Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi votre fidèle machine tombait soudainement en panne ? Cet article explore les causes cachées des défaillances mécaniques, qu'il s'agisse de défauts de conception ou de matériaux. En lisant cet article, vous découvrirez des conseils pratiques pour prolonger la durée de vie de votre équipement et assurer un fonctionnement plus fluide.
Les causes des défaillances des équipements mécaniques sont diverses : certaines sont dues à des défauts inhérents à l'équipement lui-même, tandis que d'autres sont liées à des problèmes de conception, tels qu'une structure, des dimensions, une coordination et un choix de matériaux déraisonnables. Il existe également des problèmes liés aux défauts des matériaux des pièces, tels qu'une qualité inégale des matériaux, des contraintes résiduelles internes excessives, etc.
Les problèmes de fabrication, tels que les problèmes techniques liés au traitement mécanique, au moulage, au forgeage, au traitement thermique, à l'assemblage et aux pièces standard au cours du processus de fabrication, contribuent également aux défaillances. En outre, les problèmes d'assemblage, tels qu'une mauvaise sélection et un mauvais ajustement des pièces, ainsi qu'une installation incorrecte, peuvent entraîner des problèmes. Enfin, les problèmes d'inspection et d'essai peuvent également entraîner des défaillances de l'équipement.
Une pièce mécanique est considérée comme défaillante lorsqu'elle perd sa fonction spécifiée. Une pièce est considérée comme défaillante si elle se trouve dans l'un des deux états suivants : elle ne peut pas remplir sa fonction spécifiée ou elle ne peut pas continuer à être utilisée de manière fiable et sûre.
La défaillance des pièces est la cause principale des pannes des équipements mécaniques. Par conséquent, l'étude des schémas de défaillance des pièces, l'identification des causes de ces défaillances et l'adoption de mesures d'amélioration sont d'une grande importance pour réduire l'occurrence des défaillances mécaniques et prolonger la durée de vie des machines.
La principale manifestation de la défaillance des pièces mécaniques est l'usure des surfaces de contact des pièces, qui représente la plus grande partie des dommages subis par les pièces. La corrosion et le vieillissement des matériaux constituent un autre type de défaillance inévitable au cours du processus de travail des pièces, mais leur proportion est généralement beaucoup plus faible. Ces deux formes de défaillance résument essentiellement les principaux modes de défaillance des pièces mécaniques dans des conditions d'utilisation normales.
D'autres formes de défaillance, telles que fracture de fatigue et la déformation des pièces, bien qu'elles soient fréquentes dans la pratique et considérées comme les formes de défaillance les plus dangereuses, sont principalement dues à des défauts de fabrication et de conception, ou à un entretien et une utilisation incorrects des machines.
L'analyse des défaillances fait référence à la recherche et à l'étude des caractéristiques et des règles des phénomènes ou processus tels que l'usure, la fracture, la déformation et la corrosion des pièces, afin d'identifier les principales causes de défaillance et d'adopter des méthodes de contrôle appropriées.
L'objectif de l'analyse des défaillances est de fournir une base fiable pour la formulation de programmes techniques de réparation et de contrôler certains facteurs de défaillance, afin de réduire les taux de défaillance des équipements et de prolonger leur durée de vie.
En outre, l'analyse des défaillances peut également fournir des informations en retour pour la conception et la fabrication des équipements, ainsi que des preuves objectives pour l'identification des accidents.
1) Schéma d'usure des composants
Il est bien connu que les unités fondamentales telles que les pièces et les composants constituent les machines telles que les voitures et les tracteurs. Les paires de frottement composées de nombreuses pièces, telles que les roulements, les engrenages et les ensembles piston-cylindre, subissent un certain frottement et une certaine usure jusqu'à ce qu'elles finissent par céder sous l'influence de forces externes et de facteurs environnementaux tels que la chaleur et les produits chimiques.
Parmi toutes les défaillances mécaniques, les défauts liés à l'usure représentent une proportion importante. Il est donc essentiel de comprendre les schémas d'usure des composants et de leurs paires correspondantes.
a) Courbe d'usure typique des composants
L'usure est un type de défaut progressif. Par exemple, les défauts causés par l'usure des cylindres diffèrent des défauts brusques tels que la rupture d'une courroie de ventilateur ou la panne d'un condensateur, ces derniers étant des défauts soudains, alors que les défauts causés par l'usure sont des défauts attritionnels.
b) Usure admissible et usure limite
2) Usure abrasive
Également connue sous le nom d'usure par particules, l'usure abrasive se produit lorsque des particules dures se trouvent entre les surfaces de contact des paires de frottement, ou lorsque la dureté du matériau d'un côté est sensiblement plus élevée que celle de l'autre, ce qui entraîne un phénomène d'usure similaire à celui de l'usure par frottement, c'est-à-dire l'usure par frottement. découpe des métaux.
Il s'agit d'un type d'usure mécanique caractérisé par des marques de coupe visibles sur la surface de contact. Parmi tous les types d'usure, l'usure abrasive représente environ 50%, ce qui en fait la forme d'usure la plus courante et la plus dommageable.
Son taux d'usure et son intensité sont élevés, ce qui réduit considérablement la durée de vie des équipements mécaniques et entraîne une consommation considérable d'énergie et de matériaux.
En fonction de la contrainte et de l'impact que subit la surface de frottement, l'usure par abrasion peut être divisée en trois types : l'usure par coup de burin, l'usure par meulage sous forte contrainte et l'usure par rayage sous faible contrainte.
a) Mécanisme de l'usure abrasive
L'action mécanique des particules abrasives implique deux processus : d'une part, le processus de micro-coupure le long de la surface de frottement par les particules abrasives ; d'autre part, la contrainte de contact alternée sur la couche superficielle causée par les particules, qui entraîne des impressions denses constamment changeantes sur la couche superficielle, et finalement l'érosion due à la fatigue de la surface.
Les sources de particules abrasives comprennent la poussière et le sable extérieurs, l'intrusion de copeaux, l'entraînement de fluides, les débris d'usure superficielle, les points durs superficiels de la structure du matériau et les inclusions. Une caractéristique notable de l'usure abrasive est que la surface d'usure présente de minuscules rainures parallèles à la direction du mouvement relatif, avec des copeaux minuscules en spirale, circulaires ou incurvés et un peu de poudre.
b) Mesures visant à réduire l'usure abrasive
L'usure par abrasion est causée par l'action mécanique de particules abrasives sur la surface de la paire de frottement. Par conséquent, les stratégies visant à réduire ou à éliminer l'usure abrasive peuvent être abordées sous les deux aspects suivants.
i) Réduire la pénétration des abrasifs
Empêcher les abrasifs externes de pénétrer dans les paires de frottement des équipements mécaniques et éliminer rapidement les copeaux produits au cours du processus de rodage.
Les mesures spécifiques comprennent l'installation de filtres à air et de filtres à carburant/huile, l'ajout de dispositifs d'étanchéité étanches à la poussière, l'installation de magnétite, de salles de collecte des copeaux et d'indicateurs de contamination de l'huile dans le système de lubrification, ainsi que le nettoyage et le remplacement réguliers des dispositifs de filtration de l'air, du carburant et de l'huile.
ii) Améliorer la résistance à l'usure des surfaces des composants
Tout d'abord, il est possible de sélectionner des matériaux présentant une bonne résistance à l'usure.
Deuxièmement, pour les composants qui nécessitent une résistance à l'usure et qui sont soumis à des charges d'impact, le traitement thermique et le traitement de l'eau sont nécessaires. traitement de surface peut être utilisé pour améliorer les propriétés de la surface du matériau composant, renforcer la dureté de la surface et s'efforcer de dépasser la dureté de l'abrasif.
Troisièmement, pour les composants dont les exigences de précision sont moins strictes, des alliages résistants à l'usure peuvent être soudés sur la surface de travail afin d'améliorer la résistance à l'usure.
3) Usure de l'adhésif
L'usure par adhérence désigne le type d'usure causé par le transfert de matériau d'une surface de frottement à l'autre au cours d'un mouvement relatif. En fonction du degré d'endommagement de la surface de la paire de frottement, l'usure par adhérence peut être classée en cinq catégories : usure mineure, frottement, éraflure, déchirure et grippage.
① Mécanisme d'usure des adhésifs
Lorsque la paire de frottement fonctionne sous forte charge, la chaleur générée par une mauvaise lubrification, une vitesse de mouvement relative élevée et le frottement ne peut pas se dissiper assez rapidement, ce qui entraîne des températures de surface extrêmement élevées.
Dans les cas les plus graves, la couche superficielle du métal peut se ramollir ou fondre, ce qui réduit la résistance de la surface. Les protubérances de surface à haute pression adhèrent l'une à l'autre et sont ensuite arrachées lors d'un mouvement relatif. La matière est alors transférée de la surface la plus faible à la surface la plus forte, ce qui entraîne des dommages catastrophiques sur la paire de frottement, tels que le grippage ou l'éraflure.
② Mesures visant à réduire l'usure des adhésifs
a. Contrôler l'état de surface de la paire de frottement
Plus la surface de frottement est propre et lisse, plus l'usure de l'adhésif est susceptible de se produire, en particulier si la surface de frottement est lisse et propre. rugosité de la surface est trop faible. Les surfaces métalliques ont souvent des films adsorbés qui peuvent être perturbés par une déformation plastique ou des augmentations de température de 100-200℃, ce qui peut entraîner une usure de l'adhésif.
Pour réduire l'usure des adhésifs, il convient de choisir un lubrifiant approprié en fonction de la charge, de la température, de la vitesse et d'autres conditions de travail.
Des additifs peuvent également être ajoutés au lubrifiant pour créer les conditions de lubrification nécessaires. L'oxygène présent dans l'atmosphère peut former un film d'oxyde protecteur sur la surface du métal, empêchant le contact direct avec le métal et l'adhérence, réduisant ainsi le frottement et l'usure.
b. Contrôler les Composition du matériau et la microstructure de la surface de la paire de frottement
L'usure par adhérence est la plus susceptible de se produire entre deux matériaux métalliques dont la composition et la microstructure sont similaires, en raison de leur forte tendance à former des solutions solides ou des composés intermétalliques.
Par conséquent, les matériaux de la paire de frottement doivent être ceux qui ont le moins tendance à former des solutions solides, ce qui signifie qu'ils doivent avoir des compositions matérielles et des structures cristallines différentes.
Le recouvrement d'une surface de la paire de frottement avec des métaux comme le plomb, l'étain, l'argent ou le cuivre, ou des alliages tendres, peut augmenter la résistance à l'usure par adhérence. L'utilisation de matériaux tels que le métal Babbitt ou le bronze d'aluminium comme matériau de surface des chemises de roulement peut améliorer leur résistance à l'usure par adhérence. Les combinaisons d'acier et de fonte ont également une bonne résistance à l'usure par adhérence.
c. Améliorer les conditions de transfert de chaleur
En choisissant des matériaux ayant une bonne conductivité thermique et en refroidissant la paire de frottement ou en prenant des mesures appropriées de dissipation de la chaleur, la température pendant le mouvement relatif de la paire de frottement peut être abaissée, tout en maintenant la résistance de la surface de la paire de frottement.
4) Usure par fatigue
L'usure par fatigue est le phénomène par lequel des particules microscopiques d'un matériau se détachent en raison de fissures de fatigue formées sous l'effet d'une contrainte de contact cyclique sur des zones localisées de la surface de la paire de frottement. En fonction du contact et du mouvement relatif entre les paires de frottement, l'usure par fatigue peut être divisée en usure par contact de roulement et usure par contact de glissement.
① Mécanisme d'usure par fatigue
Le processus d'usure par fatigue est le processus destructif de formation et d'expansion des fissures, ainsi que la formation et le détachement de particules microscopiques. L'usure abrasive et l'usure par adhérence sont liées au contact direct avec la surface de la paire de frottement. Si un lubrifiant sépare les deux surfaces de frottement, ces deux mécanismes d'usure ne fonctionnent pas.
En ce qui concerne l'usure par fatigue, même s'il y a un lubrifiant entre les surfaces de frottement et qu'elles ne sont pas directement en contact, elle peut quand même se produire en raison de la contrainte transmise à travers le film d'huile lubrifiante.
Contrairement à l'usure par abrasion et à l'usure par adhérence, l'usure par fatigue ne se produit pas immédiatement, mais après un certain nombre de cycles de contrainte, des particules microscopiques se détachent, ce qui fait perdre à la paire de frottement sa capacité de fonctionnement. Les mécanismes de l'usure par fatigue peuvent être divisés en deux cas en fonction de l'emplacement de la formation de la fissure.
a. Usure par fatigue due au contact avec le roulement
L'apparition de piqûres plus ou moins profondes (profondeur inférieure à 0,1-0,2 mm) ou de pertes de particules plus importantes à la surface des paires de frottement relatif, telles que les roulements et les engrenages de transmission, est due à l'usure par fatigue due au contact de roulement, également connue sous le nom d'usure par piqûres ou d'usure par écaillage.
b. Usure de fatigue par contact glissant
Pour deux objets en contact glissant, la contrainte de cisaillement est maximale à une profondeur de 0,786b sous la surface (b est la moitié de la largeur de la zone de contact plane), où la déformation plastique est la plus importante. La déformation répétée sous des charges cycliques affaiblit la résistance locale à la surface du matériau et des fissures apparaissent d'abord à cet endroit.
L'action combinée de la contrainte de cisaillement causée par le frottement de glissement et la charge normale déplace la contrainte de cisaillement maximale de 0,786b vers une surface plus profonde, ce qui entraîne une usure par fatigue due au glissement. La profondeur de la couche décollée est généralement de 0,2 à 0,4 mm.
② Stratégies pour réduire ou éliminer l'usure due à la fatigue
Les stratégies visant à réduire ou à éliminer l'usure par fatigue impliquent le contrôle des facteurs affectant la formation et l'expansion des fissures, principalement sous les deux aspects suivants.
a. Sélection appropriée des matériaux et du traitement thermique
La présence d'inclusions non métalliques dans l'acier peut facilement provoquer une concentration de contraintes, et les bords de ces inclusions sont les plus susceptibles de former des fissures, réduisant ainsi la durée de vie en fatigue de contact du matériau. La microstructure et les défauts internes du matériau ont également une grande influence sur l'usure.
En général, des grains petits et uniformes et des carbures répartis de manière sphérique améliorent la résistance à la fatigue du contact de roulement. Lorsque la teneur en carbone dans martensite est d'environ 0,4%-0,5% dans les mêmes conditions de carbures non dissous, la résistance et la ténacité du matériau sont bien équilibrées et la durée de vie en fatigue de contact est élevée.
Pour non dissous Pour les carbures, un traitement thermique approprié visant à les réduire, à les rendre plus fins et à les répartir uniformément peut contribuer à éliminer les fissures de fatigue. L'augmentation de la dureté dans une certaine fourchette accroît également la résistance à la fatigue de contact.
Par exemple, acier pour roulements La dureté de la surface atteint sa capacité maximale de résistance à l'usure à environ 62 HRC. Pour les dents d'engrenage, une plage de dureté de 58 à 62 HRC est optimale.
En outre, il est également important de faire correspondre la dureté de deux corps roulants en contact. Par exemple, dans les roulements, il convient que le chemin de roulement et l'élément roulant aient une dureté similaire, ou que l'élément roulant soit environ 10% plus dur que le chemin de roulement.
b. Sélection appropriée de la rugosité de surface
L'expérience montre qu'une réduction appropriée de la rugosité de la surface est un moyen efficace d'améliorer la capacité d'usure antifatigue. Par exemple, lorsque la rugosité de la surface d'un roulement est réduite de Ra 0,40μm à Ra 0,20μm, sa durée de vie peut être multipliée par 2 ou 3 ; lorsqu'elle est réduite de Ra 0,20μm à Ra 0,10μm, la durée de vie peut être doublée.
Cependant, la réduire en dessous de Ra 0,05μm n'a que peu d'impact sur la prolongation de la durée de vie. L'exigence de rugosité de la surface est liée à la contrainte de contact sur la surface. En général, lorsque la contrainte de contact est élevée ou que la dureté de la surface est importante, une valeur de rugosité de surface plus faible est nécessaire.
En outre, l'état des contraintes superficielles, le degré de précision de l'ajustement et la nature de l'objet sont des facteurs qui influencent le choix de l'objet. huile lubrifiante peuvent tous affecter le taux d'usure par fatigue. Typiquement, des contraintes de surface excessives, des jeux d'ajustement trop petits ou trop grands, ou des substances corrosives produites par l'huile de lubrification pendant l'utilisation peuvent tous exacerber l'usure par fatigue.
5) Usure corrosive
① Mécanisme de l'usure corrosive
Pendant le processus de frottement, les métaux réagissent simultanément de manière chimique ou électrochimique avec le milieu environnant, ce qui entraîne la formation et le détachement de produits de corrosion à la surface du métal. Ce phénomène est appelé usure corrosive.
Il s'agit d'un phénomène d'usure formé par la combinaison de la corrosion et de l'usure mécanique, de sorte que son mécanisme diffère de celui de l'usure par abrasion, de l'usure par adhérence et de l'usure par fatigue. Il s'agit d'un processus d'usure extrêmement complexe qui se produit fréquemment dans des environnements à haute température ou humides et qui est plus susceptible de se produire dans des conditions avec des milieux spéciaux tels que les acides, les alcalis et les sels.
En fonction du milieu corrosif et des propriétés du matériau, l'usure par corrosion est généralement divisée en deux catégories : l'usure par oxydation et l'usure par corrosion dans des milieux spéciaux.
a. Usure par oxydation
Ce type d'usure, connu sous le nom d'usure par oxydation, se produit lorsque le film d'oxyde formé sur la surface de frottement sous l'action de l'oxygène de l'air ou du lubrifiant est rapidement éliminé par le frottement mécanique. La grande majorité des métaux utilisés dans l'industrie peuvent former un film d'oxyde en surface lorsqu'ils sont oxydés, et les propriétés de ces films d'oxyde ont un impact significatif sur l'usure.
Si un film d'oxyde dense et intact, fermement lié au substrat, se forme sur la surface du métal et que ce film présente une bonne résistance à l'usure, l'usure sera mineure.
Toutefois, si la résistance à l'usure du film est faible, l'usure sera importante. Par exemple, l'aluminium et l'acier inoxydable forment facilement un film d'oxyde, mais la résistance à l'usure du film d'oxyde à la surface de l'aluminium est faible, alors que celle de l'acier inoxydable est bonne.
b. Usure corrosive dans des milieux spéciaux
La forme d'usure dans laquelle les produits de corrosion formés sur la surface de frottement sous l'action d'électrolytes tels que les acides et les alcalins présents dans l'environnement sont rapidement éliminés par frottement mécanique est appelée usure corrosive dans des milieux spéciaux.
Le mécanisme de cette usure est similaire à celui de l'usure par oxydation, mais son taux d'usure est beaucoup plus élevé. La nature du milieu, la température ambiante, la résistance des produits de corrosion, l'adhérence et d'autres facteurs ont un impact significatif sur la vitesse d'usure.
Ce type d'usure corrosive est très probable, par exemple dans les pompes de transport de fluides qui, lorsqu'elles transportent des fluides corrosifs, en particulier des fluides contenant des particules solides, soumettent toutes les pièces en contact avec le fluide à une usure corrosive.
② Mesures pour réduire l'usure corrosive
a. Choisir le bon matériau et appliquer un traitement antioxydant à la surface. Les aciers contenant des éléments tels que le chrome, le nickel, le molybdène et le tungstène peuvent être sélectionnés pour améliorer la résistance à l'usure par oxydation de la surface de frottement.
Il est également possible de renforcer les traitements tels que la grenaille peignage et le pressage au rouleau, ou le traitement anodique, peuvent être appliqués à la surface de frottement pour former une structure dense ou un film d'oxyde sur la surface métallique, améliorant ainsi sa résistance à l'usure par oxydation.
b. Pour l'usure corrosive sous l'action de milieux spécifiques, le taux d'usure peut être réduit en contrôlant les conditions de formation du milieu corrosif, en sélectionnant des matériaux résistants à l'usure appropriés et en modifiant le mode d'action du milieu corrosif.
6) Usure par frottement
L'usure par frottement, qui se produit lorsque deux surfaces de contact fixes subissent des vibrations de faible amplitude, se manifeste principalement sur les interfaces de composants relativement fixes, telles que les surfaces d'assemblage par clavette, les surfaces d'ajustement par interférence ou par transition, ou les surfaces reliées par des boulons ou des rivets sur le corps de la machine. C'est pourquoi ce phénomène est souvent négligé.
Le principal risque de l'usure de contact est une diminution de la précision de l'ajustement, ainsi qu'une réduction de l'interférence des pièces ajustées par interférence, voire un desserrage. Elle peut entraîner le desserrement ou la séparation des raccords et, dans les cas les plus graves, provoquer des accidents. L'usure de contact peut également induire une concentration de contraintes, entraînant fracture de fatigue des connecteurs.
i) Mécanisme d'usure par frottement
L'usure de contact est un type d'usure composite qui englobe l'usure par abrasion, l'usure par adhérence et l'usure par oxydation. Elle se concentre généralement dans une zone locale où les contraintes de contact provoquent la déformation plastique de protubérances microscopiques sur la surface de contact, ce qui entraîne l'adhésion du métal.
Les points d'adhérence sont cisaillés sous l'effet répétitif de vibrations de faible amplitude, et les surfaces cisaillées s'oxydent. Comme les surfaces en contact ne perdent jamais le contact, les particules d'usure ne sont pas facilement expulsées. Ces particules agissent comme des abrasifs sur la surface de contact sous l'effet des vibrations, ce qui fait de l'usure de contact une combinaison d'usure adhésive, oxydative et abrasive.
ii) Mesures visant à réduire ou à éliminer l'usure par frottement
L'expérience pratique montre que propriétés des matériauxLa charge, l'amplitude, la taille et la température sont les principaux facteurs qui influencent l'usure de contact. Par conséquent, les principales stratégies visant à réduire ou à éliminer l'usure de contact sont les suivantes :
a) Améliorer les propriétés des matériaux
Le choix de combinaisons de matériaux appropriées et l'augmentation de la dureté peuvent réduire l'usure de contact. En général, les matériaux ayant de bonnes propriétés antiadhésives sont également résistants à l'usure de contact, tandis que les paires aluminium-fonte, aluminium-acier inoxydable et acier à outils-acier inoxydable, qui ont de mauvaises propriétés antiadhésives, sont plus susceptibles d'être soumises à l'usure de contact.
L'augmentation de la dureté de surface de l'acier au carbone de 180HV à 700HV peut réduire l'usure de contact de 50%. Les traitements de sulfuration ou de phosphatation de la surface et les revêtements en polytétrafluoroéthylène (PTFE) sont également des mesures efficaces pour réduire l'usure de contact.
b) Contrôler la charge et augmenter la précontrainte
Dans certaines conditions, l'usure de contact augmente avec la charge, mais le taux d'augmentation diminue continuellement. Après avoir dépassé une certaine charge critique, l'usure diminue. Ainsi, le contrôle de la précontrainte ou de l'interférence des ajustements serrés peut ralentir efficacement l'usure de contact.
c) Amplitude de contrôle
Les expériences ont montré que lorsque l'amplitude est faible, le taux d'usure l'est également. Cependant, lorsque l'amplitude est comprise entre 50 et 150μm, le taux d'usure augmente de manière significative. Par conséquent, l'amplitude doit être contrôlée efficacement dans les 30μm.
d) Contrôler correctement la température
Pour l'acier à faible teneur en carbone au-dessus de 0℃, la quantité d'usure diminue progressivement à mesure que la température augmente. Une diminution soudaine de l'usure se produit à 150-200℃, mais si la température continue à augmenter, l'usure augmente. Lorsque la température passe de 135℃ à 400℃, l'usure peut augmenter jusqu'à 15 fois. Pour l'acier à moyenne teneur en carbone, un point d'inflexion dans l'usure de contact se produit à 130℃ dans des conditions constantes. Au-dessus de cette température, l'usure de contact diminue de manière significative.
e) Choisir le lubrifiant approprié
Les expériences montrent que les lubrifiants liquides ordinaires ne sont pas efficaces pour prévenir l'usure de contact. Les graisses lubrifiantes à haute viscosité, à point de goutte élevé et à forte résistance au cisaillement ont un certain effet sur la prévention de l'usure de contact. Les lubrifiants solides tels que le MoS2 sont les plus efficaces.
7) Contrôle de l'usure
① Facteurs de contrôle
Les facteurs influençant l'usure sont complexes, mais peuvent être regroupés en quatre catégories : propriétés des matériaux, conditions de fonctionnement, facteurs géométriques et environnement de travail, chacune d'entre elles comprenant de nombreux éléments spécifiques.
Il est à noter que tous les processus d'usure ne requièrent pas une prise en compte exhaustive de ces facteurs. Pour une condition d'usure donnée, certains facteurs peuvent être cruciaux et nécessiter un examen, tandis que d'autres peuvent ne pas être significatifs ou même pertinents.
② Considérations générales pour le choix des matériaux des pièces d'usure
Quelles que soient les conditions d'usure, il est essentiel de sélectionner correctement les matériaux pour contrôler l'usure des pièces et garantir la qualité du produit. La première étape de la sélection du matériau approprié implique une compréhension détaillée des conditions opérationnelles et de l'environnement de la pièce. Sur cette base, les exigences globales de performance de la pièce sont déterminées.
En général, ces exigences de performance globale peuvent être divisées en deux catégories principales : les exigences de performance non tribologiques et les exigences de performance tribologiques. Les exigences de performance non tribologiques peuvent également être divisées en deux types : les exigences de performance générales et les exigences de performance spéciales.
Prenons l'exemple d'un palier lisse. En tant que pièce mécanique, il doit posséder certaines caractéristiques de résistance, de plasticité, d'usinabilité et de rentabilité, qui sont des exigences générales pour les pièces mécaniques.
Cependant, en tant que palier lisse, il doit également présenter une dureté appropriée et une bonne conductivité thermique, qui sont des exigences particulières dans le cadre des exigences de performance non tribologiques.
Bien entendu, en tant que composant de frottement, les exigences de performance tribologique sont les plus importantes, d'où leur classification distincte. Celles-ci comprennent généralement les conditions d'endommagement de la surface, le coefficient de frottement, le taux d'usure et les limites de fonctionnement.
Les conditions ou tendances des dommages de surface, dans le cas de l'usure par glissement, dépendent principalement de la compatibilité entre les matériaux d'appariement. Comme indiqué précédemment, deux métaux présentant une solubilité mutuelle élevée peuvent fortement adhérer ou se souder, ce qui provoque des rayures ou des liaisons. Cela s'applique aux alliages à base de fer et de nickel, ainsi qu'aux alliages de titane et aux alliages de cuivre. alliages d'aluminium.
Toutefois, les matériaux à dureté élevée, tels que l'acier trempé d'une dureté supérieure à 60 HRC, ne sont pas soumis à cette restriction, ce qui signifie qu'ils peuvent être utilisés dans des conditions d'auto-appariement.
En ce qui concerne le coefficient de frottement, dans certaines situations, il doit être spécifiquement pris en compte, comme dans les dispositifs de freinage, serrage et certains dispositifs de transmission. En général, le coefficient de frottement détermine la performance dynamique du système, la contrainte de surface du matériau, la température de surface et la puissance requise par le système.
Quant au taux d'usure, il influence directement la durée de vie de la pièce et son importance dans la sélection des matériaux est évidente. Il est important de souligner que les mécanismes d'usure dans différentes conditions de fonctionnement peuvent varier considérablement.
Pour réduire le taux d'usure de différents mécanismes ou types d'usure, les exigences en matière de performance des matériaux ne sont pas tout à fait les mêmes. Par conséquent, un point crucial dans le choix des matériaux pour les pièces d'usure est de déterminer d'abord le mécanisme d'usure dominant.
Les dommages causés par la corrosion aux pièces font référence au phénomène de perte de matériau en surface, à la destruction de la qualité de la surface et à la détérioration de la structure cristalline interne causée par la réaction chimique ou électrochimique entre les éléments suivants matériaux métalliques et le milieu environnant, ce qui conduit finalement à la défaillance de la pièce.
Les dommages causés par la corrosion des pièces métalliques présentent les caractéristiques suivantes : les dommages commencent toujours par la couche superficielle du métal, souvent accompagnée de changements externes tels que des piqûres, des taches et des ruptures. Le métal endommagé se transforme en composés tels que des oxydes ou des hydroxydes, formant des substances corrosives partiellement adhérentes à la surface du métal, comme une couche d'oxyde de fer attachée à une pièce rouillée. tôle d'acier.
1) Types de corrosion Dommages
En fonction du mécanisme d'interaction entre le métal et le milieu, les dommages causés par la corrosion des pièces mécaniques peuvent être divisés en deux catégories principales : la corrosion chimique et la corrosion électrochimique.
① Corrosion chimique des pièces mécaniques
La corrosion chimique désigne la corrosion causée par la réaction chimique entre le métal et le milieu sans génération de courants électriques, lorsque le milieu n'est pas conducteur.
Les milieux à l'origine de la corrosion chimique se présentent généralement sous deux formes : la corrosion gazeuse, qui se produit dans l'air sec, les gaz à haute température et d'autres milieux, et la corrosion dans les solutions non électrolytiques, qui se produit dans les liquides organiques, l'essence, les huiles lubrifiantes et d'autres milieux.
Ils subissent des réactions chimiques pour former un film de surface au contact du métal, ce qui entraîne la corrosion des pièces car le film se détache et se régénère en permanence.
La plupart des métaux peuvent s'oxyder spontanément dans l'air à température ambiante. Cependant, une fois qu'une couche d'oxyde se forme à la surface, si elle peut isoler efficacement le transfert de substance entre le métal et le milieu, elle devient un film protecteur. Si la couche d'oxyde ne peut empêcher efficacement la réaction d'oxydation, le métal continuera à s'oxyder et subira des dommages dus à la corrosion.
② Corrosion électrochimique des pièces métalliques
La corrosion électrochimique se produit lorsque les métaux entrent en contact avec des substances électrolytiques. La plupart des corrosions métalliques relèvent de la corrosion électrochimique. La caractéristique de la corrosion électrochimique des métaux est que le milieu à l'origine de la corrosion est un électrolyte conducteur, avec des courants électriques générés pendant le processus de corrosion. La corrosion électrochimique est plus courante et beaucoup plus puissante que la corrosion chimique.
2) Stratégies visant à réduire ou à éliminer les dommages causés par la corrosion aux pièces mécaniques
① Sélection correcte des matériaux
Choisissez des matériaux résistants à la corrosion en fonction des conditions environnementales et de l'utilisation, tels que aciers alliés contenant des éléments tels que le nickel, le chrome, l'aluminium, le silicium, le titane, etc. Si possible, essayez d'utiliser des matériaux comme le nylon, le plastique et la céramique.
② Conception rationnelle des structures
Lors de la conception des structures des pièces, il faut s'efforcer d'obtenir des conditions uniformes sur l'ensemble de la zone, en réalisant une conception rationnelle, une forme simplifiée et une rugosité de surface appropriée. Le contact entre des métaux présentant des différences de potentiel importantes doit être évité, de même que la concentration des contraintes structurelles, les contraintes thermiques, la stagnation et l'accumulation des fluides, la surchauffe locale et d'autres phénomènes similaires.
③ Application d'un revêtement protecteur
Recouvrir la surface métallique d'une couche protectrice résistante à la corrosion, telle que des couches galvanisées, chromées ou recouvertes de molybdène, afin d'isoler le métal du milieu et de prévenir la corrosion. Non métallique des couches de protection et des couches de protection chimique, telles que des peintures à base d'huile, du chlorure de polyvinyle, de la fibre de verre, etc.
Il est également possible de recouvrir la surface métallique d'une fine pellicule de composé à l'aide de méthodes chimiques ou électrochimiques, telles que la phosphatation, le bleuissement, la passivation, l'oxydation, etc.
④ Protection électrochimique
La corrosion électrochimique est due à la formation d'une zone anodique et d'une zone cathodique dans une solution électrolytique métallique, créant une certaine différence de potentiel et formant une batterie chimique. La protection électrochimique consiste à polariser les pièces mécaniques à protéger avec un courant continu pour éliminer cette différence de potentiel.
Lorsqu'un certain potentiel est atteint, la corrosion du métal protégé peut être minimisée, voire éliminée. Cette méthode exige que le milieu soit conducteur et continu.
⑤ Ajout d'inhibiteurs de corrosion
L'ajout d'une petite quantité d'inhibiteurs de corrosion au milieu corrosif peut réduire la corrosion. En fonction de leurs propriétés chimiques, les inhibiteurs de corrosion sont divisés en deux catégories : les inhibiteurs inorganiques et les inhibiteurs organiques.
Les inhibiteurs inorganiques peuvent former une couche protectrice sur la surface du métal, l'isolant du milieu, comme le bichromate de potassium, le nitrate de sodium, le sulfite de sodium, etc. Les composés organiques peuvent s'adsorber sur la surface du métal, réduisant la dissolution du métal et inhibant les réactions de réduction, atténuant ainsi la corrosion du métal.
Les exemples incluent les sels d'amine, l'agar, la colle animale, les alcaloïdes, etc. Lors de l'utilisation d'inhibiteurs de corrosion pour lutter contre la corrosion, il convient d'accorder une attention particulière à leur type, à leur concentration et à leur durée d'action.
⑥ Modification des conditions environnementales
Cette méthode consiste à éliminer les substances corrosives de l'environnement, par exemple par ventilation forcée, déshumidification ou élimination des gaz nocifs tels que le dioxyde de soufre, afin de réduire les dommages causés par la corrosion.
1) Types de fractures
Une fracture désigne la rupture d'une pièce après des cycles répétés de contraintes ou de charges énergétiques dues à certains facteurs. La surface formée après la rupture d'une pièce est appelée surface de rupture. Il existe de nombreux types de fractures, étroitement liés à la cause de la fracture, dont cinq sont distingués en ingénierie.
① Fracture de surcharge
Ce type de fracture se produit lorsqu'une force extérieure dépasse la contrainte limite que la section critique d'une pièce peut supporter. La surface de rupture ressemble à celle d'un essai de traction sur un matériau. Pour les matériaux ductiles comme l'acier, il y a une déformation plastique notable avant la rupture, et la surface de rupture présente un collet, apparaissant en forme de cône, connu sous le nom de fracture ductile.
La cause de la défaillance doit être analysée sous des aspects tels que la conception, le matériau, le processus, la charge de fonctionnement et l'environnement. Pour les matériaux fragiles comme la fonte, il n'y a que peu ou pas de déformation plastique avant la rupture, et celle-ci se développe très rapidement.
La surface de rupture est lisse, brillante et perpendiculaire à la contrainte normale, c'est ce qu'on appelle une rupture fragile. Comme il n'y a pas de précurseurs évidents de la rupture fragile, les accidents se produisent soudainement, ce qui en fait une forme très dangereuse de dommage par rupture. Actuellement, la plupart des recherches sur les fractures se concentrent sur les fractures fragiles.
② Corrosion Fracture
Ce type de fracture se produit lorsqu'une pièce, sous l'influence d'un milieu corrosif, subit des contraintes alternées inférieures à sa résistance à la traction, ce qui entraîne une fracture au fil du temps. L'aspect macroscopique de la surface de rupture présente des caractéristiques fragiles, même dans les matériaux ductiles.
Les fissures prennent souvent naissance à la surface et sont d'origines multiples. Les caractéristiques de la corrosion peuvent être observées sur la surface de la fracture.
③ Rupture fragile sous faible contrainte
Il en existe deux types : d'une part, lorsque des processus de fabrication inadéquats ou des températures ambiantes basses rendent le matériau fragile, ce qui entraîne une rupture fragile sous faible contrainte.
Les exemples les plus courants sont la fragilité à chaud et la fragilité à basse température de l'acier. L'autre type est la rupture fragile induite par l'hydrogène, qui se produit lorsqu'une pièce se rompt sous une contrainte inférieure à la limite d'élasticité du matériau en raison de l'influence de l'hydrogène.
La source de la fissure dans la rupture fragile induite par l'hydrogène se trouve juste sous la surface, et il ne s'agit pas d'un point unique mais d'une petite tache. La zone de propagation de la fissure se présente sous la forme de particules granuleuses oxydées, contrastant fortement avec la zone de rupture, et la surface de rupture est macroscopiquement lisse.
④ Rupture par fluage
Lorsqu'une pièce métallique est soumise à une température et à une contrainte constantes pendant une longue période, la déformation plastique se produit lentement, même sous une contrainte inférieure à la limite d'élasticité du matériau, ce qui conduit finalement à la rupture de la pièce.
On observe une déformation importante près de la surface de rupture par fluage, ainsi que de nombreuses fissures, principalement des fractures intergranulaires. La surface de rupture présente un film d'oxyde et des cavités de fluage peuvent parfois être observées.
⑤ Fatigue Fracture
Une fracture de fatigue est un phénomène de rupture induit après un certain nombre de charges cycliques ou de contraintes alternées sur la pièce métallique. Dans les défaillances de pièces mécaniques, les fractures de fatigue représentent une part importante, de l'ordre de 50% à 80%.
Les arbres, les engrenages, les bielles des moteurs à combustion interne et autres sont soumis à des charges alternées et la plupart de leurs fractures sont des fractures de fatigue.
Les caractéristiques macroscopiques des surfaces de rupture par fatigue peuvent être clairement divisées en trois régions : la zone d'origine de la fatigue, la zone de propagation de la fissure de fatigue et la zone de rupture instantanée. La zone d'origine de la fatigue est l'endroit où la fissure de fatigue se forme initialement, généralement à la surface de la pièce.
Cependant, si la surface du matériau est durcie ou s'il y a des défauts internes, elle peut également se produire juste sous la surface ou à l'intérieur de la pièce. La zone d'origine de la fatigue est souvent une petite région dont la surface est lisse et propre et où les marques d'échouage ne sont pas évidentes.
La caractéristique la plus visible de la zone de propagation des fissures de fatigue est la présence de stries de fatigue macroscopiques et de lignes de fatigue microscopiques. Les stries de fatigue forment grossièrement des cercles ou des arcs concentriques autour de l'origine de la fatigue, s'étendant vers l'extérieur comme des ondulations dans l'eau, perpendiculairement à la direction de propagation de la fissure.
La zone de rupture instantanée est la région de rupture rapide qui se produit lorsque la fissure de fatigue s'étend jusqu'à une taille critique. Sa caractéristique macroscopique est similaire à la zone de rupture rapide et aux lèvres de cisaillement dans la charge statique. rupture par traction.
Les figures 1 à 4 montrent l'aspect macroscopique de différents types de surfaces de rupture. L'étude des surfaces de rupture des pièces cassées permet de déduire la nature et le type de la rupture, de trouver la cause du dommage et de prendre des mesures préventives.
2) Analyse de la rupture et de ses contre-mesures
①Fracture Failure Analysis - Les étapes sont les suivantes :
a. Enquête sur le terrain
Après une fracture, il est important d'enquêter rapidement et d'enregistrer les circonstances avant et après la fracture, y compris en prenant des photos ou des vidéos si nécessaire. Les fragments de la pièce cassée doivent être soigneusement conservés pour éviter l'oxydation, la corrosion et la contamination.
Ils ne doivent pas être déplacés ou nettoyés tant que les caractéristiques de la rupture n'ont pas été identifiées et photographiées. Les conditions de travail, la situation opérationnelle et l'environnement immédiat doivent également faire l'objet d'une enquête approfondie et être consignés.
b. Analyse de l'élément de défaillance principal
La rupture d'un élément clé peut souvent entraîner la rupture d'autres éléments associés. Dans de tels cas, il est essentiel d'établir un ordre clair des événements et d'identifier avec précision le composant primaire de la fracture, faute de quoi les résultats de l'analyse risquent d'être faussés.
L'élément principal de la rupture peut être brisé et ses fragments doivent être collectés et réassemblés pour identifier la première fissure, qui est la fissure principale.
Commencez par une analyse macroscopique de la fracture, en l'observant et en l'analysant à l'œil nu ou à l'aide d'une loupe de faible puissance (20x ou moins). Avant l'analyse, nettoyez les éventuelles taches d'huile sur la pièce endommagée.
La rouille sur la fracture peut être enlevée chimiquement ou électrochimiquement pour éliminer la couche d'oxyde. Observez attentivement la morphologie de la fracture, l'emplacement de la fissure et la relation entre la fracture et la direction de la déformation afin de déterminer la relation entre la fissure et les forces en jeu et l'emplacement de l'origine de la fissure.
Identifier la cause et la nature de la fracture afin de fournir une base pour l'analyse microscopique.
Effectuer ensuite une analyse microscopique de la fracture à l'aide d'un microscope métallographique ou d'un microscope électronique afin d'analyser plus en détail la relation entre la morphologie et la microstructure de la fracture, les changements dans les régions microscopiques au cours du processus de fracture, la nature, la forme et la distribution de la structure métallographique de la fracture et des inclusions, ainsi que la microdureté et l'origine de la fissure.
d. Inspection
Effectuer une inspection de la structure métallographique, de la composition chimique et des propriétés mécaniques afin d'étudier s'il existe des défauts macroscopiques ou microscopiques dans le matériau, la distribution et le développement de fissures, et si la structure métallographique est normale. Vérifier si la composition chimique du métal répond aux exigences et si ses propriétés mécaniques régulières sont satisfaisantes.
e. Déterminer la cause de la défaillance
Pour déterminer la cause de la défaillance d'une pièce, il faut tenir compte de facteurs tels que le matériau de la pièce, le processus de fabrication, les conditions de charge, la qualité de l'assemblage, le nombre d'années d'utilisation, le milieu et la température de l'environnement de travail et les conditions d'utilisation de pièces similaires. Combinez ces facteurs avec les caractéristiques macroscopiques et microscopiques de la fracture afin de porter un jugement précis et d'identifier les causes primaires et secondaires de la rupture.
②Déterminer les contre-mesures
Après avoir identifié la cause de la rupture, il convient d'envisager des contre-mesures dans les perspectives suivantes :
a. Conception
Lors de la conception de la structure des pièces, il faut essayer de minimiser la concentration des contraintes et choisir les matériaux de manière raisonnable en fonction du milieu ambiant, de la température et de la nature de la charge.
b. Processus
Les traitements de renforcement de la surface peuvent améliorer considérablement la résistance à la fatigue des pièces, et des revêtements de surface appropriés peuvent empêcher les fractures fragiles causées par les impuretés. Lors du traitement thermique de certains matériaux, l'introduction d'un gaz protecteur dans le four peut améliorer considérablement leurs propriétés.
c. Installation et utilisation
Tout d'abord, veillez à une installation correcte afin d'éviter les contraintes et les vibrations supplémentaires et d'empêcher que les pièces importantes ne soient heurtées ou rayées. Deuxièmement, veillez à une utilisation correcte, protégez l'environnement de fonctionnement de l'équipement, évitez la corrosion due aux milieux corrosifs et les différences de température excessives entre les différentes parties de l'article. Par exemple, certains équipements doivent tourner au ralenti pendant un certain temps au cours de la production hivernale, et ce n'est qu'une fois que toutes les pièces ont été préchauffées qu'ils peuvent fonctionner sous charge.
1) Concept de base de la déformation des composants
Au cours du fonctionnement d'un équipement mécanique, la déformation fait référence aux changements de taille ou de forme d'un composant sous l'effet des forces appliquées. Une déformation excessive est un type clé de défaillance mécanique et un signe clair de fracture ductile.
Certains composants mécaniques, en raison de leur déformation, peuvent causer des charges supplémentaires sur les pièces assemblées, accélérer l'usure, affecter les interrelations entre les différents composants ou même conduire à des résultats catastrophiques tels que des fractures.
Par exemple, des déformations telles que la flexion de divers arbres de transmission, la déviation ou la torsion de la poutre principale d'un pont roulant, la déformation par torsion de la poutre principale d'une voiture ou la déformation de composants de base tels que les blocs-cylindres ou les carters de boîte de vitesses, peuvent compromettre la précision de leur positionnement. Si l'ampleur de la déformation dépasse les limites autorisées, le composant perd la fonction pour laquelle il a été conçu.
2) Types de déformation des pièces
① Déformation élastique des métaux
La déformation élastique est la partie de la déformation d'un métal qui peut se rétablir complètement après l'élimination des forces extérieures.
Le mécanisme de la déformation élastique est le suivant : les atomes du cristal s'écartent de leur position d'équilibre initiale sous l'effet de forces extérieures, ce qui modifie la distance entre les atomes et entraîne un étirement ou une torsion du réseau cristallin.
Par conséquent, l'ampleur de la déformation élastique est très faible, ne dépassant généralement pas 0,10% à 1,0% de la longueur originale du matériau. En outre, les métaux respectent la loi de Hooke dans le domaine de la déformation élastique, c'est-à-dire que la contrainte est directement proportionnelle à la déformation.
De nombreux matériaux métalliques subissent une déformation élastique retardée lorsque les contraintes sont inférieures à la limite d'élasticité. Sous une certaine amplitude de contrainte, l'échantillon produira une certaine déformation d'équilibre.
Toutefois, cette déformation d'équilibre ne se produit pas instantanément sous l'effet d'une contrainte, mais nécessite une période de contrainte suffisamment longue pour se développer pleinement. Une fois la contrainte supprimée, la déformation d'équilibre ne disparaît pas instantanément ; il faut un temps suffisant pour qu'elle disparaisse complètement.
Le phénomène selon lequel la déformation d'équilibre est en retard par rapport à la contrainte lorsque le matériau subit une déformation élastique est connu sous le nom de phénomène de retard d'élasticité, également appelé effet secondaire d'élasticité.
Les pièces telles que les vilebrequins qui ont été redressés à froid se déforment à nouveau après un certain temps, un phénomène causé par l'effet d'élasticité. Le moyen d'éliminer l'effet élastique est de procéder à un redressage à long terme. recuitLa température de recuit des pièces en acier standard est comprise entre 300 et 450°C.
Si une pièce métallique subit une déformation élastique excessive au-delà de la tolérance de conception au cours de son utilisation, cela affectera le fonctionnement normal de la pièce. Par exemple, pendant le fonctionnement d'un arbre d'entraînement, une déformation élastique excessive peut entraîner une détérioration de l'engrènement de l'engrenage sur l'arbre, affectant la durée de vie de l'engrenage et du roulement à rouleaux qui le supporte.
Une déformation élastique excessive d'un guide ou d'une broche de machine-outil entraîne une diminution de la précision d'usinage, voire une incapacité à satisfaire aux exigences de précision d'usinage. Il est donc essentiel d'éviter toute déformation élastique excessive dans le fonctionnement des équipements mécaniques.
② Déformation plastique des métaux
La déformation plastique fait référence à la déformation permanente d'un métal qui ne peut pas être récupérée après l'élimination des forces externes.
La plupart des métaux utilisés actuellement sont polycristallins, et la plupart sont des alliages. En raison de l'existence de joints de grains dans les polycristaux, des différentes orientations de chaque grain et de la présence d'atomes de soluté et de différentes phases dans les alliages, non seulement ils entravent et limitent la déformation de chaque grain, mais ils entravent également fortement le mouvement des dislocations.
Par conséquent, la résistance à la déformation des polycristaux est plus élevée que celle des monocristaux, ce qui rend la déformation plus complexe. On peut en déduire que plus le grain est fin, plus il y a de joints de grains par unité de volume, et donc plus la résistance à la déformation plastique est grande, ce qui se traduit par une plus grande solidité.
La déformation plastique des matériaux métalliques entraîne des changements dans leur structure organisationnelle et leurs propriétés. Une déformation plastique importante détruit l'isotropie des polycristaux et entraîne une anisotropie ; elle provoque également l'écrouissage des métaux.
Parallèlement, en raison des différences d'orientation des grains et de l'effet de blocage des joints de grains, la déformation de chaque grain et à l'intérieur de chaque grain pendant la déformation plastique des polycristaux est inégale.
Par conséquent, après l'élimination de la force extérieure, la récupération élastique de chaque grain est différente, ce qui conduit à la génération d'une contrainte interne ou contrainte résiduelle dans le métal. En outre, la déformation plastique augmente la réactivité des atomes, ce qui entraîne une diminution de la résistance à la corrosion du métal.
La déformation plastique entraîne des changements dans les dimensions et les formes des différentes parties des composants mécaniques, ce qui aura une série de conséquences négatives. Par exemple, la déformation plastique d'une broche de machine-outil ne garantit pas la précision de l'usinage, ce qui entraîne une augmentation du taux de rejet et peut même rendre la broche inutilisable.
Bien que la déformation plastique locale d'une pièce ne provoque pas une défaillance aussi évidente que la déformation plastique globale, elle constitue également une cause importante de défaillance de la pièce. Sous l'effet de la pression statique, les raccords à clavette, les raccords cannelés, les butées et les goupilles provoquent généralement une déformation plastique locale sur la surface de contact de l'une ou des deux pièces en contact.
Au fur et à mesure que la déformation par extrusion augmente, en particulier pour les pièces qui peuvent se déplacer en sens inverse, elle peut entraîner des impacts, intensifiant le processus de rupture de la relation d'accouplement d'origine, ce qui entraîne à son tour une défaillance mécanique de la pièce.
3) Raisons de la déformation des pièces
Les principales causes de déformation des pièces sont les suivantes :
1) Stress au travail
Lorsque la contrainte de travail, causée par des charges externes, dépasse la limite d'élasticité du matériau de la pièce, une déformation permanente de la pièce se produit.
2) Température de fonctionnement
Avec l'augmentation de la température, les vibrations thermiques des atomes dans le matériau métallique Si les contraintes thermiques s'intensifient, la résistance critique au cisaillement diminue et la déformation par glissement se produit plus facilement, ce qui réduit la limite d'élasticité du matériau. Par ailleurs, si la pièce est chauffée de manière inégale avec des différences de température significatives, des contraintes thermiques importantes peuvent provoquer des déformations.
3) Résiduelle Stress interne
Les pièces subissent des contraintes internes résiduelles au cours des processus d'ébauche et d'usinage, ce qui a un impact sur leur résistance statique et leur stabilité dimensionnelle. Cela n'abaisse pas seulement la limite élastique de la pièce, mais entraîne également une déformation plastique qui réduit la contrainte interne.
4) Défauts matériels internes
Les impuretés internes, les points durs et la répartition inégale des contraintes dans le matériau peuvent entraîner une déformation de la pièce pendant l'utilisation. Il convient de noter que la déformation des pièces ne se produit pas nécessairement en une seule fois sous l'influence d'un seul facteur. Il s'agit plutôt du résultat cumulatif de plusieurs facteurs agissant ensemble.
Par conséquent, pour prévenir la déformation des pièces, des mesures doivent être prises au niveau de la conception, du processus de fabrication, de l'utilisation, de l'entretien et de la réparation afin d'éviter et d'éliminer les facteurs susmentionnés et de maintenir ainsi la déformation des pièces dans des limites acceptables.
En cours d'utilisation, la déformation des pièces est inévitable. C'est pourquoi, lors des grandes révisions d'équipements, il ne suffit pas de vérifier l'usure des surfaces de contact. La précision de positionnement doit également être soigneusement inspectée et réparée, en particulier pour les machines qui subissent leur première grande révision.
Il convient de prêter attention à l'inspection et à la réparation des déformations, car la déformation des pièces sous l'influence des contraintes internes se termine généralement dans les 12 à 20 mois.
4) Stratégies de prévention et de réduction de la déformation des pièces mécaniques
Dans la production réelle, la déformation des pièces mécaniques est inévitable. Les causes de la déformation étant multiples, les mesures visant à atténuer la déformation doivent prendre en compte des aspects tels que la conception, le traitement, la réparation et l'utilisation.
i) Conception
Lors de la conception, il convient de tenir compte non seulement de la résistance des pièces, mais aussi de leur rigidité, ainsi que des questions liées à la fabrication, à l'assemblage, à l'utilisation, au démontage et à la réparation.
a. Choisir le matériau approprié, en tenant compte de ses performances en matière de processus, telles que la fluidité et le retrait de la coulée ; le falsifiabilité et la propriété de frappe à froid du forgeage ; la tendance à la fissuration à froid et à chaud du soudage ; l'usinabilité de l'usinage ; la trempabilité et la fragilité du traitement thermique, etc.
b. Choisir la structure appropriée, disposer les composants de manière logique et améliorer les conditions de contrainte des pièces. Par exemple, éviter les angles vifs, les arêtes, les remplacer par des angles arrondis, des chanfreins, percer des trous de traitement ou épaissir les pièces dans les zones présentant des différences d'épaisseur significatives ; bien organiser la position des trous, remplacer les trous borgnes par des trous débouchants ; pour les pièces de forme complexe, envisager l'utilisation d'une structure combinée, d'une structure incrustée, etc.
c. Lors de la conception, il convient également de prêter attention à l'application de nouvelles technologies, de nouveaux processus et de nouvelles technologies. nouveaux matériauxL'objectif est de réduire les contraintes et les déformations internes au cours de la fabrication.
ii) Traitement
Une série de mesures doivent être prises au cours de la transformation pour prévenir et réduire les déformations.
a. Un traitement de vieillissement doit être appliqué à la matière première afin d'éliminer ses contraintes résiduelles.
b. Lors de la formulation de la procédure de traitement des pièces mécaniques, des mesures visant à réduire la déformation doivent être adoptées dans l'agencement des opérations et des étapes, ainsi que dans l'équipement et les opérations de traitement. Par exemple, selon le principe de la séparation entre le traitement grossier et le traitement fin, il convient de laisser un temps de stockage entre les deux pour faciliter l'élimination des contraintes internes.
c. La conversion des références doit être réduite au minimum pendant le traitement et la réparation des pièces mécaniques ; il faut essayer de conserver la référence du processus pour l'utiliser pendant la réparation, afin de réduire les erreurs causées par des références non uniformes pendant le traitement de la réparation.
Pour les pièces ayant subi un traitement thermique, il est nécessaire de veiller à la réservation de la surépaisseur d'usinage, à l'ajustement des dimensions d'usinage et à la pré-déformation.
Après avoir compris le schéma de déformation des pièces, il est possible d'ajouter à l'avance une déformation inverse, qui peut être contrecarrée après le traitement thermique ; la contrainte peut également être ajoutée à l'avance ou la génération et la modification de la contrainte peuvent être contrôlées, de sorte que la déformation finale réponde aux exigences et que l'objectif de réduction de la déformation soit atteint.
iii) Réparation
a. Afin de minimiser les contraintes et les déformations causées par les réparations, il ne suffit pas de vérifier l'état d'usure de la surface d'adaptation lors des réparations mécaniques majeures, la précision de positionnement de l'une et de l'autre doit également être soigneusement inspectée et réparée.
b. Des normes de réparation raisonnables doivent être établies et des outils spéciaux, des outils d'inspection et des systèmes de contrôle simples, fiables et faciles à utiliser doivent être mis en place. outils de mesure devraient être conçues. Dans le même temps, la promotion de nouvelles technologies et de nouveaux processus de réparation devrait être mise en avant.
iv) Utilisation
a. Renforcer la gestion des équipements, appliquer strictement les procédures de sécurité, intensifier l'inspection et la maintenance des équipements mécaniques afin d'éviter les surcharges et les surchauffes localisées.
b. Il est également important d'installer correctement les équipements. Les machines-outils de précision ne doivent pas être utilisées pour l'usinage grossier. Stocker les pièces de rechange et les accessoires de manière appropriée.
Influence de divers facteurs pendant l'utilisation
Les équipements mécaniques se détériorent ou vieillissent progressivement sous l'effet de divers facteurs au cours de leur utilisation, entraînant des dysfonctionnements, voire la perte des fonctionnalités prévues. Les principaux facteurs externes sont les suivants
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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