Reducing the Coefficient of Friction in a Rubber Profile-Metal Tool Friction Pair

• Autorzy: Byczkowska Angelika , Głąb Piotr , Bieliński Dariusz M.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.2479

Warianty tytułu

PL

Redukcja współczynnika tarcia w profilu gumowym – narzędzie metalowe, system tarcia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Precise cutting of a rubber element requires periodically moving it within a rigid tool that positions the profile. Currently, to reduce the associated significant friction resistance, the rubber-metal friction pair is lubricated with volatile aliphatic hydrocarbons, which have a harmful effect on the human body. The aim of the project is to develop a method of modifying the surface of a metal tool (the automotive industry does not allow interference with the sealing material) that would reduce friction resistance to a similar level without lubrication. The authors quantified the actual forces involved in the profile assembly in the tool and measured the roughness of the profile’s internal surface. Their analysis revealed that in some areas the surface was smooth, which allowed for the determination where the work related to the tool surface modification should focus. To this end, the authors developed methodology for measuring the coefficient of friction using two tribometers: one with a roller-block friction pair and one working in a pin-disc system. Due to the smaller dispersion of the friction force values under load conditions corresponding to real operating conditions, the metal pin – rubber disc friction pair was selected for further tests. The recorded friction force curves had a stick-slip character, typical for rubber friction. The tribological characteristics recorded for rubber of different hardness were subjected to Fourier transformation from the force domain to the frequency domain. The obtained discrete curves of energy dissipated in rubber during friction were compared for several friction pairs, in the case of which coatings were applied to the metal sample.

PL

Precyzyjne odcięcie elementu gumowego wymaga periodycznego przesuwania go w sztywnym narzędziu pozycjonującym profil. Aby obniżyć znaczne opory tarcia z tym związane, obecnie stosuje się w tym celu smarowanie pary ciernej guma–metal za pomocą lotnych węglowodorów alifatycznych, które mają szkodliwy wpływ na organizm ludzki. Celem projektu jest opracowanie takiego sposobu modyfikacji powierzchni narzędzia metalowego (przemysł motoryzacyjny nie dopuszcza ingerencji w materiał uszczelnienia), który umożliwiłby zmniejszenie oporów tarcia do zbliżonego poziomu bez smarowania. Przeprowadzono pomiary realnych siły montażu profilu w narzędziu oraz zmierzono chropowatość jego wewnętrznej powierzchni. Stwierdzono wygładzenie powierzchni w niektórych obszarach, co pozwoliło na ocenę na których strefach należy skoncentrować prace związane z modyfikacją powierzchni narzędzia. Opracowano metodykę pomiaru współczynnika tarcia na dwóch tribometrach: o skojarzeniu pary ciernej rolka–klocek oraz pracującego w układzie trzpień-tarcza. Z uwagi na mniejszy rozrzut wielkości siły tarcia w warunkach obciążenia odpowiadających rzeczywistej eksploatacji do dalszych badań wybrano skojarzenie cierne metalowy trzpień – gumowa tarcza. Zarejestrowane przebiegi siły tarcia miały charakter stick-slip, typowy dla tarcia gumy. Charakterystyki tribologiczne, zarejestrowane dla gumy o różnej twardości, poddano transformacji Fouriera z dziedziny siły do dziedziny częstotliwości. Otrzymane dyskretne przebiegi energii rozpraszanej w gumie podczas tarcia porównano dla kilku par ciernych, w przypadku których nałożono powłoki na próbkę metalową.

Słowa kluczowe

EN

rubber-metal friction; energy dissipation in rubber; coatings on metal surfaces

PL

tarcie guma-metal; rozpraszanie energii w gumie; powłoki na powierzchni metalu

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 2
• Strony: 21--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., fot., rys., tab., wykr., wz

Twórcy

autor

Byczkowska Angelika

• Lodz University of Technology Institute of Polymer and Dye Technology, Prof. Bohdana Stefanowskiego 16 Street, 90-537 Lodz, Poland

• https://orcid.org/0009-0008-8930-812X

autor

Głąb Piotr

• Hutchinson Lodz, Kurczaki 130 Street, 93-331 Lodz, Poland

• https://orcid.org/0009-0002-4728-6555

autor

Bieliński Dariusz M.

• Lodz University of Technology Institute of Polymer and Dye Technology, Prof. Bohdana Stefanowskiego 16 Street, 90-537 Lodz, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0675-4594

Bibliografia

• 1. Deladi E. L.: Static friction in rubber-metal contacts with application to rubber pad forming processes.Publisher University of Twente, 2006.
• 2. Chuanbing Zhang., Jian Wu., Fei Teng., Benlong Su.,Youshan Wang., Hongrui Ao.: Theoretical andexperimental characterization for macro-micro friction behaviors of EPDM rubber. Polymer Testing,China 2021.
• 3. B. N. J. Persson.: On the theory of rubber friction. Surface Science, Volume 401 (3), 1998, pp. 445–454.
• 4. Xiang- Xu L., Ur Ryong Ch.: A Study on Surface Treatment for Rubber Materials with Low FrictionFactor. Elastomers and Composites, Volume 51 (1), 2016, pp. 43–48.
• 5. Schallamach A.: How does rubber slide? Wear, Volume 17 (4), 1971, pp. 229–320.
• 6. Barquins M.: Sliding friction of rubber and Schallamach waves – A review. Materials Science andEngineering, Volume 73, 1985, pp. 45–63.
• 7. Barquins M.: Friction and wear of rubber-like materials. Wear, 160, 1993, pp. 1–11.
• 8. Benslama M., Mokhtari H.: Compressed Sensing in Li-Fi and Wi-Fi Networks. Elsevier, 2017.
• 9. Heckbert P.: Fourier Transforms and the Fast Fourier Transform (FFT) Algorithm Notes, ComputerGraphics 2, 1995, pp. 15–463.
• 10. Głąb P., Bieliński D. M., Maciejewska K.: Próba analizy zjawiska "stick-slip" dla elastomerów.Tribologia, 2004, nr 4, pp. 43–50.
• 11. Wieleba W., Opałka M.: Tarcie statyczne w odwróconych parach ślizgowych metal-elastomer.Triboliogia 2018, nr 3, pp.147–151.
• 12. Bieliński D. M.: Budowa warstwy wierzchniej a tarcie elastomerów. Wydawnictwo PolitechnikiŁódzkiej, Łódź 2001.
• 13. Głąb P., Bieliński D. M.: Tribologiczne konsekwencje segregacji powierzchniowej alifatycznychalkoholi z wulkanizatów kauczuku butadienowo-styrenowego. Tribologia, 2005, nr 1, pp. 37–54.
• 14. Walker P. S., Gold B. L.: The tribology (friction, lubrication and wear) of all-metal artificial hip joints.Wear, Volume 17 (4), 1971, pp. 285–299.
• 15. Moore D. F.: Friction and lubrication of elastomers. Pergamon, Oxford 1972.
• 16. Zambrano V., Brase M., Hernández-Gascón B., Wangenheim M., Gracia L. A., Viejo I., Izquierdo S.,Valdés J. R.: A Digital Twin for Friction Prediction in Dynamic Rubber Applications with SurfaceTextures. In. Lubricants, 9 (5), 57, 2021, pp. 1–6.
• 17. Tang Jie., Zhang Lihui., Zhou Chunyu., Wu Yang., Yu Bo., Zhou Feng: Research Progress on Antifrictionand Anti-Wear Modification of Rubber. Tribology, China 2024.
• 18. Kuteneva S. V., Gladkovsky S. V., Vichuzhanin D. I., Nedzvetsky P. D.: Microstructure and properties oflayered metal/rubber composites subjected to cyclic and impact loading. Composite Structures. Volume 285, 2022.
• 19. Fangman Xu, Ken-ichi Yoshimura, Hirotaka Mizuta: Experimental Study on Friction Properties of Rubber Material: Influence of Surface Roughness on Sliding Friction. Procedia Engineering 68, 2013, pp. 19–23.
• 20. Deladi E. L., Matthijn de Rooij, Schipper D. J.: Modelling of static friction in rubber–metal contact.Tribology International 40 (4), 2007, pp. 588–594.