂRILOR ŞTIINŢIFICE...........................................................................................73
BIBLIOGRAFIE (selectivă)...........................................................................................................74
1
CAPITOLUL I
STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A
SUPRAFEȚELOR METALICE
1.1. Introducere
Fricțiunea este utilizată în mii de aplicații din viața de zi cu zi. În unele situații este de
dorit o frecare ridicată, cum ar fi între anvelopele vehiculelor și șosea, frâne, cuplaje și sisteme de
transmisie a puterii prin frecare. În alte aplicații, reducerea frecării este o condiție necesară care
reflectă eficiența, durabilitatea componentelor și fiabilitatea sistemului. Drept exemplu energia
pierdută datorită frecării la unele părți componente ale unui automobil este estimată la 40% din
energia totală generată de motorul cu combustie internă, [1]. În toate cazurile, înțelegerea
mecanismelor implicate în frecare și a mijloacelor de control ale acestora sunt necesare în vedera
diminuării pierderilor.
Deși lubrifierea este o soluție de reducere a frecării, sunt totuși situații, în care lubrifierea
în anumite condiții de funcționare nu este aplicabilă. Astfel de condiții sunt observate în sistemele
mecanice microelectrice sau în motoarele termice, cum ar fi la cupla segment-cilindru.
Pentru a se controla frecarea, de-a lungul timpului au fost utilizate diverse abordări, cum
ar fi: prin lubrifiere, acoperirea cu materiale antifricțiune sau modificarea suprafețelor de contact.
Acoperirea de suprafață cu diverse materiale este un mijloc eficient de reducere a frecării.
Materialele de acoperire cu indice de frecare redus sunt utilizate în prezent, într-un domeniu larg
de aplicații, însă acoperirea de suprafață se confruntă, uneori, cu lipsa de aderență dintre straturi,
fracturarea și fisurarea stratului de acoperire, ceea ce poate duce la rezultate catastrofale. Prin
urmare, cercetătorii au căutat o abordare mai fiabilă pentru controlul frecării în cât mai multe
condiții de funcționare.
Acum trei decenii în urmă [2], atenția a fost atrasă de modelarea suprafețelor din cupla de
frecare prin modificarea texturii de suprafață, ca un mijloc eficient de a îmbunătăți performanțele
tribologice. Modificarea suprafețelor de contact, cum ar fi texturarea, ce reprezintă obiectivul
acestui studiu, nu adaugă un material în plus pe suprafața de lucru ci, din contră, scoate material
din zona de contact. Această înlăturare a materialului din zona de contact poate aduce la
îmbunătățiri în regimul de funcționare a cuplei de frecare dacă este executată în anumiți parametri
și dacă se ține cont de regimul de lucru al cuplei unde este aplicată texturarea.
Multe studii, plecând de la performanțele subansamblelor mecanice ce implică mișcarea
unei componente față de altă componentă au la bază coeficientul de frecare din cupla de mișcare.
În același timp, analizând cercetările anterioare se ovservă că una din metodele de cercetare a
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A SUPRAFEȚELOR
METALICE
2
frecării din cupla de mișcare este dată de efectul texturii uneia sau ale ambelor suprafețe din zona
de contact, [34]. Prin texturare se caută obținerea unei rugozități controlate în scopul creării unui
comportament mai bun a suprafețelor față de frecare și uzură. S-a constatat că, suprafața texturată
este de diverse tipuri (Figura 1-1) și de-a lungul timpului a dezvoltat un mare potențial de
îmbunătățire a performanței tribologice în termeni de creștere a timpului de funcționare raportat la
gradul de uzură, frecare și condițiile de lubrefiere mai reduși.
Figura 1-1: Forme ale suprafețelor texturate, [25, 27, 36]
În subcapitolele următoare, este prezentată o revizuire a efectului de textură a unei
suprafețe asupra fricțiunii. Aceasta include discutarea parametrilor de textură ai suprafeței,
avantajele suprafeței texturate bazate pe diferite regimuri de lubrifiere la limită, precum și diferite
metode care sunt folosite pentru fabricarea suprafețelor texturate și a aplicațiilor utilizate pe scară
largă a suprafeţelor metalice texturate.
1.2. Avantajele suprafețelor texturate
Rolul texturării suprafeței în îmbunătățirea proprietăților tribologice variază în funcție de
condițiile de contact, fie ele hidrodinamice, mixte, la limită sau uscate. În cazul lubrifierii
complete sau mixte, microcavitățile servesc pentru rulmenți regimuri micro-hidrodinamice și din
cauza distribuției asimetrice a presiunii, capacitatea de încărcare crește, [2-18]. În lubrifierea
mixtă, această creștere suplimentară a presiunii hidrodinamice modifică echilibrul între lubrifierea
hidrodinamică și la limită, în consecință numărul de unități cu asperități în contact scad rezultând
scăderea frecării și uzurii [2-5, 14, 19-22]. În lubrifierea la limită, aceste cavități acționează ca
rezervoare de lubrifianți pentru reținerea continuă a lubrifiantului [5, 12, 23-28] și la alunecarea
uscată suprafața texturată acționează drept capcane de reținere a resturilor de uzură, astfel încât
adeziunea poate să scadă. Prin urmare, uzura abrazivă și frecarea se reduc, [2, 5, 27, 29-33].
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A SUPRAFEȚELOR
METALICE
3
Diferiți parametri de textură, cum ar fi forma, dimensiunea, densitatea, adâncimea și
orientarea sau o combinație a acestor parametri, controlează eficacitatea texturii de suprafață în
cupla de frecare. În general, textura suprafeței poate fi pozitivă, deoarece iese în afara suprafeței
prin proeminențe sau negativă când este în interiorul suprafeței, cum ar fi cavitățile sau găurile. De
asemenea, poate lua forma unor caneluri, canale sau cavități. Acestea pot avea forme discrete, cum
ar fi circulară, pătrată, triunghiulară sau hexagonală, distribuite uniform sau aleatoriu. Texturile de
suprafață pozitive sunt utilizate extensiv în sisteme mecanice microelectrice (MEMS) și discuri
magnetice pentru a reduce frecarea prin scăderea zonei de contact. Textura de suprafață negativă,
aflată în centrul atenției studiului tezei de doctorat, este utilizată în cea mai mare parte la
componentele auto și la diverse prelucrări mecanice.
1.3. Metode de fabricare a texturilor de suprafață
De-a lungul timpului au fost utilizate diverse metode de prelucrare pentru a crea micro-
texturarea pe suprafața diferitelor materiale. Schneider [34] a dezvoltat vibro-laminarea pentru a
crea canale superficiale folosind un indentor dur care vibrează și se transpune pe piesa de
prelucrat. Suh și alții [28] au folosit gravarea chimică și prelucrarea abrazivă pentru a crea modele
modulate sau curbate care acționează drept capcane pentru resturile de uzură, iar Willis [35] a
folosit honuirea pentru a genera micro-caneluri pentru alezajele cilindrilor motoarelor cu
combustie internă. Micro-canelurile îmbunătățesc lubrifierea dintre pereții cilindrului și segmentul
pistonului.
Pattersson și Jacobson [27] au folosit o fotolitografie standard prin tehnica de gravare
anizotropă cu hidroxid de potasiu pentru a crea cavități și depresiuni pătrate de 5μm în adâncime
pe plăci de siliciu. Etapele standard pentru gravarea anizotropă a plachetelor de siliciu sunt
ilustrate în Figura 1-2.
Figura 1-2: Gravarea anizotropică a plachetelor de siliciu, [36]
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A SUPRAFEȚELOR
METALICE
4
Wukada și colaboratorii [25] au folosit prelucrarea cu jet de abraziv (AJM), unde
suprafața este bombardată cu particule abrazive fine de mare viteză (Figura 1-3) care provoacă
îndepărtarea fizică a materialului.
Aparatul de prelucrare cu fascicul laser Excimer (LBM) a fost, de asemenea utilizat de
același grup de cercetatori. Aceste două metode de fabricare permit obținerea unor profiluri
diferite, de forma circulară de la AJM și respectiv LBM, deși efectul formei texturii este considerat
nesemnificativ.
Figura 1-3: Prelucrarea cu jet abraziv (AJM) și prelucrarea cu fascicul cu laser (LBM)
utilizate pentru fabricarea texturii, [25]
Tehnica vibro-mecanică de obținere a texturii (VMT) a fost dezvoltată de Greco și
colaboratori [37], iar această tehnică se bazează pe operația de rotire convențională cu un servo
rapid ce este folosit pentru a oscila scula de tăiere. Această mișcare oscilantă creează găuri atunci
când unealta de tăiere intră în contact cu piesa de lucru.
1.4. Optimizarea parametrilor de textură ai suprafeței
Cea mai mare parte a cercetărilor efectuate asupra texturării suprafețelor este
experimentală, cu excepția câtorva studii analitice care încearcă să optimizeze următorii parametri:
- gradul de densitate al cavităților pe suprafața texturat;
- forma și marimea cavităților texturii,
- adâncimea cavităților de pe suprafața texturată.
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A SUPRAFEȚELOR
METALICE
5
În următoarele subcapitole, studiile analitice sunt revizuite și sunt prezentate rezultatele
experimentale.
1.5. Aplicații ale suprafeţelor texturate
Texturarea suprafeței a fost utilizată în diferite aplicații pentru diferite scopuri. În
principal, este folosită pentru a creşte performanța tribologică care include scăderea uzurii și a
frecării. În aceast paragraf sunt prezentate aplicațiile suprafețelor texturate pe scară largă. Cele mai
multe dintre aceste aplicații se regăsesc la fabricaţia componentelor auto, scule și dungi ale
proceselor de formare a metalelor și microelectrice [49] (MEMS), așa cum se arată în figura 1-4.
Figura 1-4: Texturarea suprafeței în diferite aplicații, [49]
În 1966, Hamilton și colaboratorii [50] au propus ideea de a avea micro asperități ce
acționează ca lagăre hidrodinamice în aplicații de alunecare paralelă, cum ar fi garniturile tip
cuzineți de arbore cotit de etanșare. Anno și colaboratorii [51], au verificat capacitățile de
încărcare mai mari, atunci când numai una din suprafețele paralele ale etanșărilor arborelui cotit
conține micro-asperități sub formă de cavități rotunde. Willis [35] a folosit o textură de suprafață
în cilindrii unui motor cu combustie internă. Diferitele texturi, densități de textură și dimensiunile
texturilor au fost investigate, însă adâncimea texturii a fost menținută constant la 5μm. Mașinile de
prelucrare cu jet abraziv și prelucrare cu fascicul laser cu excimer au fost utilizate pentru
fabricarea micro-cavităților cu profile circulare și respectiv triunghiulare. Testele Pin-on-disk au
fost efectuate pentru a măsura coeficientul de frecare în condițiile de limitare a lubrefierii de la
uscat spre lubrefiere mixtă.
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A SUPRAFEȚELOR
METALICE
6
1.6. Fenomenele tribologice din cupla segment-cilindru
Încă de la începuturile dezvoltării motoarelor termice fenomenele care au loc în cupla
segment-cilindru, precum şi modalităţile în care se pot aduce îmbunătăţiri în funcţionarea lor au
făcut obiectul a numeroase studii şi cercetări. Reducerea frecărilor şi a uzurii în scopul creşterii
randamentului mecanic şi măririi fiabilităţii a devenit un scop practic în rezolvarea problemelor
din interiorul cuplei. Dacă despre materialele utilizate şi factorii externi care determină uzura,
concluziile au ajuns într-un punct, dinamica cercetărilor sub aceste aspecte, fiind în scădere, se
pune accent, în prezent, pe studiul fenomenelor termice şi de lubrificaţie. Aceste fenomene de o
complexitate deosebită sunt influenţate de mai mulţi factori, iar cunoaşterea lor este considerată
absolut necesară pentru a se putea aduce îmbunătăţiri, nu doar asupra segmenţilor, în scopul
reducerii uzurii şi a frecării în cuplă [140,140], ci asupra cămășilor de cilindru.
În cupla de mișcare de translație, formată din segmenții pistonului și camașa cilindrului,
funcționarea în timp depinde de:
- materialul din care sunt confectionați;
- temperatura de lucru;
- rugozitatea suprafețelor din cuplă;
- regimul de ungere.
1.7. Analiza lubrifierii cuplei segment - cilindru cu suprafață texturată
Pentru a economisi energie și pentru a îmbunătăți eficiența motoarelor cu combustie internă,
a fost acordată o atenție deosebită reducerii frecării din cupla de translație a cilindrului cu pistonul,
deoarece pierderile prin frecare contribuie semnificativ la pierderea de putere generată de motor.
Recent, o dată cu dezvoltarea tehnologiei de prelucrare a suprafeței, s-a aplicat texturarea de
suprafață pentru a reduce frecarea [2-4] și pentru a crește capacitatea de încărcare [5-7] a
componentelor mobile ale motorului. Datorită acestei texturi crește capacitatea de captare a
resturilor de uzură, în plus apare un efect de lubrifiere microhidrodinamic, [8]. Crearea unor
micro-cavități sau caneluri pe segmenții pistonului sau pe suprafața cilindrului a fost recunoscută
drept o modalitate promițătoare de a reduce fricțiunea, uzura și consumul de ulei, [9, 10].
Deoarece geometria, forma și distribuția canelurilor au o influență importantă asupra efectului de
lubrefiere, efectele lor asupra performanței de lubrifiere a cuplei segment-cilindru a fost extensiv
studiată în două decenii pentru a reduce frecarea și uzura maximă. Aceste studii sunt în principal
împărțite în două categorii: o categorie se concentrează pe structura texturată pe segmentul
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A SUPRAFEȚELOR
METALICE
7
pistonului, iar cealaltă se focalizează pe textura cămășii de cilindru. Pentru texturi pe segmenții de
compresie de tip cavități sau canelură, Etsion și colegii săi, au efectuat unele lucrări semnificative
de cercetare privind îmbunătățirea lubrifierii într-un sistem de cuplă format din segment-cilindru,
[2,11,12]. Ei au sugerat că dimensiunile de texturate să fie parțiale pe segmentul pistonului plat
pentru a obține o frecare și un consum de ulei minime. Gadeschi și colaboratorii [13] au investigat
forța de frecare și capacitatea de încărcare a unui segment de piston cu suprafață de lucru în formă
de parabolă cu canale prelucrate cu laserul. Adâncimea, densitatea și distribuția canalelor au fost
optimizate pentru a minimaliza coeficientul de frecare pentru segmenții cu diferite raze. Zavos, în
lucrarea [14], a investigat forța de frecare a unui segment cu șanțuri dreptunghiulare sau sferice în
diferite condiții de funcționare. A fost obținută o reducere mai mare a frecării pentru canale
dreptunghiulare cu densitate de 61% și adâncime de 4μm. Shen și colaboratorii, [15] au evaluat
performanța de fricțiune a unei cămăși a cilindrului cu segment utilizând un sistem cu micro
cavități. A fost obținută o reducere semnificativă a fricțiunii la buzunarele cu o densitate a ariei de
25% și o adâncime de 5μm. Usman și colaboratorii, [16] au investigat caracteristicile tribologice
ale unui segment de compresie în formă sferică cu caneluri transversale, caneluri axiale și bârne în
condiții de încălzire. A fost obținută pierderea minimă de frecare când canelurile transversale au
fost texturate la marginile segmentului.
În timpul funcționării cuplei segment-cilindru cu suprafața segmentului parabolică,
fenomenul de cavitație al filmului de ulei are loc atunci când presiunea este mai mică decât o
presiune de cavitație dată, [26,27]. Este necesară o condiție a limitei privind marimea cavitîților
pentru o predicție corectă a performanței de lucru [26-28]. Condiția de limitare a cavităților poate
influența continuitatea filmului de ulei și reformare ulterioară. Aceasta a fost validată experimental
și larg acceptată în studiul suprafeței texturate [29].
Pe baza stării conservatoare a limitei cavitației, Checo și colaboratorii [30], au investigat
performanța de lubrefiere a unui sistem de etanșare cu segment de compresie în formă parabolică
cu cilindrul în regim de lubrifiere hidrodinamică. În activitatea lor, viteza și sarcina segmentului
de compresie s-a presupus a fi constante. Cu toate acestea, în practică, viteza și sarcina
segmentului de compresie variază în funcție de timpul de lucru, iar cupla de etanșare este adesea
sub regimuri de lubrifiere mixtă sau limită, în special în capetele de cursa, [25,28] în mod normal
trebuie să se ia în considerare rolul rugozității suprafeței și a condițiilor de lucru asemănătoare
motorului cu ardere internă (viteza și sarcina în timp) în analiza de lubrifiere a cilindrului cu
segmentul de compresie cu textură sistem de linie.
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A SUPRAFEȚELOR
METALICE
8
1.8. Abordarea analitică a mecanismelor de frecare uscate
Mecanismele de frecare pe suprafețe uscate și cu alunecări între contacte au fost analizate,
pentru a arăta că o forță minimă de frecare poate fi obținută prin optimizarea zonei reale de
contact. Prin urmare, parametrii de textură ai suprafețelor influenţează direct mărimea forțelor ce
apar în cupla segment-cilindru.
Bowden și colaboratorii [63-65], au afirmat că, forțele de frecare între două suprafețe de
contact curate sunt formate din două componente. Prima componentă de forță este forța necesară
forfecării joncțiunilor formate între suprafețe când au fost aduse în contact. A doua componentă
este forța care a dus la deplasarea materialului mai moale din calea materialului mai dur
(zgârierea), sau cu alte cuvinte, forța care a influenţat fluxul de material plastic sau deformarea
plastică [63-66]. Persson [67] a definit coeficientul frecare ca raportul între forța de forfecare a
materialului mai moale și fluxul de presiune, care a fost definit drept presiunea necesară inițierii
fluxului de deformare plastică sub efect compresiv.
Bhushan, colaboratoriii [68] și Bowden rearanjează teoria joncțiunii definind un al treilea
tip de forță de frecare numită forţă de brăzdare. Ei au afirmat că, atunci când două suprafețe solide
sunt aduse în contact, intersecțiile sunt formate între cele două suprafețe datorită proximității celor
două suprafețe. Numai fracțiile din zona nominală sunt în contact real, iar aceste fracții sunt
numite aria reală de contact. Dacă cele două suprafețe aflate în contact încep să alunece una în
raport cu cealaltă, apar două tipuri de forțe de frecare. Acestea sunt forțele necesare forfecării sau
depășirii joncțiunilor care se formează în locuri discrete și reprezintă forțele necesare pentru
deformarea la scară micro, care are loc la nivel local în punctele de contact. Un tip suplimentar de
forță poate apărea dacă una dintre suprafețe prezintă o duritate mai mare decât cealaltă suprafaţă.
Această forță este numită forța de brăzdare, care rezultă în urma deplasării materialului mai dur
prin materialul mai moale ce cauzează deformarea plastică pe scară largă sub formă de caneluri.
Având în vedere observaţiile precedente, se pot trage câteva concluzii. În primul rând, există
două componente de frecare, o componentă se datorează forțelor intermoleculare și o altă
componentă se datorează deformării mecanice. În al doilea rând, ambele componente depind de
aria reală de contact. În subcapitolele următoare, este prezentată o scurtă descriere a ambelor
componente ale fricțiunii care a fost utilizată în acest studiu, apoi se demonstrează existenţa unui
model analitic care să minimizeze forțele de fricțiune prin optimizarea zonei reale de contact.
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A SUPRAFEȚELOR
METALICE
9
1.9. Concluzii
În baza celor prezentate, texturarea suprafețelor metalice se dovedește a fi un mijloc eficient
de a se creşte performanța tribologică. Majoritatea studiilor au investigat efectele texturării
suprafețelor în condiții de lubrifiere şi un număr foarte limitat de studii au abordat starea de
alunecare uscată pe suprafețe texturate. Majoritatea studiilor au arătat avantajele potențiale ale
micro texturării pe una din suprafețele perechi din cupla de contact segment - cilindru în diferite
condiții de alunecare.
Texturarea unei suprafețe dintr-o cuplă de mișcare demonstrează un real suport în diferite
roluri bazat pe regimul de lubrifiere astfel:
- În lubrifierea hidrodinamică, cavitățile din suprafața texturată dezvoltă diferențe de presiune,
uleiul din textură acționând precum bilele din rulmenții;
- În modul de lubrifiere la limită, porii cavităților din textură asigură o alimentare continuă cu
lubrefiant la interfața de contact;
- În regim de funcționare uscată, cavitățile din textură acționează drept capcane pentru resturile
de uzură, astfel încât așchierea scade.
Este evident că identificarea parametrilor semnificativi ai texturii nu este suficient studiată,
iar parametrii minimi ai texturii variază foarte mult pentru toate tipurile de regimuri de ungere,
umede și uscate. Etsion [2] a declarat că, majoritatea studiilor efectuate în stare uscată au fost
bazate pe încercări și erori, deoarece nu există o bază teoretică clară care să explice mecanismele
implicate în alunecarea uscată. Prin urmare, optimizarea parametrilor de textură care să optimizeze
performanțele tribologice este o direcție de cercetare de actualitate.
CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL PRIVIND PROCESUL DE TEXTURARE A SUPRAFEȚELOR
METALICE
10
1.10. Obiectivele tezei de doctorat
În această teză de doctorat, controlul ariei de contact a suprafeței alezajelor din cupla
segment-cilindru prin utilizarea suprafețelor texturate cu o nouă metodă de texturare mecanică
rotopercuția, reprezintă obiectivul principalal cercetărilor. Pentru a se realiza acest obiectiv se va
face o analiză a mecanismelor implicate în condițiile de alunecare uscată si umedă respectiv
identificarea parametrilor cu influenţă semnificativă asupra calităţii de suprafață şi asupra
coeficienților de frecare. În cele din urmă, se va determina zona și gradul de texturare optim al
alezajului prin metoda propusă, luând în considerare parametrii semnificativi ce minimizează
frecarea.
Pentru îndeplinirea obiectivului propus se vor parcurge următorii pași:
- Realizarea unei documentări din literatura de specialitate privind texturarea suprafeţelor prin
diferite metode cu scopul clar definit de a găsi direcţia de cercetare posibilă în cadrul tezei de
doctorat;
- Explicarea alegerii metodei de texturare prin rotopercuție a alezajelor în urma unei analize
privind avantajele şi dezavantajele tuturor metodelor prezentate în stadiul actual;
- Conceperea, proiectarea şi execuţia dispozitivului de texturat prin metoda rotopercuției;
- Optimizarea distanţei dintre cavităţi pentru materialul ales. Se vor studia efectele diferitelor
parametri de textură, cum ar fi dimensiunea cavităţilor pe zona texturată, creşterea sau scăderea
ariei unei cavități, adâncimea cavităţilor funcție de gradul de maleabilitate al materialului;
- Determinarea zonei optime de texturat de pe suprafața totală a alezajului la care coeficientul de
frecare și consum ulei ar fi minim;
- Determinarea gradului optim de texturare al alezajului în funcţie de patru scenarii, după cum
urmează: pe toată suprafaţa alezajului, pe zona punctului mort superior, pe zona de mijloc a
alezajului şi pe zona punctului mort inferior;
- Realizarea de texturi de diferite densități funcție de viteza de texturat, distanța de lovire și avans
de lucru al echipamentului;
- Analiza SEM a suprafețelor texturate;
- Analiza AFM a materialului din pereții alezajelor texturate în vederea stabilirii structurii
cristaline afectate.
11
CAPITOLUL II
METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A
ALEZAJELOR PRELUCRATE PRIN ROTOPERCUȚIE
2.1. Mașini și echipamente utilizate la execuția/controlul texturării alezajelor
Pentru texturarea alezajelor supuse cercetării, s-a utilizat dispozitivul de texturat prin
rotopercuție (de concepție prorpie prezentat în mod detaliat la capitolul (3) din figura 2-1,
construit în laboratorul Tehnologii de Mecanică Fină și Nanotehnologii. Dispozitivul este
conceput să textureze mecanic prin rotopercuție alezaje de cilindri detașabili din motoare termice
utilizând un generator electromagnetic de lovire (percuții) cu frecvență constantă de lovire.
Figura 2-1: Echipament CNC de rotopercuţie a alezajelor de cilindri
de motoare termice detașabile (concepție proprie)
Echipament de încercare a suprafețelor texturate
Pentru determinarea proprietăților tribologice rezultate în urma texturării prin
rotopercuție, în laboratorul Tehnologii de Mecanică Fină și Nanotehnologii s-a construit standul
de probe pentru verificarea modului de funcţionare a cuplei segment-cilindru cu suprafeţele
texturate prin rotopercuţie (figura 2-2), prin utilizarea unui motor termic cu aprindere prin
CAPITOLUL 2. METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A ALEZAJELOR
PRELUCRATE PRIN ROTOPERCUȚIE
12
scânteie cu cilindrii detașabili acționat electric. Echipamentul a fost conceput și executat tomai
pentru a dezvolta o direcție viitoare de cercetare. Motorul termic este acționat din exterior cu un
motor electric prin deconectarea pompei de apă de la fulia arborelui cotit și conectarea la motorul
electric extern.
Figura 2-2: Stand încercări cilindri texturaţi cu acționare electrică (concepție proprie)
S-a utilizat acest tip de motor deoarece, cămășile cilindrice fiind detașabile din blocul
motor, se pot face măsurători înainte de prelucrare, după prelucrare și după un timp definit de
lucru pe fiecare camașă cilindrică în parte.
Centru CNC Akira- Seiki Preforma SR3 XP
Astăzi, comanda numerică poate fi utilizată și pentru fabricarea și execuția de tip prototip
și datorită vitezelor mari de execuție, în figura 2-3 este prezentată imaginea generală a centrului
de prelucrare Akira Seiki Performa SR3 XP utilizat în faza inițială pentru rotopercuția cămășilor
de cilindri, [130].
CAPITOLUL 2. METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A ALEZAJELOR
PRELUCRATE PRIN ROTOPERCUȚIE
13
Figura 2-3: Centru CNC Akira-Seiki Performa SR3 in trei axe
Dotarea echipamentului permite definirea mai rapidă a modelului geometric al piesei, a
proiectării rapide a tehnologiei de prelucrare, calcule rapide şi în timp real pentru stabilirea
condiţiilor de prelucrare. În acest context, timpii necesari pentru asigurarea programării pot fi
reduşi la jumătate.
2.2. Echipamente utilizate la analiza de suprafață a alezajelor texturate
Sistemul Kestrel K
Sistemul Kestrel K (figura 2-4) este un sistem optic de măsurare în două axe având
pecizie și acuratețe ridicată. În funcție de gabaritul piesei măsurate și acuratețea cu care se dorește
să se facă măsurătorile, sistemul este prevăzut cu mai multe lentile având factori de mărire de
10X, 20X și 50X. Citirea, stocarea și vizualizarea rezultatelor este posibilă cu ajutorul interfaței
Quadra-Chek 200.
CAPITOLUL 2. METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A ALEZAJELOR
PRELUCRATE PRIN ROTOPERCUȚIE
14
Figura 2-4: Sistemul Kestrel K și interfața Quadra-Chek 200
Microscopul Electronic QUANTA 200 3D
Microscopul QUANTA 200 3D (Figura 2-5) este un microscop electric pentru analiza
SEM și a fost folosit în cadrul tezei de doctorat deoarece este o combinație a două sisteme:
- Un microscop electronic cu scanare (SEM);
- Un microscop cu fascicul de ioni concentrat (FIB). Fasciculii de ioni permit obținerea unei
rezoluții înalte a imaginilor.
Microscopul Kestrel pentru măsurări în două axe, folosește pentru a măsura tehnologia
Dynascope, ce oferă o imagine de calitate superioară. Sistemul optic oferă imagini clare de înalte
rezoluții, fapt ce ajută în măsurarea cu precizie ridicată a diferitelor profile. Microscopul digital
QC – 200 facilitează obținerea de măsurători precise și în timp relativ scurt.
În cadrul tezei de doctorat acest echipament a fost utilizat la analiza vizuală a texturilor
realizate.
CAPITOLUL 2. METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A ALEZAJELOR
PRELUCRATE PRIN ROTOPERCUȚIE
15
Figura 2-5: Microscopul Electronic QUANTA 200 3D
Microscopul de forță atomica (AFM) Park NX10
Microscopul de forță atomica Park NX10 (Figura 2-6) produce date de cea mai înaltă
rezoluție la scară nano. De la setarea eșantionului la scanarea completă a imaginilor, obținerea
măsurătorilor și efectuarea analizelor, se realizează într-un timp foarte scurt.
CAPITOLUL 2. METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A ALEZAJELOR
PRELUCRATE PRIN ROTOPERCUȚIE
16
Figura 2-6: Microscopul AFN Park NX10
Rugozimetrul Mitutoyo SJ-201-P
Rugozimetrul Mitutoyo SJ-201-P (figura 2-7) este un aparat portabil, prin definiție,
destinat măsurării rugozității suprafețelor prelucrate.
Figura 2-7: Rugozimetru Mitutoyo SJ-201-P
Acest rugozimetru dispune de o memorie internă care permite stocarea de date obținute în
urma efectuării a 10 teste, este compact, ușor și simplu de folosit. Câteva dintre funcțiile
aparatului sunt: selectarea parametrilor dorțti a fi mpsurați și afișați, setarea parametrilor de
toleranță, autocalibrare prin introducerea valorilor numerice, posibilitatea conectarii la
imprimanta si alte porturi de comunicare date.
Profilometrul Form Talysurf I50
Profilometrul Form Talysurf I50 produs de firma Taylor Hobson (figura 2-8), este capabil
să facă analiza diferitelor tipuri de textură de suprafață punând în evidenţă distribuţia de material
şi felul cum arată profilele în diferite cazuri pentru a determina parametrii de rugozitate.
CAPITOLUL 2. METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A ALEZAJELOR
PRELUCRATE PRIN ROTOPERCUȚIE
17
Figura 2-8: Profilometrul Form Talysurf I50
Alte echipamente de texturare
Punctator dispozitiv rotopercuție
În prelucrarea alezajelor prin rotopercuție dispozitivul a fost dotat cu un punctator de
lovire din aliaj Cr-Va forjat, duritate oțel HRC 55. Punctatorul are suprafață cromată și fățuită și
un vârf de lucru ascuțit la 60 de grade (Figura 2-9).
Figura 2-9: Punctator dispozitiv rotopercuție
În figura 2-10 este prezentat un echipament utilizat în cadrul conceperii și construcției
dispozitivului de rotopercuție din cadrul cercetărilor.
CAPITOLUL 2. METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A ALEZAJELOR
PRELUCRATE PRIN ROTOPERCUȚIE
18
Figura 2-10: Aparat de gravura PGG 15B1
2.3. Pachete software utilizate
Pachetul software SolidWorks
Pachetul software SolidWorks prezentat în figura 2-11, pune la dispoziţie instrumente ce
extind capabilităţile SolidWorks-ului, acesta putând realiza teste virtuale pentru piese şi
ansambluri în vederea optimizării şi validării proiectelor. Acest pachet software este integrat în
SolidWorks şi dezvoltat special pentru fişierele de tip CAD realizate în SolidWorks.
CAPITOLUL 2. METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A ALEZAJELOR
PRELUCRATE PRIN ROTOPERCUȚIE
19
Figura 2-11: Interfață Solid Works. Imagine generală a dispozitiv rotopercuție
Pachet software Pronterface Arduino
Programul CAM Pronterface (Figura 2-12), este un soft ce rulează pe platforma Arduino
și este conceput să ruleze programul G-code dorit pentru rotopercuție și va transmite mașinii
pașii ce trebuie să îi efectueze. Deplasarea pe direcția de avans și rotație a dispozitivului de
percuție, furnizează impulsuri de mișcare la motoarele pas cu pas ce pot fi controlate la zecime de
grad de rotație.
Figura 2-12: Interfața CAM Pronterface
Programul prin parametrii G - cod impune utilajului să execute:
- deplasarea capului de percuție în zona dorită de texturat;
- mișcările de rotație și avans a capului de percutat pe zona de texturat;
- revinirea în poziția inițială după efectuarea texturării.
CAPITOLUL 2. METODE ȘI ECHIPAMENTE DE PRELUCRARE ȘI ANALIZĂ A ALEZAJELOR
PRELUCRATE PRIN ROTOPERCUȚIE
20
2.4. Concluzii
În scopul efectuării cercetărilor experimentale au fost utilizate mașini, echipamente,
metode și pachete software de înaltă performanță, ceea ce a condus la obținerea de rezultate
concludente.
În vederea dezvoltării infrastructurii de cercetare s-a conceput, proiectat, executat și
prezentat pe scurt două echipamente necesare obținerii texturilor și încercărilor în funcționare a
alezajelor texturate în cadrul motoarelor termice cu aprindere prin scântaie. Astfel, primul
echipament poate combina două viteze de lucru a capului percutor, prin avans și rotire funcție de
viteza de lucru.
Al doilea echipament, executat în vederea dezvoltării unei direcții viitoare de cercetare,
permite studiul comportării suprafețelor texturate în cupla segment-cilindru.
Demersul de realizare a echipamentelor prezentate a pornit din necesitatea creșterii
gradului de inovare și a avut la bază următorii factori:
- existența unei infrastructuri-suport de bază pentru desfășurarea cercetărilor experimentale;
- nivelul de maturitate al spiritului de colaborare și al abordărilor interdisciplinare.
21
CAPITOLUL 3
CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR
PRIN ROTOPERCUȚIE
3.1. Prezentarea procedeului de texturare
Așa cum s-a arătat în primul capitol, în prezent sunt utilizate diverse metode de
prelucrare pentru a se crea micro-cavități pe suprafața diferitelor materiale, ce pot fi grupate în trei
mari grupe, astfel:
I). Principalele procedee de texturare chimică sunt:
- Gravarea chimică pentru crearea de cavități modulate sau curbate care acționează drept capcane
pentru resturile de uzură de oxid dezvoltată de către Suh [28];
- Fotolitografierea tehnică constând în utilizarea unui hidroxid pentru a crea cavități și
depresiuni de diferite forme, dezvoltată de către Pattersson și Jacobson [27].
II). În cadrul texturării mecanice procedeele sunt:
- Vibro-laminarea, pentru a se crea canale superficiale folosind un indentor dur care vibrează pe
piesa de prelucrat, dezvoltată de către Schneider [34];
- Honuirea, pentru a generarea de micro-caneluri pe cămașile cilindrilor motoarelor cu combustie
internă, dezvoltată de către Willis [35];
- Prelucrarea cu jet abraziv (AJM), unde suprafața este bombardată cu particule abrazive fine de
mare viteză care provoacă îndepărtarea fizică a unor porțiuni din stratul superficial al materialului,
dezvoltată de către Wukada[25];
- Gravarea ultrasonică, pentru realizarea unor canale de mică adâncime pe suprafaţa
semifabricatului.
III). Texturarea cu laser face referire la prelucrarea cu fascicul laser Excimer (LBM) .
Texturarea surafețelor metalice se poate face așadar prin mai multe procedee tehnologice
ce nu sunt universal valabile pentru toate suprafețele de prelucrat plane, cilindrice exterioare sau
cilindrice interioare. Astfel pentru un anumit tip de suprafață se poate aplica un anumit procedeu
sau mai multe precedee eficiente din punct de vedere economic.
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
22
În prezent, în majoritatea situațiilor este utilizată honuirea ca procedeu de texturare,
putându-se obține canale semidiscontinue de tip circular sub formă de spirală
În literatura de specialitate analizată nu sunt rezultate privind texturarea mecanică prin
percuție a alezajelor cilindrice
Pentru a putea aplica percuția sau lovirea repetitivă, în vederea creării de textură de tip
micro-cavități pe suprafața interioară a alezajelor, a fost concepută o nouă metodă și anume
rotopercuția, ce derivă din lovirea (percuția) repetitivă a suprafeței de prelucrat cu un generator
de impulsuri mecanice care realizează și mișcările de rotire în jurul axei alezajului supus
prelucrării, concomitent cu mișcarea de avans. Acest dispozitiv, conform schemei din figura 3-1
trebuie să lucreze ținând cont de cele trei axe de simetrie: axele X și Y să fie utilizate în centrarea
față de axa alezajului de prelucrat și de-a lungul axei Z să se efectueze operația de coborâre-
ridicare a generatorului de impulsuri mecanice, funcție de zona de texturat. Ajungând în zona de
prelucrare, generatorul trebuie să primească de la a patra axa, derivată din axa Z, rotirea
generatorului de impulsuri de lovire pe zona aleasă de texturat.
Figura 3-1: Schema de principiu a dispozitivului de rotopercuție
A fost aleasă metoda de texturare prin rotopercuție din mai multe considerente:
- Metoda de prelucrat nu a mai fost analizată și nici implementată în texturarea alezajelor;
- Texturarea prin rotopercuție se poate realiza utilizând o mașină cu comandă numerică (CNC),
la care în loc de freze se montează un dispozitiv de lovire mecanică cu deplasare în coordonate;
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
23
- Posibilitatea de obținere a texturii în orice zonă dintre PMI și PME datorită ușurinței deplasării
echipamentului.
3.2. Echipamentul CNC de rotopercuție
Pentru realizarea texturării suprafeței alezajelor prin rotopercuție a trebuit să se analizeze
condițiile necesare a fi îndeplinite de către echipament, cum ar fi:
- capul percutor trebuie să execute două mișcari controlate simultan în timpul funcționării, una
de rotire în jurul axei de revoluție al dispozitivului concomitent cu o mișcare de avans, fiind
astfel generată mișcarea spiralată pe suprafața alezajului;
- în funcție de diametrul alezajului de prelucrat, capul percutor trebuie să poată fi centrat față de
alezaj, din punct de vedere al unghiului și al distanței de lovire;
- intensitatea loviturilor capului percutor să poată fi controlată prin distanța de lovire;
- frecvența de lucru (de bătaie) al capului percutor să fie constantă pe perioada prelucrării;
- să poată fi reglată densitatea cavităților și zona de realizare.
Plecând de la aceste condiții s-au căutat soluții și metode prin care se poate realiza
texturarea alezajelor utilizând percuția.
Pentru texturarea alezajelor, capul punctator (dorn) trebuie să primească impulsuri de
lovire de la o sursă atașată dispozitivului. Această sursă de impulsuri poate fi de două feluri:
- impulsuri generate de un ax cu came rotit de un motor electric extern;
- impulsuri electromagnetice cum este cea de la un aparat de gravură (figura 2-10).
După cum s-a arătat în capitolul întâi, cavitățile analizate de diverși cercetători pe
suprafața cilindrică au avut comportări favorabile în momentul în care au avut forma circulară,
diametrul și adâncimea reduse.
Plecând de la acest fapt a rezultat că, dispozitivul propus trebuie să realizeze cavități cu
un diametru cât mai mic.
Analizând cele două variante de generatoare de impulsuri pentru acționarea punctatorului
din capul percutor al dispozitivului în sucapitolele următoare vor fi analizate avantajele și
dezavantajele ambelor generatoare de impulsuri.
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
24
3.2.1. Generator mecanic de impulsuri pentru rotopercuție utilizând un motor cu ax cu
came
Sursa de impulsuri generate de axul cu came rotit de un motor cu acționare electrică
trebuie să lucreze la un regim de turație nominală constantă pentru a putea fi corelat cu mișcarea
de rotație al dispozitivului percutor. În același timp, pentru a avea un cuplu maxim al motorului,
trebuie mai întâi pornit în gol după care se poate pune în sarcina de lucru. La axul cu came
rotativ trebuie construit un sistem de ghidare al impulsului camei către dornul percutor ce lovește
suprafața de prelucrat (Figura 3-2).
Figura 3-2: Schema 3D a dispozitivului de funcționare a axului cu came pentru acționarea dornului
percutor
Analizând mișcarea de ridicare-coborâre generată de profilul camei pentru a avea o
retragere rapidă, dornul percutor va trebui să execute o mișcare bruscă de revenire, precum
mișcarea unui resort. Datorită acestei mișcări profilul camei are rolul unui generator de apăsare al
dornului percutor (Figura 3-3). Adâncimea de precutare este dată de diferența Hc - Hp, unde Hc
reprezintă zona de retragere rapidă a dornului precutor și Hp este distanța inițială de lovire.
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
25
Figura 3-3: Adâncime cavități funcție de înălțime came.
Axul cu came acționat de motorul special atașat dispozitivului are camele confecționate
sub forma unor dinți de "fierăstrău" și poate conține un număr ridicat de came, generând doar
cavități ovale alungite. Pentru a se crea cavități cât mai rotunde rotația capului percutor ar trebui
să se facă doar în timpul de retragere a dornului de pe suprafața prelucrată și în prima parte a
mișcării de apropiere. conform figurei 3-4 b .
Figura 3-4: Timpii de deplasare ai dornului funcție de profilul camei:
a - T1 este timpul de retragere dorn percutor până la Hc ; b - T2 timpul de apropiere dorn percutor până la
Hp=0; c - T3 timpul de percutare alezaj
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
26
Analizând comportamentul axului cu came al generatorului de impulsuri de apăsare al
dornului din capul percutor trebuie să se precizeze că, cu cât viteza de rotație al capului percutor
crește cu atât se generează, pe o distanță mai mare, forma negativă alungită a camei (Figura 3-5).
De aici rezultă că, pentru a realiza cavități căt mai rotunde, trebuie să avem o rotație a capului
percutor doar în timpul eliberării dornului de pe suprafața de lucru și pănă la apropierea din nou
de suprafața de prelucrat pentru a nu se mai realiza copierea în negativ a formei camei axului.
Figura 3-5: Modul de transpunere al formei camei pe suprafața alezajului
Din acest motiv capul percutor trebuie să aibă o mișcare de rotație în impulsuri . Aceste
impulsuri trebuie să fie calculate funcție de timpul de deplasare în gol al capului percutor, iar în
timpul cât excută lovirea capul percutor trebuie să nu se rotească. Pe lângă realizarea vitezei de
rotație în impulsuri trebuie adăugate fracțiuni de timp pentru pornirea/oprirea mișcării de rotație a
dispozitivului de percuție sau pornirea/oprirea mișcarii de rotație a axului cu came.
Astfel noua relație de calcul a turației capului percutor va fi dată de relația (3.1):
N =
1000∗𝑉
𝐿𝑇34
= 25,47𝑇34
rotații/min (3.1)
unde: L este lungimea spiralei de prelucrat și T3 este timpul cât dornul lovește suprafața de
prelucrat.
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
27
3.2.2. Generator electromagnetic de impulsuri pentru rotopercuție
O altă sursă de impulsuri de lovire, necesare pentru rotopercuție, poate fi de natură
electromagnetică, cum este cea utilizată de aparatul de gravură a suprafețelor metalice din figura
2-10.
Impulsurile electromagnetice sunt utilizate la dispozitive de gravură pentru a lovi
suprafața de prelucrat utilizând un dorn percutor. Loviturile dornului sunt date de mișcarea
miezului fieromagnetic mobil în momentul în care bobina de lucru al dispozitivului este
alimentată cu energie electrică. Atracția și revenirea miezului fieromagnetic este bruscă, iar
durata impulsului este dată de frecvența curentului utilizat.
Luând ca reper frecvența curentului alternativ din rețeaua publică monofazată, de 50 Hz a
rezultat că, pentru a avea o distanță între centrele cavităților pe spirală de 0,5mm, capul de
prelucrat trebuie să aibă viteza :
V=50*0.5=25mm/sec=25/1000*60=1,5m/min (3.2)
Plecând de la relația L=2πR , turația este dată de relația (3.3):
N= 1000∗𝑉
𝐿 = 6,36 rot/min (3.3)
unde: R = 37.5mm și reprezintă raza cilindrului de prelucrat.
În acest caz forma cavităților copie forma unei sinusoide (figura 3-6), deoarece dornul
percutor, execută doar o mișcare de coborâre - ridicare pe verticală. Această sinusoidă este dată
de viteza de rotație a capului de rotopercutat funcție de timpul electromagnetului de 0,1 secunde
apăsare și 0,1 secunde revenire dintre impulsurile frecvenței curentului electric.
În acest caz forma și adâncimea cavităților poate fi ușor de reglat ăn vederea determinării
formelor impuse prin reglarea vitezei de rotație și a distanței de lovire.
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
28
Figura 3-6: Mișcarea capului percutor, funcție
de viteza de rotație
3.3. Proiectarea dispozitivului de rotopercuție
Plecând de la schema de principiu a acționării dispozitivului de rotopercuție (Figura 3-1)
cu generator de impulsuri electromagnetice pentru dornul punctator de formă conică ascuțită, a
fost conceput dispozitivul din figura 3-7, unde capul percutor a fost construit dintr-un
electromagnet (6) ce folosește un miez electromagnetic care acționează asupra unui dorn
punctator (8) ce lovește suprafața cilindrică de prelucrat. Capul percutor a fost prins de o tija (6)
pe care a fost montat și un tensometru de tip arc (4), pentru reglarea forței de percuție. Tija (6)
este prinsă de axul central (1) printr-un sistem de tip balansoar (5) pentru reglarea poziției de
acționare funcție de diametrul cilindrului de prelucrat. Pe axul central s-a montat un colector
electric (2) izolat față de sistem pentru alimentarea electromagnetului. Colectorul este alimentat
prin două perii ce sunt prinse într-un suport (3) ce nu se rotește odată cu capul percutor, rămânând
fix într-o anumită poziție, în timp ce axul central, de care sunt prinse toate elementele, va efectua
mișcarea de rotație și de avans controlată concomitent cu alimentarea electrobobinei. Pentru a
avea aceeași distanță de lovire la capătul tijei (6) s-a montat un rulment (9), ce ține dispozitivul
constant la aceeași distanță de lovire a suprafeței alezajului.
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
29
Figura 3-7: Schemă generală a capului rotopercutor
Pentru capul rotopercutor prezentat în figura anterioară s-a realizat în programul
SolidWork o vedere 3D a acestui dispozitiv de rotopercuție (figura 3-8) pentru montarea pe
centrul de prelucreare Akira Seiki Performa SR3.
Figura 3-8: Vedere 3D a capului rotopercutor
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
30
S-a constatat că, centrul de prelucrare Akira Seiki Performa SR3 poate efectua operația
de rotopercuție, dar trebuie redusă turația de lucru a frezei sub valoarea minimă 50 rot/min.
Totodată echipamentul este potrivit pentru texturarea prin rotopercuție a alezajelor nedetașabile
executate direct în blocul motor. Printr-o singură prindere a blocului motor pe masa CNC-ului,
după texturarea unui alezaj, capul rotopercutor se poate retrage și relua texturarea următorului
alezaj efectuând texturarea întregului motor la parametrii stabiliți dintr-o singură prindere.
Pentru a se lucra pe centrul Akira Seiki Performa SR3 cu cămăși de cilindru detașabili
trebuie să se construiască un dispozitiv de centrare și prindere a lor de masa de lucru a mașinii.
Astfel, dotările suplimentare ale centrului de prelucrare sunt după cum urmează:
- un dispozitiv de reducere a turației de lucru a frezei sub valoarea minimă de 50rot/min;
- un suport de fixare pentru cilindrii detașabili din blocul motor;
- un program CAM de lucru special conceput pentru texturare.
Aceste dotări sunt justificate pentru o prelucrare în regim industrial când sunt stabiliți toți
parametrii ceruți de un beneficiar. Acest fapt a determinat, pentru realizarea cercetărilor din
cadrul tezei de doctorat, conceperea, proiectarea și execuția unui echipament de acționare a
dispozitivului.
Platforma de dezvoltare Arduino este aplicabilă pentru routere CNC și imprimante 3D,
ce permit operarea cu turații mici utilizând motoare de acționare pas cu pas. S-a constatat că,
această platformă open source permite la costuri mici materializarea echipamentului de
rotopercuție propus.
Utilizând placa Arduino Mega 2560 conectată la Ramps 1,4 și LCD comandată de către
calculator prin programul Pronterface s-a conceput CNC-ul ce va putea efectua operația de
rotopercuție controlată (Figura 3-9).
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
31
Figura 3-9: Ansamblu CNC rotopercuție conectat la Interfața Pronterface
Pentru echipamentul propus a fost nevoie doar de 2 motoare pas cu pas, unul pentru
rotirea capului precutor în jurul axei sale și celălalt pentru deplasare în zona de texturat și
executarea mișcării de avans în timpul texturării, după care execută mișcarea de revenire din zona
de lucru în punctul zero a mașinii. Pe placa Ramps se vor conecta doar două drivere de motor
A49888 ce vor controla motoarele pas cu pas ale CNC-ului.
În laboratorul de mecanică Fină și Nanotehnpologii s-a construit mașina cu comandă
numerică (Figura 3-10) pe care s-a atașat capul percutor (9) ce acționează aspupra cilindrului
prins pe masa mobilă (1). Masa mobilă a fost conectată la motorul pas cu pas (3) care împreună
cu senzorul de poziție (2) determină punctul de zero al mașinii și zona de texturat. Shield-ul
Arduino împreună cu sursa de alimentare sunt înglobate în cutia metalică (4) de care este prins și
LCD-ul pentru vizualizarea procesului de lucru și determinarea punctului de zero al alezajului de
texturat. Pentru a avea un control cât mai eficient a vitezei de rotație al dispozitivului de
ropercutat cu motorul pas cu pas (6) acesta a fost conectat la dispozitivul (9), printr-un sistem de
roți danturate de transmitere cu curea danturată la un raport de 1 la 1 (10). Electromagnetul (8)
este alimentat prin colectorul (7).
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
32
Marea majoritate a maşinilor CNC utilizează o anumită poziţie pentru fiecare axă pentru
a o înregistra punctul de referinţă. Punctul de referinţă pentru echipamentul realizat este doar
pentru axa Z sau mai bine zis pentru deplasarea mesei pe care este prins cilindrul de prelucrat.
Poziţia de referinţă trebuie să fie foarte precis determinată. Atingerea punctului de referinţă este
semnalizată intern cu ajutorul unui limitator cu contact electric. Față de acest punct se determină
limitele alezajului de prelucrat și precizia de prelucrare pe distanțele stabilite.
Figura 3-10: Detalii Sistem CNC de rotopercuție
Pe baza schiței propuse (Figura 3-9) s-a construit dispozitivul din figura 3-11, și a fost
încadrat în CNC-ul construit utilizând platforma Arduino.
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
33
Figura 3-11: Vedere cap percutor cu generator de impulsuri electromagnetic
Prin realizarea mişcării de rotaţie și de avans a dispozitivului s-au utilizat motoare
electrice pas-cu-pas ce au caracteristica de funcționare în impulsuri. Motoarele au pe stator două,
patru sau cinci înfăşurări (bobine) distincte. Rotorul este format din magneţi permanenţi.
Alimentând electric o bobină, rotorul se aliniază în direcţie perpendiculară pe acea bobină și la un
impuls provenit de la controler se comută curentul pe altă bobină a statorului, determinând astfel
deplasarea rotorului cu un pas. O rotaţie completă a rotorului se realizează funcție de numărul de
pași sau de impulsuri determinați de către constructor. Sistemele de poziţionare cu motoare pas-
cu-pas se folosesc îndeosebi la construcţia maşinilor cu comandă numerică indiferent de putere.
Sunt precise şi ușor de întreţinut.
Utilizând interfața de lucru CAM, Pronterface (figura 2-12) se încarcă programul G-code
utilizat pentru rotopercuție și se va transmite mașinii pașii ce trebuie să îi efectueze.
Programatorul Pronterface este conceput pentru imprimantele 3D. Cunoscând
corespondenţa între direcţiile de mişcare în spaţiu se introduce numele axei, distanţa de deplasare
din punctul de zero al mașinii către zona de prelucrat și se execută mișcarea de avans în zona de
rototexturat. Mișcarea de rotaţie a generator ului de impulsuri electromecanice este percepută de
program ca pe o împingere a unei lungimi de fir de extrudat pe axa Y. Rotația capului
rotopercutor depinde de lungimea firului de extrudat față de viteza de lucru a mișcării de avans.
CAPITOLUL 3. CONTRIBUȚII PRIVIND CONCEPEREA, PROIECTAREA SI EXECUȚIA
ECHIPAMENTELOR UTILIZATE LA TEXTURAREA ALEZAJELOR PRIN ROTOPERCUȚIE
34
3.4. Concluzii
Atingerea unor preformanţe ridicate şi extinderea aplicabilităţii procedeelor de deformare
plastică superficială la rece impun dezvoltarea continuă a cercetărilor din acest domeniu. Aceste
inovări sunt necesare pentru cunoașterea si controlul tuturor factorilor de influență.
Conceperea şi execuţia dispozitivelor necesare pentru desfăşurarea activităţilor de
cercetare experimentală în domeniul deformării plastice superficiale la rece, prin rotopercuție, au
condus la necesitatea inovării echipamentului de experimentare, sub aspectul stabilirii soluţiei
constructive optime din punct de vedere funcţional, economic şi al fiabilităţii.
In acest sens s-a ținut cont de următoarele aspecte:
- Modelarea procesului de deformare plastică superficială la rece prin rotopercuție în vederea
determinării factorilor constructivi şi tehnologici cu influenţă semnificativă asupra procesului;
- Optimizarea tehnologiei de rotopercuție;
- Prezentarea sintetică a modelului obţinut simultan cu ierarhizarea factorilor tehnologici în
funcţie de aportul fiecăruia asupra caracteristicilor de calitate a materialelor supuse deformării
plastice la rece prin rotopercuție.
Astfel percuție deoarece se pot texturas-a conceput, într-o primă fază, schema de
principiu a dispozitivului de rotopercuție, apoi s-a trecut la analiza a două tipuri de generatoare
de impulsuri, în final realizându-se fizic echipamentul propus.
Pentru realizarea texturării propuse echipamentul realizat este optim din punct de vedere
al implementării tehnologice de rotopercuție deoarece se pot textura cămăși de cilindru
detașabilidin motoare termice. Echipamentul prezintă performanțe comparabile cu echipamentele
CNC consacrate, cum ar fi flexibilitatea,repetabilitatea,siguranța în exploatare etc.
35
CAPITOLUL IV
CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
4.1. Modul de lucru al capului rotopercutor
Frecvența curentului electric monofazat alternativ utilizat în cercetare este de 50 Hz, care
aplicată electrobobinei echipamentului nostru de percuție va genera o lovire a capului precutor cu
o frecvență de 50 de lovituri pe secundă.
Pentru obținerea unei cavități (figura 4-1) cu adâncimea maximă h, trebuie să se țină cont
de cursa de lucru (C) a electromagnetului, distanța de lovire (H) și duritatea materialului. Dornul
percutor execută mișcarea I.
Figura 4-1: Adâncime cavității h funcție de cursa electromagnetului C și distanța de lovire Hp:
1- dorn percutor; 2- parte mobilă electromagnet; 3- electromagnet; 4- materialul alezajului
Pentru a avea diametrul percuțiilor, conform lucrării [18], între 0,1-0,3 mm și distanța
dintre margini d 0.2-0.3mm (figura 4-4) trebuie să se țină cont de duritatea materialului. Conform
figurii 4-3a în urma lovirii alezajului cu dornul punctator se obține o cavitate și o zonă în jurul
cavității cu vârfuri de material necorespunzătoare din punct de vedere funcțional care necesită
operații suplimentare de honuire de finisare.
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
36
Pentru a nu se rupe materialul din zona cavității (Figura 4-2b) trebuie ca distanța între
percuții să fie controlată pe spirală cât și între spirale de cavități.
Figura 4-2: Distanța între cavități funcție de duritatea materialului
Pentru a avea o suprafață texturată controlat trebuie definit un sistem de parametri, ce țin
de distanța între percuții pe aceeași spirală este dată de viteza de rotație al capului percutor (I)
(Figura 4-3a) și distanța între spiralele prelucrate (A) poate fi optimizată prin avansul de lucru al
echipamentului (Figura 4-4b).
Forma optimă a unei percuții trebuie obținută din corelarea următoriilor parametri:
diametrul percuției (D), distanța dintre marginile percuțiilor (d), distanța între rândurile precuțiilor
(A), distanța de unde începe lovirea (Hp).
Figura 4-3: Distribuția percuțiilor pe suprafața texturată:
a- distanță cavități de-a lungul unei spire, funcție de viteza de rotație (I) și forța de lovire (II);
b-distanța între spire (A) funcție de viteză de avans
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
37
Viteza de rotație și avans depind de diametrul (D) al unei cavități care funcție de, distanța
de lovire (Hp). Implicit, diametrul (D) al unei cavități va fi dată de diametrul conului dornului
percutor din dispozitiv pătruns în alezaj pe înălțimea h.
4.2. Reglarea densității percuțiilor pe suprafața alezajului
Pentru realizarea rotopercuției într-un timp cât mai scurt cu parametrii optimi, s-a recurs
la ideea utilizării unui cap percutor cu un singur dorn montat pe echipamentul realizat, deoarece
se pot controla parametrii regimului de lucru ai echipamentului și tot odată se poate poziționa
mult mai precis dornul față de zona de început/sfârșit aleasă pentru prelucrat.
În figura 4-4b s-a prezentat o textură cu un număr impar de percuții pe rând, o dată pentru
a nu se începe rândul următor din dreptul aceleiași poziții și pentru că spațiul dintre patru percuții
este mai mare decât spațiul dintre trei percuții (figura 4-10).
Având în vedere relațiile de calcul (3.3), (3.5) și (3.6) cu valorile obținute și adăugând
valoarea Da=76mm, pentru diametrul alezajului respectiv valoarea A=0,3mm pentru distanța
dintre rânduri, va rezulta numărul de spire (Ns) de prelucrat dată de relația (4,1).
Ns=𝐷𝑎
𝐴−𝑑=233,33 spire (4.1)
Se vor realiza 234 de spire de percuții,ultima spiră va fi executatăcătre PMI deoarece nu
are nici o influență din punct de vedere funcționalîn cupla segment- cilindru.
Astfel timpul de prelucrat (T) pentru o suprafața cilindrică considerată este:
T=𝑁𝑠
𝑁= 37 minute (4.2)
Pentru a obține o distanță optimă între percuții (Figura 4-4b) trebuie să se analizeze toate
distanțele și parametrii ce pot fi reglați funcție de diametrul percuției impuse.
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
38
Figura 4-4: Posibilități de dispunere a percuțiilor
Luând în considerare frecvența curentului utilizat, de 50 Hz se constată urmatorul fapt:
timpul de atracție și destindere al electromagnetului este de 0,01 secunde (Figura 4-5). Din acest
fapt rezultă că, intensitatea loviturii depinde de forța de atracție a electromagnetului și distanța de
lovire, iar distanța dintre percuții depinde de viteza de revenire din cupla electromagnetică în stare
de repaus coraborată cu viteza de rotație a capului percutor .
Figura 4-5: Distribuția percuțiilor funcție de timp:
1- dorn percutor;
2- materialul de rototexturat.
Crescând viteza de rotație a capului percutor (Figura 4-6) va rezulta o alungire a
cavităților create pe direcția sensului de rotație ceea ce duce la refularea materialului percutat pe
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
39
direcția sensului de rotație. Astfel nu se poate apropia capul percutor în poziție retrasă față de
suprafața de prelucrat fără a ține cont de refularea materialului.
Figura 4-6: Dispersia percuțiilor funcție de viteza de rotație și avans al dispozitivului
Din acest punct rezultă că, controlând viteza de rotație a capului percutor se poate
controla pe lângă densitatea percuțiilor pe rând și direcția de refulare a materialului prelucrat
(Figura 4-7):
Figura 4-7: Distribuția refulării funcție de viteza de rotație 1- dorn percutor; 2- materialul de
rototexturat: a) uniform pe toate direcțiile; b) spre ieșirea din cavități; c) pe mijlocul cavităților.
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
40
4.3. Definirea unui sistem de parametri pentru caracterizarea suprafețelor texturate
Pentru a se optimiza procesul de texturare prin rotopercuție trebuie luat în considerare
parametrii următori:
- parametri de intrare: diametrul alezajului, frecvența de percuție, avansul, lungimea alezajului și
turația;
- parametrii de ieșire: turație și viteză recalculate, unghiul tangentă la spirală, pasul și timpul de
prelucrare recalculat
- parametrii optimizați de ieșire.
4.4. Analiza dependenței dintre parametrii suprafeței texturate și comportarea tribologică
a cuplei segment-cilindru
Se consideră că, aria efectivă de contact este foarte mică și este direct proporțională cu
aria aparentă sau teoretică. Astfel, presiunile din zona de contact devin foarte mari, deoarece ele
nu mai sunt dispersate pe întreaga suprafață de lucru ci, sunt concentrate pe aria reală de contact.
Elasticitatea materialelor din cupla de lucru datorită presiunilor din zona reală de contact este
depășită conducând la deformații plastice în aria efectivă de contact. Pentru evitarea deformațiilor
plastice din cupla segment - cilindru ce duc la fenomenul de abraziune este nevoie de introducerea
unui regim de lubrifiere. Acest regim de lubrifiere în cupla segment-cilindru al motoarelor termice
este asigurat și intreținut de către segmentul de ungere.
Analizând suprafața cilindrului parcursă de către segmentul de ungere (Figura 4-8) se
observă că, nu este totală. În zona PMI este o suprafață S1 ce nu este parcursă de către segmentul
de ungere dar este atinsă de către segmentul de compresie (de Foc).
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
41
Figura 4-8: Uzura cilindrului funcție de segmentul de ungere: a- Suprafața de lucru a segmentului de
ungere : S1- suprafața cilindrului neatinsă de segmentul de ungere; S2- suprafața cilindrului atinsă de
segmentul de ungere; b- grafic uzură cămașă cilindru funcție de segmentul de foc
Plecând de la această prezentare a suprafeței parcuse de segmentul de ungere trebuie să
se identifice care ar fi zona minimă necesară pentru texturare din suprafața alezajului pentru
obținerea unui regim de lubrefiere mai performant al segmentului de compresie “de foc” din zona
PME în zona PMI.
Conform schiței din figura 4-9, uleiul din zona segmentului de ungere "nu prea ajunge in
zona segmentului de foc”, din două motive:
Figura 4-9: Mișcarea uleiului între segmenți
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
42
- Segmenții prin funcția de etanșare a camerei de ardere față de carter, au și funcția de a
racla/curăța suprafața de lucru de ulei și impurități abrazive;
- Compresia și detenta gazelor din camera de ardere împing uleiul din cupla segment-
cilindru.
Pentru a avea un regim de lubrefiere hidrodinamic rezultă că, texurarea trebuie să fie
facută din zona PME a segmentului de ungere spre PMI și trebuie calculată ținând cont de:
- Zona de basculare din PME și PMI;
- Distanța dintre segmentul de foc și segmentul de ungere ;
- Presiunea gazelor din timpul detentei;
- Zona de basculare în PMI;
Pentru a conduce la creșterea etanșeității camerei de ardere față de carter și să existe în
același timp și un regim de ungere hidrodinamic, s-a analizat crearea unei zone minime de
texturare prin rotopercuție plecând de la mai multe scenarii.
Aceste scenarii au fost analizate din perspectiva cantității de ulei ajunse în camera de
ardere în timpul admisiei și arderii, funcție de numărul de cavități create prin rotopercuție. Uleiul
ajunge deasupra segmentului de compresie prin cavitățile create, doar în timpii în care pistonul
execută mișcarea de coborâre dinspre PMI spre PME.
Realizând o analiză a volumului unei cavități și a numărului de cavități expuse gazelor
din camera de ardere, a fost construit un scenariu pe diferite poziționări de suprafețe texturate pe
suprafața alezajului.
Pentru a se efectua o analiză ușoară s-a plecat de la calculul volumului unei cavități
create prin rotopercuție ca, fiind de formă sferică la un diametru mediu de 230 µm conform
figurii 5-10. Cavitățile texturării realizate nu sunt complet sferice astfel că pentru a realiza analiza
acestea au fost aproximate la o jumătate de sferă, volumul fiind dat de relația (4.3).
𝑉
2= 𝜋3
2
=20
µm
3 (4.3)
Din volumul cavității calculate s-a scazut 7/8 din volum în ipoteza exemplificarii
scenariului în care uleiul nu ramâne în totalitate pe pereții alezajului texturat ci, o parte este
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
43
refulat, de segmentul ce trece prin dreptul cavității, iar o altă parte este împins de gazele din
camera de ardere. În această ipoteză, s-a presupus că, cantitatea de ulei rămasă spre expunere în
camera de ardere este ceea ce aderat la pereții cavităților.
Pentru a se defini zona minimă de texturare prin rotopercuție s-au creat 4 scenarii ținând
cont de suprafața atinsă de segmentul de ungere (Figura 4-10) pentru a vedea după efectuarea a
3000 rotații, ce volum de ulei ajunge în camera de ardere si ce regim de funționare va exista.
Figura 4-10: Dispunere a zonelor texturate prin rotopercuție funcție de segmentul de ungere
4.4.1. Analiza suprafeței texturată total
În primul caz s-a luat spre analiză texturarea în totalitate doar a suprafeței S2 nu și a
suprafeței S1 deoarece aceasta nu este alimentată cu ulei de către segmentul de ungere (Figura 4-
11) și s-a facut următoarea analiză:
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
44
Figura 4-11: Suprafață S2 texurată total
După cum s-a prezentat anterior pe o spirală de textură pot fi un număr N de cavități care pot
fi calculate cu relația (4.4):
N=𝐿
𝐷+𝑑 =471 cavități (4.4)
Unde : L este lungimea unei spirale de prelucrat calculată conform relației (3.1); D este diametrul
unei cavități cu valoarea medie 235,75µm și d este distanța dintre marginile a două percuții cu
valoarea de 264,25 µm.
Făcând produsul dintre numărul de cavități pe rând și numărul de sprire conform relației
(4.4) avem pe suprafața S2 un numar total (Nt) de cavități (4.5):
Nt = N x Ns = 471 x 234 = 109898,43cavități (4.5)
Continuând analiza se constată că 1/8 din volumul unei cavități înmulțite cu numărul de
cavități de pe suprafața S2 va genera volumul VS2 de ulei ce ajunge suplimentar în camera de
ardere, calculat de relația (4.6):
𝑉𝑆2= 𝑉
2 x
1
8 x 𝑁𝑡 = 20 x
109898,43
8 = 274746,07µm
3 (4.6)
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
45
În continuare, considerând că la un ciclu complet de 4 timpi avem două încărcări de
volum de ulei VS2 va rezulta că, într-un minut, la un regim de functionare constant de 3000rot/min
vom aduce în camera de ardere o cantitate de ulei calculată cu relația (4.7):
VS2 x 3000rot/min =824238210 µm3 = 0,0008cm
3 ulei (4.7)
Din acest calcul a rezultat că, nu este aplicabil procedeul de rototexturare pentru întreaga
suprafață S2 deoarece este introdusă o cantitate de ulei ce nu este arsă în totalitate și este
eliminată în timpul evacuării, mărind astfel poluarea indiferent de combustibilul utilizat.
Totodată calculul a fost efectuat pentru un timp de un minut ceea ce arată că, motorul nu
poate funcționa cu nivelul constant de ulei din baie în parametrii proiectați, consumul de ulei creat
conducând la necesitatea alimentării periodice cu ulei.
În acest caz o analiză suplimentară nu mai este necesară deoarece introducerea de ulei
suplimentar în camera de ardere modifică regimul de funcționare al motorului conducând la arderi
incomplete, formare gudron și eliberarea în atmosferă a unei cantități de hidrocarburi ce contravin
normelor de poluare impuse motoarelor termice de orice tip.
4.4.2. Analiza suprafeței texturată în zona PMI al segmentului de ungere
În acest scenariu (Figura 4-12) a fost reprezentată schematic o zonă texturată alcătuită
din trei rânduri dar analiza se va efectua doar pentru un rând de cavități texturate pentru a
evidenția avantajele sau dezavantajele texturării în zona PMI maximă de urcare a segmentului de
ungere.
Segmentul de compresie în timpul mișcării de coborâre spre PME se va alimenta cu
uleiul din textură executând mișcarea în continuare într-un regim mixt.
La fel ca și în cazul precedent s-a calculat cantitatea de ulei ce ajunge în camera de
ardere.
Pentru un singur rând de cavități a rezultat volumul VS1 dat de relația (4.8):
𝑉𝑆1 = 𝑉
2 x
1
8 x N =20 x
471
8 = 1177,5 µm
3 (4.8)
Volumul de ulei adus în camera de ardere după 3000 rot/min va fi conform relației (4.9):
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
46
VS1 x 3000 = 3.532.500.00 µm3 = 0.000003 cm
3 (4.9)
Volumul de ulei consumat fiind mult mai mic decât în situația suprafeței S2 texturată total
rezultă, implicit, și o creștere a timpului de funcționare, până la nivelul minim admis de
producător.
Figura 4-12: Suprafață texurată în zona PMI al segmentului de ungere
În acest caz trebuie adusă în discuție și temperatura la care este supus uleiul rămas în
timpul coborârii pistonului rezultând cantități de gudron rămase în cavități ce va conduce la
disfuncționalități în funcționarea optimă a motorului, astfel:
- Gudronul creat va umple cavitățile rototexturate în timp și va fi o sursă suplimentară de
menținere a căldurii în camera de ardere, fiind de altă natură decăt cea a materialului din care
este confecționat cilindrul;
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
47
- Segmentul de compresie va întâlni o sursă suplimentară de căldură ce se va adăuga la căldura
din timpul arderii;
- Cavitățile umplându-se cu gudron nu vor conduce la scăderea suprafeței de contact din cupla
segment- cilindru, ci o va mări, gudronul depus în cavități devenind abraziv după arderea
completă a uleiului;
- Sursa suplimentară de căldură introdusă în camera de ardere, în timpul admisiei și compresiei
va genera arderi necontrolate.
Și în acest caz , analiza suplimentară, nu mai este necesară deoarece introducerea
suplimentară de ulei în camera de ardere, modifică regimul de funcționare al motorului,
producând instabilitate și un mediu de funcționare la temperaturi peste limita admisă, duce la
conluzia conform căreia, texturarea alezajului în zona PMI nu este benefică regimului de
funcționare al motorului termic.
4.4.3. Analiza suprafeței texturată între zona PMI și PME, la mijloc
În acest caz, analiza a fost efectuată, tot pe un singur rând de cavități, pe suprafața dintre
PMI și PME, adică în zona 𝑆2
2 (Figura 4-13). Față de cazul precedent luând în calcul doar o
singură spirală se va aduce aceeași cantitate de ulei în camera de ardere de 0.000003 cm3
dar
vom întâmpina urmatoarele probleme:
- Gudronul se va forma într-o perioadă de timp mai mare deoarece uleiul expus nu va avea o
ardere completă și va putea fi spălat parțial de către segmentul de ungere;
- Va ajunge o cantitate de ulei parțial ars în baia de ulei schimbând, într-un timp relativ scurt,
proprietățile uleiului necesar bunei funcționări a cuplelor de frecare din întregul motor ;
- Sursa suplimentară de căldură introdusă în camera de ardere în timpul admisiei nu va
determina arderi necontrolate, dar va fi o sursa suplimentară de menținere a căldurii pe suprafața
segmentului de foc.
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
48
Figura 4-13: Suprafață texurată în zona de mijloc a suprafeței S2
În acest caz o analiză suplimentară dezavantajele anterior arătate care ar putea aparea în
funcționarea motorului cu cilindrii texturați în această zonă. Introducerea suplimentară de ulei în
zona segmentului de foc nu este benefică decât pe a doua parte a coborârii acestuia în timpul
detentei. În camera de ardere ajunge o cantitate de ulei ce modifică regimul de funcționare al
motorului producând hidrocarburi ce contravin normelor de poluare și un mediu de funcționare al
motorului la temperaturi mai ridicate pentru această zonă de texturare.
Această analiză conduce la concluzia conform căreia texturarea alezajului în zona 𝑆2
2 nu
este benefică regimului de funcționare al motorului termic.
4.4.4. Analiza suprafaței texturată în zona PME a segmentului de foc
În acest caz pentru exemplificarea texturării în zona PME se va analiza zona texturată tot
dintr-un singur rând de cavități doar în zona primului segment de compresie din punctul PME
(Figura 4-14).
În acest caz poate exista următorul scenariu la utilizarea unei singure spirale texturată:
- Cavitățile sunt alimentate direct de barbotajul uleiului din baie și raclate de segmentul de
ungere;
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
49
- În momentul în care ajunge segmentul de compresie în dreptul texturii procesul de ardere este
finalizat;
- Segmentul de compresie se alimentează suplimentar cu ulei pentru mișcarea de ridicare din
PME spre PMI;
- În timpul alimentarii cu ulei din cavitățile rândului texturat, segmentul de compresie se
descarcă de temperatura acumulată în timpul arderii prin transferul acesteia în uleiul din cavități
și transmiterea către suprafața alezajului din PME;
- Vârfurile asperităților desprinse în timpul lucrului sunt depuse în cavități după care acestea
sunt spălate de ulei prin barbotaj;
- Nu există gudron format prin arderea gazelor reziduale de la sfârșitul arderii;
- Mișcarea elementelor din cuplă va fi funcție de regimul fluid, în zona PME, către mixt
semiuscat, în zona PME.
Figura 4-14: Suprafață texurată în zona PME al segmentului de " Foc"
CAPITOLUL 4. CONTRIBUȚII TEORETICE PRIVIND REGLAREA PASULUI LA
ECHIPAMENTUL DE ROTOPERCUȚIE
50
4.5. Concluzii
Din analiza parametrilor de care trebuie să se țină cont în texturarea alezajelor prin
rotopercuție, datele obținute din cercetărilor teoretice au fost analizate și optimizate stabilindu-se
direcții și reguli pentru implementarea acestora în cercetările experimentale folosindu-se diferite
metode și analize.
Contribuțiile teoretice au avut la bază, pentru început, definirea clară a unui sitem de
parametri în vederea caracterizării suprafețelor texturate. Astfel, s-au folosit o serie de parametri
de intrare cum ar fi diametrul alezajului, frecvența de percuție, avansul, lungimea alezajului și
turația, la ieșire s-a urmărit obținerea optimizarea turației și vitezei, unghiul tangentei la spirală,
pasul și timpul de prelucrare. Prin conceperea unui unui pachet software s-a reușit optimizarea
valorilor recalculate pentru un caz concret de spirală dreaptă și rază R pentru parametrii de ieșire
mai sus menționați.
În vedera stabilirii zonei optime de texturare s-au analizat patru scenarii de texturare. În
urma prezentării avantajelor/dezavantajelor pentru fiecare scenariu în parte s-a concluzionat că
amplasarea optimă a zonei texturate trebuie sa fie în zona PME a segmentului de "foc".
51
CAPITOLUL V
CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA
DE TEXTURARE PRIN ROTOPERCUŢIE
5.1. Analiza cavităților obţinute prin rotopercuţie
Pentru obținerea texturii de analizat s-au pregătit cămăși cilindru din fontă cenușie cu
grafit lamelar SR EN 1561: 1999 EN-GJL-BH 175 detașabile de motorul termic cu aprindere prin
scânteie, pe care se vor monta/demonta secțiuni de cămașa cilindrică și se vor constitui drept
epruvete (figura 5-1).
Aceste epruvete au fost folosite în cercetare, pentru a analiza diferitele densități de
textură realizate utilizând mașina cu comandă numerică de rotopercutat programabilă, prezentată
în capitolul 3.
Figura 5-1: Camașă de cilindru prelucrată
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
52
Examinând zona texturată cu microscopul Kestrel System K si Quadra-Chek 200 (Figura
2-4) s-a constatat că, cavitățile create pe suprafața alezajului nu au o formă rotundă alungită, ci au
forma unei picături de apă în cădere (Figura 5-2).
Figura 5-2: Imaginea cavităților utilizând microscopul Kestrel System K si Quadra-Chek 200
Forma cavităților este dată de mișcarea formei vârfului dornului percutor utilizat la
texturare, montat pe echipament (Figura 5-3).
Figura 5-3: Vârful dornului percutor
Pentru a se defini mai clar forma cavităților au fost realizate mai multe suprafețe
rototexturate, pe același alezaj, cu viteze de rotație și avans definite pentru a se analiza forma
acestora la diferite densități de textură conform figurii 5-4.
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
53
Figura 5-4: Diferite texturări funcție de viteza de rotație
La aceeași forță de lovire, dată de capul percutor, ajustând viteza de rotație și avans,
gradul de texturare al suprafeței alezajului este mai mare cu cât vitezele de rotație și avans ale
echipamentului sunt mai mici ( Figura 5-5c).
Figura 5-5: Diferite densități funcție de viteza de rotație și avans ale echipamentului
Analizând la microscop zonele texturate au fost vizualizate urme de lovituri care, se pare,
că nu sunt formate datorită acțiunii dornului percutor (Figura 5-6). Se consideră că aceste urme
sunt lăsate de rulmentul montat în capul axului echipamentului.
Analizând în detaliu suprafețele texturate, au fost constatate urmatoarele:
- Materialul este refulat din cavități pe direcția de rotație a echipamentului;
- Dornul dacă nu lovește perpendicular, refularea materialului poate fi chiar sub un unghi mai
mare de 900;
- Pe suprafața alezajului apare o urmă de lovitură aparentă (Figura 5-5) ce nu este efectuată de
dornul dispozitivului de rototexturat;
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
54
- Suportul pentru asigurarea distanței constante de lovire efectuează o a doua lovire în timpul
retragerii dornului din cavitatea creată.
Figura 5-6: Urme lovituri dispozitiv sprijin
Aceste urme de lovituri date de rulment (Figura 5-7) au putut fi vizualizate la microscop
deoarece pe aceeași probă au fost efectuate mai multe texturări conform figurii 5-4. Urmele de
lovituri nu apar în prima zonă de texturare ci, datorită faptului că, au fost făcute pauze de 10mm
între texturări, următoarele texturi efectuându-se pe zona de lovire a suportului echipamentului
de pe prima texturare.
Figura 5-7: Amplasarea rulmentului pe axul echipamentului
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
55
Pentru a nu mai avea această problemă s-a înlăturat rulmentul și s-a conceput un
dispozitiv cu trei role (1) de sprijin (Figura5-8) cu suprafața exterioară din material nemetalic.
Cele trei role au fost plasate la o distanță egală una de cealaltă și cu un sistem de centraj pe alezaj
prin marirea distanței laturii triunghiului isocel format.
Figura 5-8: Schiță dispozitiv cu trei role de sprijin
Analizând cavitățile executate în timpul cercetării s-a observat că, forma grafitului este
cea care influențează, cel mai mult proprietățile mecanice, dar nu trebuie neglijată și cantitatea,
distribuția respectiv mărimea separărilor de grafit din compoziție. În figura 5-9 se poate vedea
influența grafitului din structura fontei cămășilor de cilindru asupra refulării materialului. Grafitul
în structură se prezintă drept goluri de material (de fier) ceea ce provoacă refulări ale materialului
sau ale dornului în momentul lovirii.
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
56
Dornul dispozitivului, ajungând în unele cazuri pe o porțiune neuniformă de material cu
grafit, în timpul lovirii, se poate deplasa în zona golului de material ocupat de către grafit.
Continuând cu analiza suprafeței de texturat trebuie să se țină cont și de tensiunile
remanente din material care pot influența chiar poziționarea centrelor de texturare pe aceeași
spiră.
Figura 5-9: Suprafață texturată neuniform:
a- magnitudine 50X; b- magnitudine 100X; c- magnitudine 500X .
Gradul de refulare al materialului din cavități este proporțional cu forța de lovire. Din
această constatare vizuală a reieșit că, distanța dintre percuții trebuie calculată nu de la diametrul
interior al cavității ci, de la diametrul maxim al refulării materialului (Figura 5-10 a și b).
Figura 5-10: Refularea materialului: a- Imaginea cavităților învecinate, 500X;
b- vedere schematică a materialului refulat uniform
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
57
Pentru a nu avea întrepătrunderi de material de cavitățile învecinate se consideră că la
calculul vitezei de rotație și avans ar trebui luați în considerare următorii parametri: distanța de
lovire;viteză de rotație a capului percutor; viteză de avans; structura materialului; jocurile din
dispozitiv; tensiunile din material.
Obținerea cavităților poate fi comparată cu un proces de așchiere.
În figura 5-11 utilizând microscopul Quanta 200 3D s-au măsurat în mod aleatoriu câteva
diametre ale cavităților formate
Figura 5-11:Diametrul mediu percuții suprafața texturată
În calculul numărului de cavități pe spiră (relația 4.4, capitolul 4) s-a luat în considerare
valoarea medei de 235,5µm pentru diametrul unei cavități.
5.2. Analiza SEM a zonelor rototexturate
Conform relației (4.4) din capitolul 4 la o distanță de 0,5mm între cavități au rezultat 471
de cavități pe spirala de textură. Plecând de la acest fapt, dornul percutor trebuie să parcurgă
lungimea unei spire în timpul Ts dat de relația (5.1).
Ts = 𝑁
50 =9,42 s (5.1)
Programul Pronterface, utilizat în funcționarea echipamentului, este conceput să
calculeze timpul necesar capului de printare, dintr-o imprimantă 3D, să depună pe o suprafață
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
58
definită, o lungime de fir impusă. În situația rototexturării, lungimea de fir este dată de lungimea
tuturor cercurilor/spirelor pe zona dorită de texturat a alezajului.
Pronterface, plecând de la solicitarea Go Y20 E2200 F10 (exemplu figura 3-15), va
împinge firul de extrudat, pe distanța de 20mm, la viteza de 10mm/sec.
Pentru a face acest lucru programul a fost construit și reglat astfel: G28 Y - poziționare zero
mașină pe axa Y; G21 - sistem calcul metric parametri; G91 - sistem coordonate relativ; E -
extrudor; F - viteză de lucru extrudor; M82 - E în sistem de coordonate absolut; M302- efectuarea
extrudării la rece și E step/mm - pași pe milimetru reglați în firmware echipament pentru pulsuri
motor pas cu pas pe milimetru.
Numărul de turații (NE) al axului echipamentului de rototexturat s-a calculat ținând cont
de numarul de turații pe care trebuie să le facă motorul extrudor pentru un milimetru de deplasare,
conform relației (5.2):
𝑁𝐸 =𝐸∗ 𝐸𝑠𝑡𝑒𝑝/𝑚𝑚
𝑅𝑡 =
𝐸∗200
200 =E (5.2)
unde:
- Rt - reprezintă 200 de pașii pe care trebuie sa îi facă motorul pas cu pas pentru o revoluție
completă de 3600;
- Estep/mm - a fost setat la +3000 pulsuri pe milimetru (datorită raportului de transmitere de 1/1).
În cadrul cercetărilor experimentale s-a analizat realizarea diferitelor densități de textură
pe o lungime de 10mm din alezaj plecând de la parametrii obtimizați.
Pe lungimea de 10mm la o distanță între spire de 0,5 mm au rezultat 20 de spire astfel E=
300, iar din relația (5.1) a rezultat o viteză de realizare a rotopercuției pe o spiră F= 𝑇𝑠
3 =3,14.
Pentru analiza experimentală au fost variați parametrii vitezei de realizare a unei spire în
intervalul 3≤ 9,42≥ 4mm/s și numărul de spire 15≤ 20 ≥25.
Timpul necesar rototexturării a 10mm de alezaj este dat, pentru cazul prezentat, de relația
(5.3):
NE x Ts=94,2s (5.3)
Vizualizând cavitățile create de dispozitivul de rotopercuție, cu ajutorul microscopului electronic
pentru analiza SEM QUANTA 200 3D au fost analizate refulările rezultate în urma prelucrării
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
59
prin rotopercuție pentru mai multe probe cu viteze de rotație și avans diferite de prelucrare
(Figurile 5-12, realizată la puterea de mărire 50X și 5-13, realizată la puterea de mărire 100X).
a) viteza de rotație de 10mm/s b) viteza de rotație de 9mm/s Figura 5- 12: Refulări ale materialului din cavități la diferite viteze de rotație a capului rotopercutor, 50X
a) viteza de rotație de 10mm/s b) viteza de rotație de 9mm/s Figura 5-13: Refulări ale materialului din cavități la diferite viteze de rotație a capului rotopercutor, 100X
Datorită materialului refulat din zona cavităților pe direcția de deplasare a echipamentului
a fost luata decizia, în urma analizelor de suprafață că, trebuie efectuat încă o dată operația de
honuire de finisare pentru a se înlătura materialul refulat din cavități prin rotopercuție (Figura 5-
14).
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
60
Figura 5-14: Imagine refulări material din zona de impact, 500X
După efectuarea operației de honuire pentru alezaj (5-15) s-au refăcut imaginile SEM
prezentate în Figura 5-16.
Figura 5-15: Suprafața alezajului după operația de honuire
După operația de honuire finală au fost tăiate mostre din cămașile de cilindru, pentru a fi
analizate SEM și AFM în vederea vizualizării structurii materialului.
a) b)
Figura 5-16: Imagini ale suprafețelor texturate după operația de honuire finală:
a- magnitudine 50X; b- magnitudine 100X
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
61
5.3. Analiza AFM pe secțiuni ale cavităților create prin rotopercuție
Pentru a nu fi influențate analizele de suprafață, mostrele (Figura 5-17) au fost debitate cu
un dispozitiv cu jet de apă de înaltă presiune cu abraziv, realizându-se tăieturi ce nu au modificat
structura materialului, după care au fost lustruite cu pastă diamantată pentru a se putea analiza
materialul în secțiune, mai exact, în zona de mijloc a spatelui unei cavității rotopercutate.
Figura 5-17: Secțiune cavitate pregatită pentru analiză AFM
Utilizând microscopul de forță atomică (AFM) Park NX10, ce poate furniza date de cea
mai înaltă rezoluție la scară nano, s-au efectuat cercetări asupra zonei din spatele cavităților. Cu
acest microscopul Park NX10 datorită rezoluției foarte mari de lucru și utilizând un profilometru
nano, cu avantajul că poate fi realizată o analiză în modul "True non-Contact", s-au analizat două
zone, Z1 și Z2, (Figura 5-18) din peretele unei cavități.
Golul evidențiat în Figurile 5-19 și 5-20 este dat de grafitul lamelar expulzat în timpul
lustruirii de pregătire a probei.
Figura 5-18: Zonele din spatele cavității
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
62
Linie Min(µm) Max(µm) Mijloc(µm) Mediu(µm) Rpv(µm) Rq(µm) Ra(µm) Rz(µm) Rsk Rkv
Roșu -0,290 0,226 -0,032 0,050 0,515 0,130 0,111 0,437 0,576 2,628
Verde -0,488 0,073 -0,208 0,154 0,561 0,121 0,093 0,407 0,584 3,308
Albastru 0,087 0.355 0,221 0,207 0,268 0,064 0,056 0,217 -0,260 2,158
Figura 5-19: Vederea de sus a imagine scanate AFM a zonei Z1
Pachetul software al AFM a generat și valorile componentelor rugozității Rpv, Rq, Ra,
Rz, Rsk și Rku prezentate în aceeași figură 5-19.
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
63
Pentru o vizualizare cât mai clară a existenței amorselor de fisuri s-a realizat și imaginea
3D prezentată în figura 5-20.
Sursa Lațimea
probei
Inălțimea
probei
Distanță
scanată
pe X
Distanță
scanată
pe Y
Rezoluția Coordonatele
punctului de
plecare
Amplitudine Frecvență Acoperire
Z
detector
256pxl 512pxl 20µm 20µm 0,5Hz 13,5E3nm 19,672E3nm 260,77E3Hz 2,47%
Figura 5-20: Vederea 3D a zonei Z1
Efectuându-se aceleași analize AFM și pe zona Z2 (Figura 5-21) nu au fost evidențiate
modificări sau neconformități diferite de cele din zona Z1. Analiza AFM a suprafeței lustruite din
secțiunea cavității în zona Z2 (Figurile 5-21 și 5-22) a evidențiat o continuitate a materialului
analizat, acesta nefiind afectat dacâăt de particulele abrazive din pasta de lustruit folosită la
pregatirea probei pentru analiză.
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
64
Linie Min(µm) Max(µm) Mijloc(µm) Mediu(µm) Rpv(µm) Rq(µm) Ra(µm) Rz(µm) Rsk Rkv
Roșu -267.838 133,086 -67,376 -14,956 400,925 62,135 44,595 265,040 1,503 5,505
Verde -235,620 42,596 -96,532 -72,577 278,256 55,586 44,876 217,004 0,547 2,852
Albastru -561,562 95,852 -252,855 17,315 657434 100,901 57,019 356,651 3,704 17,891
Figura 5-21: Vederea de sus a imagine scanate AFM a zonei Z2
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
65
Sursa Lațimea
probei
Inălțimea
probei
Distanță
scanată
pe X
Distanță
scanată
pe Y
Rezoluția Coordonatele
punctului de
plecare
Amplitudine Frecvență Acoperire
Z
detector
256pxl 512pxl 20µm 20µm 0,4Hz 14E3nm 19,672E3nm 260,77E3Hz 2,47%
Figura 5-22: Vedere 3D a zonei Z2
5.4. Analiza SEM în secțiunea cavităților create prin rotopercuție
Prin analiza SEM, efectuată de microscopul electronic QUANTA 200 3D s-a putut
demonstra eficiența tehnologică a procesului de rotopercuție aplicat pe alezajele din motoarele
termice construite din fonte industriale cu grafit lamelar.
Imaginile prezentate în analiza SEM, la diferite magnitudini de vizualizare conform
figurilor 5-23, 5-24, 5-25, 5-26 au evidențiat o structură nemodificată a materialului în urma
rotexturării.
Grafitul din structura materialului nu a fost afectat de procesul de rotopercuție și tot odată
în urma analizelor nu s-au evidențiat amorse de fisuri sau structuri instabile apărute în material.
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
66
Figura 5-23: Imagine secțiune material prelucrat prin rotopercuție, 100X
Figura 5-24: Imagine SEM cavități în secțiune, 200X
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
67
Figura 5-25: Imagine SEM a cavității în secțiune, 400X
Figura 5-26: Imagine SEM a cavități în secțiune, 500X
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
68
5.5. Analiza cavităților rototexturate cu profilometrul Form Talysurf I 50
Măsurătorile cu profilometrul Form Talysurf I50 produs de firma Taylor Hobson, pe mai
multe tipuri de densități de textură, din aceeași probă, au ca scop evidențierea modului cum arată
în interior cavitățile pentru diferite viteze de texturare şi pentru determinarea parametrilor de
formă a cavităților percutate (Figura 5-27).
Figura 5-27: Imaginea desfășurată a lungimii de masură la 10mm/s oferită de profilometrul Form
Talysurf I50 a cavităților create la deferite viteze de lucru al dispozitivului
Analiza cavităților, create la diferite viteze de lucru ale echipamentului, de către
profilometru s-a făcut, nu pe direcția de execuție a cavităților pe alezaj de 20mm. Conform figurii
se pot vedea densitățile dintre cavitățiaparținând diferitelor rânduri și adâncimi corespunzătoare
ale cavităților.
Pentru analiză s-a căutat o zonă cu cât mai multe cavități pe aceeași linie verticală. În
figura 5-28, din cavitățile întâlnite în calea palpatorului, a fost analizat profilul unei cavități
mărite.
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
69
Figura 5-28: Detaliu A pentru cavitatea aleasă din figura 5-27
Conform graficului cavității analizate, din figura 5-28, forma cavității analizate după
efectuarea operației suplimentare de honuire, are o adâncime de 0,05mm, un diametru de 0,22mm,
ceea ce a condus la calculul teoretic din capitolul 4, subcapitolul 4.4.
5.6. Concluzii
In urma analizelor efectuate cu microscoapele SEM QUANTA 200 3D și AFM Park
NX10 cavitățile create prin rotopercuție și palpate cu profilometrul Talysurf I50 s-au desprins
următoarele concluzii:
Microduritatea stratului superficial al alezajelor cămășilor prelucrate prin rotopercuție nu
modifică structura materialului;
Analizele SEM și AFM pe cele trei dimensiuni ale spațiului generat de cavitățile create
prin rotopercuție au arătat felul și modul în care este deformat materialul și de ce trebuie să se țină
cont în determinarea densității maxime de cavități pe suprafața aleasă de lucru;
CAPITOLUL 5. CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND TEHNOLOGIA DE TEXTURARE PRIN
ROTOPERCUŢIE
70
S-a evidențiat distanța optimă între percuții pentru a nu afecta procesul de rotopercuție
din cauza microdurităţii superficiale ale exteriorului cavităților și al grafitului din compoziția
fontei industriale folosite în fabricarea cilindrilor detașabili din motoarele termice cu aprindere
prin scânteie, pe care sau facut testele de rotopercuție;
S-au realizat vizualizari ale texturilor obținute în condițiile variației vitezei de rotație și
avans ca parametri de intrare şi unele mărimi caracteristice precum calitatea suprafeţei pieselor
prelucrate, mărimea deformaţiilor ca parametri de ieşire;
S-a realizat un studiu privind variaţia influenţei mărimilor de intrare asupra mărimilor de
ieşire;
Densitatea cavităților suprafeței prelucrate depinde de mărimea, forma capului de
percuție, viteza de rotație și avansul de lucru al capului port sculă;
Suprafața materialului texturat la densitățile realizate, conform analizelor SEM și AFM,
nu prezintă amorse de fisuri și fracturi în zona percuțiilor.
71
CAPITOLUL VI
CONCLUZII FINALE ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE
6.1. Concluzii finale
O privire de ansamblu asupra cercetării în ceea ce priveşte conceperea și realizarea
procedeului tehnologic de rotopercuție, precum şi contribuţiile aduse de diverși cercetători în
domeniul texturarii suprafețelor s-a dovedit a fi necesară în realizarea obiectivelor tezei de
doctorat.
În urma studiilor efectuate de diverşi cercetători în domeniul deformaţiilor plastice
superficiale la rece s-a constatat că majoritatea organelor de maşini se distrug din cauza
solicitărilor mecanice şi termice, cât şi din cauza procesului de uzură abrazivă. Acesta se datorează
în primul rând unor frecări necontrolate (aleatorii), precum şi unei lubrefieri necorespunzătoare
sau chiar a absenţei acesteia. Pentru eliminarea acestor inconveniente, în practică, suprafeţele
supuse acestei uzuri rezistă mai bine fenomenelor, dacă dispun de alveole (cavități) în care se
poate depozita lubrefiantul. Din punct de vedere al realizării rotopercuției, procedeu s-a putut
realiza relativ simplu prin deformare plastică superficială la rece prin percuție. Utilizarea acestui
procedeu tehnologic, prin cinematica sa, a condus la posibilitatea de a crea microgeometrii
regulate pe suprafaţa alezajelor, pentru care toţi parametrii s-au calculat analitic, în funcţie de
regimul utilizat de rototexturare şi au fost reglați independent unul faţă de altul.
În funcţionarea maşinilor unelte, a aparatelor şi a instalaţiilor, un rol foarte important îl
deţine starea iniţială a suprafeţelor de contact, caracterizată prin starea fizico - mecanică a stratului
superficial rezultat în urma prelucrărilor mecanice anterioare. Necesitatea studierii procedeului de
rotopercuție în cadrul procesului de deformare plastică superficială a reieșit din cele menţionate
mai sus, cât şi din faptul că rugozitatea suprafeţelor prelucrate prin prezentul procedeu ține cont de
rugozitatea suprafeţelor alezajelor obţinute prin operaţiile clasice de finisare (rectificare, honuire,
finisare, suprafinisare) existând, în plus, posibilitatea obţinerii numărului prescris de pete de
contact pe unitatea de suprafaţă și în zona impusă de beneficiar.
6.2. Contribuții personale
Pentru îndeplinirea obiectivelor impuse în cercetare s-a conceput şi s-au executat
dispozitivele necesare pentru desfăşurarea activităţilor de cercetare experimentală în domeniul
deformaţiilor plastice superficiale la rece prin rotopercuție. Aceste dispozitive create au condus la
o serie de inovări în privința echipamentelor de experimentare și de testare sub toate aspectele.
Soluţiile constructive optime din punct de vedere funcţional şi al fiabilităţii au fost testate
cu succes.
CAPITOLUL 6. CONCLUZII FINALE ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE
72
Texturarea suprafețelor metalice analizate a fost efectuată în conformitate cu obiectivele
propuse şi, în urma rezultatelor obţinute, pe parcursul elaborării tezei de doctorat, contribuţiile
personale sunt:
- Realizarea unui studiu bibliografic în ceea ce priveşte stadiul actual al cercetărilor în domeniul
cuplelor de frecare cu suprafețe texturate;
- Stabilirea metodologiei de experimentare în vederea determinării și evidențierii parametrilor
tehnologici de rotopercuție asupra reperelor obţinute;
-Conceperea, proiectarea și execuția dispozitivelor necesare pentru desfăşurarea activităţilor de
cercetare experimentală în domeniul deformaţiilor plastice superficiale la rece prin rotopercuție;
- Analiza și optimizarea procesului de rotopercuție în scopul definirii zonei optime de texturat;
- Conceperea şi realizarea sistemului de reglare a dispozitivului de rotopercuție;
- Determinarea densității maxime a suprafeței de texturat prin rotopercuție utilizând diferite viteze
de rotație și avans;
- Determinarea gradului de încarcare a zonei texturate cu ulei pentru a vedea cantitatea de ulei
rămasă în camera de ardere;
- Determinarea zonei optime de texturat în cupla segment cilindru în urma analizei a patru
scenarii posibile de amplasare a zonei texturate;
- Analiza structurala SEM a cămășii de cilindru rotexturate;
- Analiza structurală AFM a materialului din spatele cavităților rotopercutate;
- Analiza SEM în vederea vizualizării materialului refulat;
- Determinarea distanțelor dintre cavitățile aparținând diferitelor rânduri și adâncimile
corespunzătoare ale acestora, utilizând profilometrul Form Talysurf I 50.
6.3. Direcții viitoare de cercetare
Utilizarea cuplei segment-cilindru din motoare termice va avea și în viitorul apropiat o
utilizare largă indiferent de combustibilul utilizat, ceea ce impune continuarea cercetărilor în
domeniu, în special pentru motoare termice cu capacități cilindrice reduse și regim de lucru
amplificat. Ca direcții de cercetare insuficient studiate se pot menționa următoarele:
Studiul analitic și numeric în funcționare, al unei suprafețe texturate în zone definite
dintre PMI segment de ungere și PME segment de "foc", ale alezajelor unui motor termic ;
Analiza stării de tensiuni din stratul superficial după o perioadă de funcționare definită;
Determinarea valorilor maxime de rezistenţă la şoc pentru materiale din care sunt
confecționate alezajele, supuse rotopercuției;
Determinarea proprietăților tribologice ale texturilor analizate, ținând cont de valori ale
CAPITOLUL 6. CONCLUZII FINALE ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE
73
presiunii gazelor din camera de ardere, pe diferite zone dintre PMI si PME.
73
LISTĂ LUCRĂRI ŞTIINŢIFICE
1. Daniel Chiriță, (2013), Process Smoothing of the Inner surface of Cylinders after Honing and
its Role in Eliminating Wear in the Activation of the Heat Engine, Advanced Materials Research,
837, 43-48.
2. Daniel Chiriță, (2014), Decreasing the Contact Surface between Piston and Cylinder at the
Heat Engines by Rotary-Percussion, Advanced Materials Research, 1036, 619-624.
3. Daniel Chiriță, Pavel Iurea, (2016), Contributions Regarding the Bores Processing Through
Rotopercussion, The XX International Conference "INVENTICA 2016", June 30th-July 1st, 2016,
Iasi, Romania.
4. Daniel Chiriță, Simona Plavanescu (Mazurchevici), Dumitru Nedelcu, The 3D Liquid
Wood Sheets Forming Through a Vacuum Process, Tehnomus – New Technologies and Products
in Machine Manufacturing Technologies, May 8-9, Suceava, Romania, pp. 150-153.
5. Ciprian Stamate, Ioan Doroftei, Daniel Chiriță, Adrian Burlacu, On Designing an
Automated Tool For Capacitors Removal From Waste printed Circuits Boards, IOP Conference
Series: Materials Science and Engineering, vol....., în curs de publicare
74
BIBLIOGRAFIE (selectivă)
1. Nakada,M., Trends in engine technology and tribology. Tribol. Int, 1994. 27(1), 3-8.
2. Etsion, I., State of the art in laser surface texturing. Journal of Tribology, 2005. 127(1), 248-
253.
3. Costa, H.L., I.M. Hutchings, Effects of die surface patterning on lubrication in strip drawing.
Journal of Materials Processing Technology, 2009, 209(3), 1175-1180.
4. Etsion, I. Improving tribological performance of mechanical components by laser surface
texturing. 2004. USA: Kluwer Academic/Plenum Publishers.
5. Borghi, A., E. Gualtieri, D. Marchetto, L. Moretti, S. Valeri, Tribological effects of surface
texturing on nitriding steel for high-performance engine applications. Wear, 2008. 265(7-8),
1046-51.
6. Burstein, L., D. Ingman. Pore ensemble statistics in application to lubrication under
reciprocating motion (C). 2000: Society of Tribologists and Lubrication Engineers.
7. Etsion, I., L. Burstein, A model for mechanical seals with regular microsurface structure.
Tribology Transactions, 1996. 39(3), 677-683.
8. Kovalchenko, A., O. Ajayi, A. Erdemir, G. Fenske, I. Etsion. The effect of laser surface
texturing on transitions in lubrication regimes during unidirectional sliding contact. 2005:
Elsevier Ltd.
9. Ronen, A., I. Etsion, Y. Kligerman, Friction-reducing surface-texturing in reciprocating
automotive components. Tribology Transactions, 2001, 44(3), 359-366.
10. Ryk, G., Y. Kligerman, I. Etsion, A. Shinkarenko, Experimental investigation of partial laser
surface texturing for piston-ring friction reduction. Tribology Transactions, 2005, 48(4), 583-588.
11. Siripuram, R.B., L.S. Stephens, Effect of deterministic asperity geometry on hydrodynamic
lubrication. Journal of Tribology, 2004. 126(3), 527-534.
12. Tnder, K. Hydrodynamic effects of tailored inlet roughnesses: Extended theory. 2004:
Elsevier Ltd.
13. Venkatesan, S., L.S. Stephens. Surface textures for enhanced lubrication: Fabrication and
characterization techniques. Proceedings of the World Tribology Congress III, 2005, 521-522.
14. Wang, X., K. Kato, K. Adachi, K. Aizawa, Loads carrying capacity map for the surface
texture design of SiC thrust bearing sliding in water. Tribology International, 2003, 36(3), 189-
197.
15. Xiaolei, W., K. Adachi, K. Otsuka, K. Kato, Optimization of the surface texture for silicon
carbide sliding in water. Applied Surface Science, 2006, 253(3),6- 1282.
75
16. Xiaolei, W., K. Kato and K. Adachi, The critical condition for the transition from HL to ML
in water-lubricated SiC. Tribology Letters, 2004. 16(4), 253-8.
23. Saka, N., H. Tian and N.P. Suh, Boundary lubrication of undulated metal surfaces at elevated
temperatures. Tribology Transactions, 1989. 32(3), 389-395.
24. Tian, H., N. Saka and N.P. Suh, Boundary lubrication studies on undulated titanium surfaces.
Tribology Transactions, 1989. 32(3), 289-296.
25. Wakuda, M., Y. Yamauchi, S. Kanzaki and Y. Yasuda, Effect of surface texturing on friction
reduction between ceramic and steel materials under lubricated sliding contact. Wear, 2003.
254(3-4) 356-63.
26. Komvopoulos, K., Sliding friction mechanisms of boundary-lubricated layered surfaces. Part
II. Theoretical analysis. Tribology Transactions, 1991. 34(2), 281-291.
27. Pettersson, U. and S. Jacobson. Influence of surface texture on boundary lubricated sliding
contacts. 2003. Stockholm, Sweden: Elsevier Ltd.
28. Suh, N.P., M. Mosleh and P.S. Howard, Control of friction. Wear, 1994. 175(1-2), 151-158.
29. Brizmer, V., Y. Kligerman and I. Etsion, A laser surface textured parallel thrust bearing.
Tribology Transactions, 2003. 46(3), 397-403.
30. McNickle, A.D. and I. Etsion, Near-contact laser surface textured dry gas seals. Journal of
Tribology, 2004. 126(4), 788-794.
31. Nosonovsky, M. and B. Bhushan, Multiscale friction mechanisms and hierarchical surfaces
in nano- and bio-tribology. Materials Science and Engineering, R: Reports, 2007. 58(3-5), 162-
193.
33. Voevodin, A.A. and J.S. Zabinski, Laser surface texturing for adaptive solid lubrication.
Wear, 2006. 261(11-12): pag. 1285-92.
34. Schneider, Y.G., Formation of surfaces with uniform micropatterns on precision machine and
instrument parts. Precision Engineering, 1984. 6(4), 219-225.
35. Willis, E.,Surface finish in relation to cylinder liners. Wear, 1985. 109(1-4), 351-366.
37. Greco, A., S. Raphaelson, K. Ehmann, Q.J. Wang and C. Lin, Surface texturing of
tribological interfaces using the vibromechanical texturing method. Journal of Manufacturing
Science and Engineering, Transactions of the ASME, 2009. 131(6), 0610051-0610058.
49. Sugihara, T. and T. Enomoto, Improving anti-adhesion in aluminum alloy cutting by micro
stripe texture. Precision Engineering, 2012. 36(2), 229-237.
50. Hamilton, D.B., J.A. Walowit and C.M. Allen, Theory Of Lubrication By Microirregularities.
American Society of Mechanical Engineers -- Transactions -- Journal of Basic Engineering, 1966.
88(1), 177-185.
76
51. Anno, J.N., J.A. Walowit and C.M. Allen. Microasperity lubrication. 1967. New York, NY,
United States: American Society of Mechanical Engineers (ASME).
63. Bowden, F.P. and D. Tabor, Theory of metallic friction and role of shearing and ploughing.
1942, 7-38.
64. Bowden, F.P. and D. Tabor, Metallic friction: theory. Bulletin of the Council for Scientific
and Industrial Reseach, 1942(145), 59.
65. Bowden, F.P. and D. Tabor, Mechanism of metallic friction. Nature, 1942. 149, 197-199.
66. Bowden, F.P., A.J.W. Moore and D. Tabor, The ploughing and adhesion of sliding metals.
Journal of Applied Physics, 1943. 14, 80-91.
67. Persson, Sliding Friction , Physical Principals and Applications. second ed. 2000: Springer.
68. Bhushan, B., Principles and Applications of Tribology. 1999.
140. Ruddy B.L., Hildyard M.L.: A review of tribological aspects of piston assembly design,
Vehicle Tribology, Elsevier Science Publishers B.V., Tribology Series, 18, Amsterdam, The
Netherlands, 1991, 93–102.