Komponenter som n¨otts ut efter anv¨andning i f¨alt har studerats f¨or att se vilken typ av n¨otningsskador som typiskt kan uppkomma. En serviceverkstad i Skellefte˚a som underh˚aller Atlas Copcos Hydraulham-mare tillhandah¨oll mejsel och bussning som bytts ut p˚a grund av slitage. Komponenter som skickades var av modell SB 302 d˚a det f¨or tillf¨allet saknades komponenter av SB 202 som annars anv¨ants som referensmodell i detta arbete.
Till en b¨orjan unders¨oktes komponenterna visuellt och fotades med en vanlig systemkamera. Hela komponenten fotograferades med ett vanligt objektiv och de n¨otta omr˚adena fotades n¨armare med ett makroobjektiv, se figur 4.19 och figur 4.20.
del. I bilderna nedan har glidriktningen m¨arkts ut med en dubbelriktad pil och enkelriktade pilar pekar ut exempel p˚a n¨otningsskador.
I den nedre kontaktytan ¨ar kontakttrycket h¨ogst p˚a grund av att bussningen m˚aste h˚alla emot bryt-krafterna fr˚an basmaskinens arm. I denna kontaktyta ser man tydliga sp˚ar av plastisk deformation p˚a b˚ade bussning och mejsel vilket tyder p˚a att materialet utsatts f¨or mycket h¨ogt tryck. Det finns ¨aven tendenser till sprickbildning och avflagat material (delamination) p˚a b˚ada sidor men framf¨orallt p˚a buss-ningen. Adhesion har sannolikt f¨orekommit. Se bild 4.21.
Figur 4.21: SEM bild av nedre kontaktyta, a) Plastisk deformation, b) Avflagat material, c) Sprickbildning I den ¨ovre kontaktytan ¨ar kontaktrycket l¨agre med cirka en tredjedel enligt tidigare kontaktrycks-ber¨akningar, se kap 4.1. Trots detta g˚ar det att observera minst lika sv˚ar n¨otning h¨ar som p˚a den nedre kontaktytan. H¨ar verkar adhesion vara en klar orsak till n¨otning men den gropiga ytan tyder p˚a att ¨aven plastisk deformation och utmattning (delamination) har f¨orekommit. Se bild 4.22.
D˚a sm¨orjfilmen brustit och metallisk kontakt uppst˚att mellan mejsel och bussning har det rimligen blivit omfattande adhesiv n¨otning och tack vare det h¨oga trycket har ¨aven ytan deformerats plastiskt. Det avflagade materialet och sprickorna tyder p˚a att ytan utsatts f¨or en cyklisk, st¨otande last. Detta skulle kunna f¨orklaras med att mejseln sl˚ar mot bussningen d˚a ett visst spel uppkommit mellan komponenterna. En annan viktig observation p˚a b˚ada kontaktytor ¨ar att den plastiska deformationen av ytan ¨ar s˚a omfattande att inget av den ursprungliga ytstrukturen ¨ar kvar.
Figur 4.22: SEM bild av ¨ovre kontaktyta a) Plastisk deformation, b) Adhesion
F¨or att j¨amf¨ora n¨otninsskadorna fr˚an de verkliga komponenterna med de fr˚an n¨otningsproverna s˚a unders¨oktes ¨aven provbitar i svepelektronmikroskopet. Tv˚a par bitar unders¨oktes; M5 och B5 fr˚an m01670 samt M3 och B3 fr˚an m01671, se bild 4.23. Provet fr˚an m01670 avbr¨ots precis n¨ar sk¨arning intr¨affade och inga sk¨arningsskador hann d¨arf¨or uppst˚a. Bitarna har d¨aremot n¨otit mot varandra under gr¨ansskiktssm¨orjning vilket har resulterat i en n˚agot polerad yta. Provet fr˚an m01671 har skurit under en l¨angre tid och kraftiga n¨otningsskador har uppkommit som ett resultat av detta. B˚ada provbits-paren ¨
ar fr˚an de tribologiska testerna under ”normalf¨orh˚allanden” och stegad last. Genom att studera dessa tv˚a bitar kan man j¨amf¨ora ytan f¨ore och efter sk¨arning.
Figur 4.23: Provbitar fr˚an n¨otningsprov f¨ore och efter sk¨arning
Provbitarna fr˚an m01670 som polerats under gr¨ansskiktssm¨orjning verkar har slitits ut genom en kombinaion av adhesion (uregelbundna n¨otningsskador) och abrasion (raka, regelbundna sp˚ar). ¨Overlag ¨
ar ytorna ganska op˚averkade och man kan tydligt se utans ursprungliga struktur. Mejselytan har blivit j¨amnare d˚a ˚asarna fr˚an bearbetningsr¨anderna b¨orjat hyvlas ner, bussningsytan har ocks˚a j¨amnats ut n˚agot men ¨ar i stort op˚averkad. Se bild 4.24
Figur 4.24: SEM bild av provbitar f¨ore sk¨arning
Provbitarna fr˚an m01671 som skurit har tydliga sp˚ar av adhesion som uppst˚att d¨ar sm¨orjfilmen brustit. En viss tendens till plastisk deformation kan ¨aven observeras i likhet med den som f¨orekom p˚a de slitna komponenterna. Mejseln ser ut att ha f¨orlorat material i snabbare takt ¨an bussningen vilket ocks˚a bekr¨aftas fr˚an n¨otningsproverna. Se bild 4.25
Figur 4.25: SEM bild provbitar efter sk¨arning, a) plastisk deformation b) adhesiv n¨otning
F¨or att sammanfatta s˚a verkar n¨otningstestet ha ˚aterskapat skador fr˚an adhesiv n¨otning och plas-tisk deformation om ¨an i mindre omfattning. D¨aremot har testet inte ˚aterskapat den sprickbildning och delamination som observerats p˚a de slitna komponenterna. Detta ¨ar ett rimligt resultat eftersom ingen cyklisk och st¨otande last f¨orekom i n¨otningsprovet. Tabell 4.2 listar de olika n¨otningsskador som observerats efter deras relativa betydelse.
Tabell 4.2: N¨otningsskador som observerats i Svepelektronmikroskop
Mejsel: Bussning:
Nedre kontaktyta
- Plastisk deformation - Plastisk deformation - Delamination - Delamination - Adhesion - Sprickbildning/utmattning - (Adhesion) ¨ Ovre kontaktyta - Adhesion - Adhesion
- Plastisk deformation - Plastisk deformation - Delamination - Delamination Provbit f¨ore sk¨arning
- Adhesion - (Adhesion)
- Abrasion - (Abrasion)
Provbit efter sk¨arning
- Adhesion - Adhesion
- Plastisk deformation - Plastisk deformation
Under gr¨ansskiktssm¨orjning sker mycket lite slitage och man b¨or d¨arf¨or str¨ava efter att vidh˚alla detta s˚a l˚ang tid som m¨ojligt f¨or att f¨orl¨anga komponenternas livsl¨angd. P˚a grund av det h¨oga trycket kommer dock komponenterna oundvikligen att b¨orja sk¨ara och n¨ar detta v¨al har h¨ant handlar det om att minimera skadan. Genom att minska yttrycket skulle man inte bara f¨orhindra sk¨arning utan lindra samtliga av n¨otningsmekanismerna, framf¨or allt plastisk deformation p˚a ytan.
Analysen har visat att b˚ade mesjelytan och bussningsytan blir j¨amnare innan sk¨arning (¨aven de polerade provbitarna fick en ¨annu j¨amnare yta). Detta kommer sannolikt f¨ors¨amra ytans f¨orm˚aga att beh˚alla sm¨orjmedel i kontakten vilket slutligen resulterar i att allt sm¨orjmedel trycks ut och bitarna sk¨ar. Mejselytan har redan ˚asar och sp˚ar efter bearbetning medans bussningsytan ¨ar ganska j¨amn fr˚an b¨orjan. Om bussningsytan skulle klara av att h˚alla sm¨orjmedel b¨attre i till exempel sp˚ar eller dep˚aer skulle det eventuellt f¨ordr¨oja sk¨arning.
N¨otningstesterna har visat att den adhesiva friktion som uppst˚ar n¨ar ytorna har skurit ¨ar h¨og. Man skulle kunna minska denna genom att v¨alja ett annat material till n˚agon av komponenterna eller introducera ett annat material i ytskiktet. Olika material har olika kompatibilitet men generellt s˚a blir det h¨ogre adhesiv friktion ju mer lika materialen ¨ar. I figur 4.26 s˚a j¨amf¨ors adhesiva skador fr˚an provbitarna och de verkliga komponenterna. De verkliga komponenterna har visserligen ett mer omfattande slitage men vissa likheter g˚ar ¨and˚a att se.
Att material lossnar p˚a grund av utmattningssprickor och delamination beror antagligen p˚a att komponenterna b¨orjar st¨ota mot varandra n¨ar ett spel redan uppst˚att mellan bussning och mejsel. Detta kommer d˚a att bidra till och accelerera den redan befintliga n¨otningen. Eftersom hydraulhammarens till¨ampning kr¨aver att mejseln st¨oter med en h¨og energi s˚a kan denna n¨otning vara sv˚ar att undvika, man kan dock se till att v¨alja ett material som har h¨og slagseghet och d¨armed inte spricker s˚a l¨att.
Kapitel 5
Koncept av alternativ l¨osning
Baserat p˚a vad analysen har visat s˚a finns det en rad ˚atg¨arder som skulle kunna minska slitage p˚a dagens bussning och mejsel. Alla ˚atg¨arder kanske inte ¨ar praktiskt genomf¨orbara eller finansiellt l¨onsamma men en rad f¨orslag presenteras i kapitlet nedan. En benchmarking har ¨aven gjorts f¨or att studera befintliga alternativ till l¨osningar.
5.1 Benchmarking
F¨or att f˚a en n¨armare inblick i vad f¨or typ av bussning som kan vara l¨ampligt i applikationen s˚a har olika alternativ unders¨okts. Tabell 5.1 listar bussningar fr˚an olika tillverkare som inte ¨ar specifikt gjorda f¨or en hydraulhammare men vars prestanda m¨ojligen skulle kunna uppfylla kraven som st¨alls f¨or en hydraulhammare. Samtliga unders¨okta bussningar (¨aven st˚albussningen) har dock en rekommenderad belastning som ligger l˚angt under 1.5GPa.
En solid bronsbussning uppvisar god friktions och n¨otningskarakt¨aristik men den ¨ar inte lika stark som en st˚albussning och kr¨aver kontinuerlig sm¨orjning. Den anv¨ands typiskt i anl¨aggningsmaskiner, fordon, tr¨a och massa bruk. Solida bronsbussningar finns ¨aven med innefattningar av grafit eller andra solidsm¨orjmedel vilket ger b¨attre friktionsegenskaper vid bristf¨allig sm¨orjning.
En st˚albussning ¨ar mycket stark och t˚al st¨otar, f¨ororeningar och h¨oga temperaturer. Det har dock d˚aliga friktions och sm¨orjningsegenskaper n¨ar det anv¨ands i kombination med st˚alaxel. St˚albussning kan betraktas som en ”sista utv¨ag” n¨ar inga andra material h˚aller f¨or till¨ampningen.
Den fiberlindade bussningen har en god lastb¨arande f¨orm˚aga och kan anv¨andas b˚ade torrt och smort. En m¨ojlig nackdel ¨ar att den har en relativt l˚ag maxtemperatur p˚a 140 C◦. Fiberlindade bussningar anv¨ands typiskt i tunga applikationer som konstruktionsmaskiner eller i korrosiva milj¨oer som t.ex. marina till¨ampningar.
Alla de olika PTFE-kompositbussningarna har liknande materialsammans¨attning och egenskaper. De kan med f¨ordel k¨oras torra d˚a PTFE agerar solidsm¨orjmedel. De kan ¨aven sm¨orjas men inte med sm¨orjfett inneh˚allande MoS2 d˚a detta kan reagera kemiskt och f¨orst¨ora ytskiktet. En nackdel ¨ar att de kan vara k¨ansliga f¨or yttre f¨ororeningar och dess PV-v¨arde ¨ar l˚agt j¨amf¨ort med de andra bussningarna. Anv¨ands typiskt i bilar och andra fordon, hush˚allsmaskiner och textilmaskiner. PV st˚ar f¨or tryck (P) g˚anger hastighet (V) och ¨ar ett m˚att p˚a den maximala produkten av trycket och hastigheten som f˚ar r˚ada vid anv¨andning av ett glidlager eller bussning.
Tabell 5.1: Lista ¨over kommersiellt tillg¨angliga bussningar
Namn & Sm¨orjning Last: stat/dyn Maxtemp Maxhastighet Material
tillverkare [N/mm2] [C◦] [m/s]
Solid Brons Smord 45 / 25 250 0.5 Brons
(SKF)
DE Steel Smord 650 / 80 150 0.1 H¨ardat st˚al
(Detrading)
BWG Helst smord 150 / 90 300 1.0 Brons
(Detrading) Grafit
Filament wound Torr/ smord 200 / 140 140 0.5 PTFE
(SKF) Glasfiber
Termoplastfiber
PTFE komposit Torr/ smord 250 / 80 250 0.02 PTFE
(SKF) 2.0 (p≤1) Tennbrons
St˚al
Dynaweave Helst torr 220 / 150 250 0.02 (p=150) PTFE + fiber
(Lagermetall) 2.5 Sinterbrons
St˚al
NB1 Helst torr 140 / 30 280 5 (p≤15) PTFE + bly
(Ageraab) Tennbrons
St˚al