H62-UHMWPE自润滑材料的有限元设计及性能验证

周福麒, 向定汉

(桂林电子科技大学 材料科学与工程学院，广西 桂林 541004)

传统油脂润滑方式在低速重载工况条件下容易出现边界润滑现象，导致润滑效果降低，因此重载设备的滑动摩擦副部件通常选用固体自润滑材料[1]。聚四氟乙烯(PTFE)由于具有优异的自润滑特性，长期以来一直被用来制备自润滑材料，通过添加金属背衬，可以大幅提高承载能力[2]，但存在磨损率偏高、废弃后难以降解等缺点，不符合环保要求。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有较好的综合力学性能以及与钢铁材料对磨时优异的耐磨性能，在工程技术领域得到广泛的应用[3-4]，通过物理或化学的方法对其进行改性，还可以进一步提高摩擦磨损性能[5-7]。

下文利用有限元法对黄铜H62-UHMWPE自润滑复合材料进行结构设计，通过模压成形工艺制备H62-UHMWPE自润滑材料，并进行相应试验，以验证其承载能力和摩擦磨损性能。

1 铜-塑自润滑材料的有限元设计

1.1 建立有限元模型

设计具有不同截面尺寸的H62铜板模型，通过模压成形工艺将UHMWPE复合材料镶嵌在其表面，自润滑材料结构如图1所示。

图1 自润滑材料结构示意图

为了模拟H62-UHMWPE自润滑材料受载时的应力分布，将其与45#钢组成摩擦副。已知H62黄铜的弹性模量为105 GPa，泊松比为0.35；UHMWPE复合材料的弹性模量为700 MPa，泊松比为0.42；45#钢的弹性模量为206 GPa，泊松比为0.3。采用实体建模方式建立自润滑材料的有限元分析模型。由于自润滑材料的结构不规则，采用智能网格划分，网格划分结果如图2所示。……