Vi siete mai chiesti perché la vostra fidata macchina si rompe improvvisamente? Questo articolo esplora le cause nascoste dei guasti meccanici, dai difetti di progettazione ai difetti dei materiali. Leggendo, scoprirete consigli pratici per prolungare la durata di vita delle vostre apparecchiature e garantire un funzionamento più fluido.
Le cause dei guasti alle apparecchiature meccaniche sono di varia natura: alcune sono dovute a difetti intrinseci dell'apparecchiatura stessa, mentre altre sono legate a problemi di progettazione, come la struttura, le dimensioni, il coordinamento e la scelta dei materiali non ragionevoli. Esistono anche problemi legati ai difetti dei materiali delle parti, come la qualità non uniforme del materiale, l'eccessiva tensione residua interna e così via.
Anche i problemi di produzione, come i problemi tecnici nella lavorazione meccanica, nella fusione, nella forgiatura, nel trattamento termico, nell'assemblaggio e nelle parti standard durante il processo di produzione, contribuiscono ai guasti. Inoltre, i problemi di assemblaggio, come la selezione e la regolazione impropria delle parti e l'installazione non corretta, possono causare problemi. Infine, anche i problemi di ispezione e collaudo possono causare guasti alle apparecchiature.
Una parte meccanica è considerata guasta quando perde la sua funzione specifica. Un componente è considerato guasto se si trova in uno dei due stati seguenti: non è in grado di completare la sua funzione specificata, oppure non può continuare a essere utilizzato in modo affidabile e sicuro.
Il guasto di una parte è la causa principale dei guasti alle apparecchiature meccaniche. Pertanto, lo studio dei modelli di guasto delle parti, l'identificazione delle cause dei guasti e l'adozione di misure di miglioramento sono di grande importanza per ridurre il verificarsi di guasti meccanici e prolungare la vita utile dei macchinari.
La principale manifestazione del cedimento dei componenti meccanici è l'usura delle superfici di accoppiamento dei componenti, che rappresenta la percentuale maggiore di danni ai componenti. La corrosione e l'invecchiamento dei materiali sono un altro tipo di guasto inevitabile durante il processo di lavorazione dei pezzi, ma la loro percentuale è generalmente molto più bassa. Queste due forme di guasto riassumono essenzialmente le principali modalità di guasto dei componenti meccanici in condizioni d'uso normali.
Altre forme di fallimento, come frattura da fatica e deformazioni di parti, sebbene si verifichino frequentemente nella pratica e siano considerate le forme più pericolose di guasto, sono per lo più dovute a difetti di fabbricazione e di progettazione o a una manutenzione e un uso improprio dei macchinari.
L'analisi dei guasti si riferisce all'indagine e allo studio delle caratteristiche e delle regole di fenomeni o processi quali l'usura, la frattura, la deformazione e la corrosione di parti, al fine di identificare le principali cause di guasto e adottare metodi di controllo adeguati.
Lo scopo dell'analisi dei guasti è fornire una base affidabile per la formulazione di schemi tecnici di riparazione e controllare alcuni fattori che causano i guasti, al fine di ridurre i tassi di guasto delle apparecchiature e prolungarne la durata.
Inoltre, l'analisi dei guasti può anche fornire informazioni di feedback per la progettazione e la produzione delle apparecchiature e fornire prove oggettive per l'identificazione degli incidenti.
1) Modello di usura dei componenti
È noto che unità fondamentali come parti e componenti costituiscono macchinari come automobili e trattori. Le coppie di attrito composte da molte parti, come cuscinetti, ingranaggi e gruppi pistone-cilindro, subiscono un certo attrito e una certa usura fino a quando non si guastano sotto l'influenza di forze esterne e fattori ambientali come calore e sostanze chimiche.
Tra tutti i guasti meccanici, quelli legati all'usura rappresentano una percentuale significativa. Pertanto, la comprensione dei modelli di usura dei componenti e delle loro coppie di accoppiamenti è essenziale.
a) Curva di usura tipica dei componenti
L'usura è un tipo di guasto progressivo. Ad esempio, i guasti causati dall'usura dei cilindri sono diversi dai guasti improvvisi come la rottura della cinghia della ventola o la rottura del condensatore: questi ultimi sono guasti improvvisi, mentre i guasti causati dall'usura sono guasti progressivi.
b) Usura ammissibile e usura limite
2) Usura abrasiva
Conosciuta anche come usura da particelle, l'usura abrasiva si verifica quando tra le superfici di contatto delle coppie di attrito sono presenti particelle dure, oppure quando la durezza del materiale di un lato è significativamente superiore a quella dell'altro, dando luogo a un fenomeno di usura simile a quello che si verifica tra i due lati. taglio del metallo.
È un tipo di usura meccanica caratterizzata da segni di taglio visibili sulla superficie di contatto. Tra tutti i tipi di usura, quella abrasiva rappresenta circa il 50%, ed è quindi la forma di usura più comune e dannosa.
Il tasso di usura e l'intensità sono elevati e riducono in modo significativo la durata di vita delle apparecchiature meccaniche, con un notevole consumo di energia e di materiali.
A seconda delle sollecitazioni e degli impatti subiti dalla superficie di attrito, l'usura abrasiva può essere ulteriormente suddivisa in tre tipi: stile di taglio a scalpello, stile di molatura ad alta sollecitazione e stile di graffiatura a bassa sollecitazione.
a) Meccanismo dell'usura abrasiva
L'azione meccanica delle particelle abrasive comporta due processi: uno è il processo di microtaglio lungo la superficie di attrito da parte delle particelle abrasive; l'altro è la sollecitazione di contatto alternata sullo strato superficiale causata dalle particelle, che porta a impronte dense sempre diverse sullo strato superficiale e, infine, all'erosione dovuta all'affaticamento della superficie.
Le fonti di particelle abrasive includono polvere e sabbia esterna, intrusione di trucioli, trasporto di fluidi, detriti di usura superficiale, punti duri della struttura del materiale e inclusioni. Una caratteristica notevole dell'usura abrasiva è che la superficie di usura presenta minuscoli solchi paralleli alla direzione del moto relativo, con minuscoli trucioli a spirale, circolari o curvi e un po' di polvere.
b) Misure per ridurre l'usura abrasiva
L'usura abrasiva è causata dall'azione meccanica di particelle abrasive sulla superficie della coppia di attrito. Pertanto, le strategie per ridurre o eliminare l'usura abrasiva possono essere affrontate sotto i seguenti due aspetti.
i) Ridurre l'ingresso degli abrasivi
Impedire che gli abrasivi esterni entrino nelle coppie di attrito delle apparecchiature meccaniche ed eliminare tempestivamente i trucioli prodotti durante il processo di rodaggio.
Le misure specifiche comprendono l'installazione di filtri dell'aria e del carburante/olio, l'aggiunta di dispositivi di tenuta antipolvere, l'installazione di magnetite, di camere di raccolta dei trucioli e di indicatori di contaminazione dell'olio nel sistema di lubrificazione, nonché la pulizia e la sostituzione periodica dei dispositivi di filtraggio dell'aria, del carburante e dell'olio.
ii) migliorare la resistenza all'usura delle superfici dei componenti
In primo luogo, si possono scegliere materiali con una buona resistenza all'usura.
In secondo luogo, per i componenti che necessitano di resistenza all'usura e sono soggetti a carichi d'urto, il trattamento termico e il trattamento della superficie possono essere utilizzati per migliorare le proprietà della superficie del materiale del componente, aumentare la durezza della superficie e cercare di superare la durezza dell'abrasivo.
In terzo luogo, per i componenti con requisiti di precisione meno severi, le leghe resistenti all'usura possono essere saldate sulla superficie di lavoro per migliorare la resistenza all'usura.
3) Usura dell'adesivo
L'usura adesiva si riferisce al tipo di usura causata dal trasferimento di materiale da una superficie di attrito a un'altra durante il movimento relativo. A seconda del grado di danneggiamento della superficie della coppia di attrito, l'usura adesiva può essere classificata in cinque tipi: usura minore, sbavatura, sfregamento, strappo e grippaggio.
① Meccanismo dell'usura dell'adesivo
Quando la coppia di attrito opera in condizioni di carico elevato, il calore generato dalla scarsa lubrificazione, dall'elevata velocità di movimento relativo e dall'attrito non può essere dissipato abbastanza rapidamente, causando temperature superficiali estremamente elevate.
Nei casi più gravi, lo strato superficiale del metallo può ammorbidirsi o fondersi, riducendo la resistenza della superficie. Le sporgenze superficiali ad alta pressione aderiscono l'una all'altra e vengono successivamente strappate durante il movimento relativo. Ciò provoca il trasferimento di materiale dalla superficie più debole a quella più resistente, causando danni catastrofici alla coppia di attrito, come il grippaggio o la graffiatura.
② Misure per ridurre l'usura dell'adesivo
a. Controllo delle condizioni della superficie della coppia di attrito
Più la superficie d'attrito è pulita e liscia, più è probabile che si verifichi l'usura dell'adesivo, soprattutto se la rugosità della superficie è eccessivamente piccolo. Le superfici metalliche presentano spesso pellicole adsorbite che possono essere interrotte da deformazioni plastiche o aumenti di temperatura di 100-200℃, entrambi fattori che possono portare all'usura adesiva.
Per ridurre l'usura dell'adesivo, è necessario scegliere un lubrificante appropriato in base al carico, alla temperatura, alla velocità e ad altre condizioni di lavoro.
Al lubrificante possono essere aggiunti anche additivi per stabilire le condizioni di lubrificazione necessarie. L'ossigeno presente nell'atmosfera può formare una pellicola protettiva di ossido sulla superficie metallica, impedendo il contatto diretto con il metallo e l'adesione, riducendo l'attrito e l'usura.
b. Controllare il Composizione del materiale e microstruttura della superficie della coppia di attrito
L'usura adesiva è più probabile che si verifichi tra due materiali metallici con composizioni e microstrutture simili, a causa della loro forte tendenza a formare soluzioni solide o composti intermetallici.
Pertanto, i materiali della coppia di attrito devono essere quelli con la minore tendenza a formare soluzioni solide, ovvero devono avere composizioni materiali e strutture cristalline diverse.
Il rivestimento di una superficie della coppia di attrito con metalli come piombo, stagno, argento o rame, o leghe morbide, può aumentare la resistenza all'usura adesiva. L'uso di materiali come il metallo Babbitt o il bronzo di alluminio come materiale di superficie dei rivestimenti dei cuscinetti può migliorare la loro resistenza all'usura adesiva. Anche gli accoppiamenti di acciaio e ghisa offrono buone prestazioni contro l'usura adesiva.
c. Migliorare le condizioni di trasferimento del calore
Selezionando materiali con una buona conducibilità termica e raffreddando la coppia di attrito o adottando adeguate misure di dissipazione del calore, è possibile abbassare la temperatura durante il movimento relativo della coppia di attrito, mantenendo la resistenza della superficie della coppia di attrito.
4) Usura da fatica
L'usura da fatica si riferisce al fenomeno della caduta di particelle microscopiche di un materiale a causa di cricche da fatica che si formano sotto la sollecitazione ciclica del contatto su aree localizzate della superficie della coppia di attrito. A seconda del contatto e del movimento relativo tra le coppie di attrito, l'usura da fatica può essere suddivisa in usura da contatto di rotolamento e usura da contatto di scorrimento.
① Meccanismo dell'usura da fatica
Il processo di usura per fatica è il processo distruttivo di formazione ed espansione delle cricche e di formazione e distacco di particelle microscopiche. L'usura abrasiva e l'usura adesiva sono legate al contatto diretto con la superficie della coppia di attrito. Se un lubrificante separa le due superfici di attrito, questi due meccanismi di usura non funzionano.
Per quanto riguarda l'usura da fatica, anche se c'è un lubrificante tra le superfici di attrito e non sono direttamente a contatto, può comunque verificarsi a causa delle sollecitazioni trasmesse attraverso il film di olio lubrificante.
A differenza dell'usura abrasiva e dell'usura adesiva, l'usura da fatica non si verifica immediatamente, ma dopo un certo numero di cicli di sollecitazione, le particelle microscopiche si staccano, facendo perdere alla coppia di attrito la sua capacità di funzionare. I meccanismi dell'usura da fatica possono essere suddivisi nei due casi seguenti in base alla posizione della formazione della cricca.
a. Usura da fatica per contatto di rotolamento
L'insorgere di buche di profondità variabile (profondità inferiore a 0,1-0,2 mm) o di distacchi di particelle di area più ampia sulla superficie di coppie di attrito volvente, come i cuscinetti volventi e gli ingranaggi di trasmissione, è causato dall'usura da fatica da contatto volvente, nota anche come usura da pitting o spalling.
b. Usura da fatica da contatto scorrevole
Per due oggetti a contatto scorrevole, la sollecitazione di taglio è massima a una profondità di 0,786b sotto la superficie (b è la metà della larghezza dell'area di contatto piana), dove la deformazione plastica è più grave. La deformazione ripetuta sotto carichi ciclici indebolirà la resistenza locale sulla superficie del materiale e le cricche appariranno per la prima volta qui.
L'azione combinata della sollecitazione di taglio causata dall'attrito radente e dal carico normale sposta la massima sollecitazione di taglio da 0,786b a una superficie più profonda, con conseguente usura da fatica da scorrimento. La profondità dello strato spellato è tipicamente di 0,2-0,4 mm.
② Strategie per ridurre o eliminare l'usura da fatica
Le strategie per ridurre o eliminare l'usura da fatica prevedono il controllo dei fattori che influenzano la formazione e l'espansione delle cricche, principalmente nei due aspetti seguenti.
a. Scelta corretta del materiale e del trattamento termico
La presenza di inclusioni non metalliche nell'acciaio può facilmente provocare una concentrazione di tensioni e i bordi di queste inclusioni hanno maggiori probabilità di formare cricche, riducendo così la durata della fatica da contatto del materiale. Anche la microstruttura del materiale e i difetti interni influiscono notevolmente sull'usura.
In generale, i grani piccoli e uniformi e i carburi distribuiti in modo sferico migliorano la durata a fatica del contatto di rotolamento. Quando il contenuto di carbonio in martensite è di circa 0,4%-0,5% nelle stesse condizioni di carburi non disciolti, la resistenza e la tenacità del materiale sono ben bilanciate e la durata della fatica di contatto è elevata.
Per non disciolto carburi, un trattamento termico appropriato per renderli meno, più fini e distribuiti in modo uniforme può contribuire a eliminare le cricche da fatica. L'aumento della durezza entro un certo intervallo aumenterà anche la resistenza alla fatica da contatto.
Per esempio, acciaio per cuscinetti La durezza superficiale raggiunge la massima capacità antiusura a circa 62HRC. Per i denti degli ingranaggi, un intervallo di durezza di 58-62HRC è ottimale.
Inoltre, è importante anche la corrispondenza della durezza tra due corpi volventi a contatto. Ad esempio, nei cuscinetti volventi è opportuno che la pista di rotolamento e il corpo volvente abbiano una durezza simile, oppure che il corpo volvente sia più duro di circa 10% rispetto alla pista.
b. Selezione corretta della rugosità superficiale
L'esperienza dimostra che una riduzione adeguata della rugosità superficiale è un modo efficace per migliorare la capacità di usura anti-fatica. Ad esempio, quando la rugosità superficiale di un cuscinetto volvente viene ridotta da Ra 0,40μm a Ra 0,20μm, la sua durata può essere aumentata di 2-3 volte; quando viene ridotta da Ra 0,20μm a Ra 0,10μm, la durata può essere raddoppiata.
Tuttavia, la riduzione al di sotto di Ra 0,05μm ha un impatto minimo sul prolungamento della vita utile. Il requisito della rugosità superficiale è legato alla sollecitazione di contatto sulla superficie. Di solito, quando la sollecitazione di contatto è elevata o la durezza della superficie è elevata, è necessario un valore di rugosità superficiale inferiore.
Inoltre, lo stato di sollecitazione della superficie, il grado di accuratezza del montaggio e la natura della olio lubrificante possono influenzare il tasso di usura da fatica. In genere, sollecitazioni superficiali eccessive, giochi di montaggio troppo piccoli o troppo grandi o sostanze corrosive prodotte dall'olio lubrificante durante l'uso possono aggravare l'usura da fatica.
5) Usura corrosiva
① Meccanismo dell'usura corrosiva
Durante il processo di attrito, i metalli reagiscono contemporaneamente per via chimica o elettrochimica con il mezzo circostante, causando la formazione e il distacco di prodotti di corrosione sulla superficie metallica. Questo fenomeno viene definito usura corrosiva.
Si tratta di un fenomeno di usura formato dalla combinazione di corrosione e usura meccanica, per cui il suo meccanismo differisce da quello dell'usura abrasiva, dell'usura adesiva e dell'usura da fatica. È un processo di usura estremamente complesso che si verifica spesso in ambienti ad alta temperatura o umidi ed è più probabile che si verifichi in condizioni di mezzi speciali come acidi, alcali e sali.
A seconda del mezzo corrosivo e delle proprietà del materiale, l'usura corrosiva viene generalmente suddivisa in due categorie: usura da ossidazione e usura da corrosione in mezzi speciali.
a. Usura da ossidazione
Questo tipo di usura, nota come usura da ossidazione, si verifica quando il film di ossido formatosi sulla superficie di attrito a causa dell'azione dell'ossigeno presente nell'aria o nel lubrificante viene rapidamente rimosso dall'attrito meccanico. La stragrande maggioranza dei metalli utilizzati nell'industria può formare un film di ossido superficiale quando viene ossidato e le proprietà di questi film di ossido hanno un impatto significativo sull'usura.
Se sulla superficie del metallo si forma un film di ossido denso e intatto, saldamente legato al substrato, e il film ha una buona resistenza all'usura, l'usura sarà minore.
Tuttavia, se la resistenza all'usura del film è scarsa, l'usura sarà grave. Ad esempio, sia l'alluminio che l'acciaio inossidabile formano facilmente una pellicola di ossido, ma la resistenza all'usura della pellicola di ossido sulla superficie dell'alluminio è scarsa, mentre quella dell'acciaio inossidabile è buona; pertanto, l'acciaio inossidabile ha una resistenza all'usura da ossidazione più forte dell'alluminio.
b. Usura corrosiva in mezzi speciali
La forma di usura in cui i prodotti di corrosione che si formano sulla superficie di attrito a causa dell'azione di elettroliti come acidi e alcali presenti nell'ambiente vengono rapidamente rimossi dall'attrito meccanico è definita usura corrosiva in mezzi speciali.
Il meccanismo di questa usura è simile a quello dell'usura da ossidazione, ma il tasso di usura è molto più elevato. La natura del mezzo, la temperatura ambientale, la forza dei prodotti di corrosione, l'adesione e altri fattori hanno un impatto significativo sul tasso di usura.
Questo tipo di usura corrosiva è molto probabile, ad esempio nelle pompe per il trasporto di fluidi, che quando trasportano fluidi corrosivi, in particolare fluidi contenenti particelle solide, tutte le parti a contatto con il fluido saranno soggette a usura corrosiva.
② Misure per ridurre l'usura corrosiva
a. Scegliere il materiale giusto e applicare un trattamento antiossidante alla superficie. Per aumentare la resistenza all'usura da ossidazione della superficie di attrito, si possono scegliere acciai contenenti elementi come cromo, nichel, molibdeno e tungsteno.
In alternativa, i trattamenti di rinforzo come i pallini pallinatura e la rullatura, o il trattamento anodico, possono essere applicati alla superficie di attrito per formare una struttura densa o un film di ossido sulla superficie metallica, migliorando così la resistenza all'usura per ossidazione.
b. Per l'usura corrosiva sotto l'azione di mezzi specifici, il tasso di usura può essere ridotto controllando le condizioni di formazione del mezzo corrosivo, selezionando materiali resistenti all'usura e modificando il modo in cui il mezzo corrosivo agisce.
6) Usura da fretting
L'usura da sfregamento, che si verifica quando due superfici di contatto fisse subiscono vibrazioni di piccola ampiezza, si manifesta principalmente sulle interfacce dei componenti relativamente stazionari, come le superfici di collegamento delle chiavette, le superfici di interferenza o di transizione, o le superfici collegate da bulloni o rivetti sul corpo macchina. Per questo motivo, viene spesso trascurato.
Il rischio principale dell'usura da fretting è la diminuzione della precisione di montaggio, nonché la riduzione dell'interferenza delle parti montate per interferenza e persino l'allentamento. Può portare all'allentamento o alla separazione delle connessioni e, in casi gravi, causare incidenti. L'usura da sfregamento può anche indurre una concentrazione di tensioni che può portare a frattura da fatica dei connettori.
i) Meccanismo dell'usura da fretting
L'usura da fretting è un tipo di usura composita che comprende usura abrasiva, usura adesiva e usura ossidativa. Di solito si concentra in un'area locale dove le sollecitazioni di contatto causano la deformazione plastica di microscopiche sporgenze sulla superficie di contatto e l'adesione del metallo.
I punti di adesione si staccano sotto l'effetto ripetitivo di vibrazioni di piccola ampiezza e le superfici staccate si ossidano. Poiché le superfici di contatto non perdono mai il contatto, le particelle di usura non vengono espulse facilmente. Queste particelle agiscono come abrasivi sulla superficie di contatto a causa delle vibrazioni, rendendo l'usura da fretting una combinazione di usura adesiva, ossidativa e abrasiva.
ii) Misure per ridurre o eliminare l'usura da sfregamento
L'esperienza pratica indica che proprietà del materialeIl carico, la dimensione dell'ampiezza e la temperatura sono i fattori principali che influenzano l'usura da fretting. Pertanto, le principali strategie per ridurre o eliminare l'usura da fretting sono le seguenti:
a) Migliorare le proprietà del materiale
La scelta di accoppiamenti di materiali appropriati e l'aumento della durezza possono ridurre l'usura da sfregamento. In generale, i materiali con buone proprietà antiadesive sono anche resistenti all'usura da fretting, mentre accoppiamenti come alluminio-ghisa, alluminio-acciaio inox e acciaio per utensili-acciaio inox, che hanno scarse proprietà antiadesive, sono più suscettibili all'usura da fretting.
L'aumento della durezza superficiale dell'acciaio al carbonio da 180HV a 700HV può ridurre l'usura da fretting di 50%. Anche i trattamenti di solforazione o fosfatazione superficiale e i rivestimenti in politetrafluoroetilene (PTFE) sono misure efficaci per ridurre l'usura da fretting.
b) Controllo del carico e aumento della precompressione
In determinate condizioni, l'usura da fretting aumenta con il carico, ma il tasso di aumento diminuisce continuamente. Dopo aver superato un certo carico critico, l'usura diminuisce. Pertanto, il controllo della precompressione o dell'interferenza degli accoppiamenti interferenziali può rallentare efficacemente l'usura da fretting.
c) Ampiezza di controllo
Gli esperimenti hanno dimostrato che quando l'ampiezza è piccola, anche il tasso di usura è ridotto. Tuttavia, quando l'ampiezza è compresa tra 50-150μm, il tasso di usura aumenta significativamente. Pertanto, l'ampiezza dovrebbe essere controllata efficacemente entro 30μm.
d) Controllare adeguatamente la temperatura
Per l'acciaio a basso tenore di carbonio al di sopra di 0℃, l'usura diminuisce gradualmente all'aumentare della temperatura. Una diminuzione improvvisa dell'usura si verifica a 150-200℃, ma se la temperatura continua a salire, l'usura aumenta. Quando la temperatura sale da 135℃ a 400℃, l'usura può aumentare fino a 15 volte. Per l'acciaio a medio tenore di carbonio, il punto di svolta nell'usura da fretting si verifica a 130℃ in condizioni costanti. Al di sopra di questa temperatura, la quantità di usura da fretting diminuisce significativamente.
e) Scegliere il lubrificante appropriato
Gli esperimenti dimostrano che i normali lubrificanti liquidi non sono efficaci nel prevenire l'usura da sfregamento. I grassi lubrificanti con alta viscosità, elevato punto di goccia e forte resistenza al taglio hanno un certo effetto nel prevenire l'usura da fretting. I più efficaci sono i lubrificanti solidi, come il MoS2.
7) Controllo dell'usura
① Fattori di controllo
I fattori che influenzano l'usura sono complessi, ma possono essere raggruppati a grandi linee in quattro categorie: proprietà dei materiali, condizioni operative, fattori geometrici e ambiente di lavoro, ognuno dei quali comprende numerosi elementi specifici.
In particolare, non tutti i processi di usura richiedono una considerazione completa di questi fattori. Per una determinata condizione di usura, alcuni fattori possono essere cruciali e richiedere considerazione, mentre altri possono non essere significativi o addirittura rilevanti.
② Considerazioni generali per la selezione dei materiali delle parti soggette a usura
Indipendentemente dalle condizioni di usura, la scelta corretta dei materiali per controllare l'usura dei pezzi e garantire la qualità del prodotto è fondamentale. Il primo passo per la scelta del materiale giusto è la comprensione dettagliata delle condizioni operative e dell'ambiente in cui si trova il pezzo. Su questa base, si determinano i requisiti prestazionali complessivi del pezzo.
In generale, questi requisiti prestazionali generali possono essere suddivisi in due categorie principali: requisiti prestazionali non tribologici e requisiti prestazionali tribologici. I requisiti prestazionali non tribologici possono essere ulteriormente suddivisi in due tipi: requisiti prestazionali generali e requisiti prestazionali speciali.
Consideriamo ad esempio un cuscinetto scorrevole. Come parte meccanica, deve possedere determinate caratteristiche di resistenza, plasticità, lavorabilità ed economicità, che sono requisiti generali per le parti meccaniche.
Tuttavia, come cuscinetto scorrevole, deve avere anche una durezza adeguata e una buona conducibilità termica, che sono requisiti speciali nell'ambito dei requisiti di prestazione non tribologici.
Naturalmente, come componente di attrito, i più importanti sono i requisiti di prestazione tribologica, da cui deriva la loro classificazione separata. Questi includono tipicamente le condizioni di danneggiamento della superficie, il coefficiente di attrito, il tasso di usura e i limiti operativi.
Le condizioni o le tendenze al danneggiamento della superficie, nel caso dell'usura da scorrimento, dipendono principalmente dalla compatibilità tra i materiali accoppiati. Come già detto, due metalli con elevata solubilità reciproca possono aderire o saldarsi fortemente, causando graffi o legami. Questo vale per le leghe a base di ferro e di nichel, nonché per le leghe di titanio e per le leghe di alluminio. leghe di alluminio.
Tuttavia, i materiali ad alta durezza, come l'acciaio bonificato con una durezza superiore a 60 HRC, non sono soggetti a questa restrizione, il che significa che possono essere utilizzati in condizioni di auto-accoppiamento.
Per quanto riguarda il coefficiente di attrito, in alcune situazioni deve essere considerato in modo specifico, come ad esempio nei dispositivi di frenatura, serraggio e alcuni dispositivi di trasmissione. In generale, il coefficiente di attrito determina le prestazioni dinamiche del sistema, lo stress superficiale del materiale, la temperatura superficiale e la potenza richiesta dal sistema.
Il tasso di usura influisce direttamente sulla durata del pezzo e la sua importanza nella selezione dei materiali è evidente. È importante sottolineare che i meccanismi di usura in diverse condizioni operative possono variare notevolmente.
Per ridurre il tasso di usura di diversi meccanismi o tipi di usura, i requisiti prestazionali dei materiali non sono del tutto uguali. Pertanto, un punto cruciale nella scelta dei materiali per le parti soggette a usura è la determinazione del meccanismo di usura dominante.
I danni da corrosione alle parti si riferiscono al fenomeno della perdita di materiale superficiale, della distruzione della qualità della superficie e del danneggiamento della struttura cristallina interna, causati dalla reazione chimica o elettrochimica fra materiali metallici e il mezzo circostante, portando infine al cedimento del pezzo.
Il danno da corrosione delle parti metalliche ha le seguenti caratteristiche: il danno inizia sempre dallo strato superficiale del metallo, spesso accompagnato da cambiamenti esterni come buche, macchie e rotture. Il metallo danneggiato si trasforma in composti come ossidi o idrossidi, formando sostanze corrosive parzialmente aderenti alla superficie del metallo, come uno strato di ossido di ferro attaccato a un pezzo arrugginito. lamiera d'acciaio.
1) Tipi di corrosione Danni
In base al meccanismo di interazione tra metallo e mezzo, i danni da corrosione delle parti meccaniche possono essere suddivisi in due categorie principali: corrosione chimica e corrosione elettrochimica.
① Corrosione chimica delle parti meccaniche
La corrosione chimica si riferisce alla corrosione causata dalla reazione chimica tra metallo e fluido senza la generazione di correnti elettriche, quando il fluido è non conduttivo.
I mezzi che causano la corrosione chimica assumono generalmente due forme: la corrosione gassosa, che si verifica nell'aria secca, nei gas ad alta temperatura e in altri mezzi; e la corrosione in soluzioni non elettrolitiche, che si verifica nei liquidi organici, nella benzina, negli oli lubrificanti e in altri mezzi.
A contatto con il metallo, subiscono reazioni chimiche che formano una pellicola superficiale, che provoca la corrosione dei componenti in quanto la pellicola si stacca e si rigenera continuamente.
La maggior parte dei metalli può ossidarsi spontaneamente in aria a temperatura ambiente. Tuttavia, una volta formatosi uno strato di ossido sulla superficie, se riesce a isolare efficacemente il trasferimento di sostanze tra il metallo e il mezzo, diventa una pellicola protettiva. Se lo strato di ossido non è in grado di prevenire efficacemente la reazione di ossidazione, il metallo continuerà a essere ossidato e subirà danni da corrosione.
② Corrosione elettrochimica delle parti metalliche
La corrosione elettrochimica si verifica quando i metalli entrano in contatto con sostanze elettrolitiche. La maggior parte della corrosione dei metalli rientra nella corrosione elettrochimica. La caratteristica della corrosione elettrochimica dei metalli è che il mezzo che causa la corrosione è un elettrolita conduttivo, con correnti elettriche generate durante il processo di corrosione. La corrosione elettrochimica è più comune e molto più potente della corrosione chimica.
2) Strategie per ridurre o eliminare i danni da corrosione alle parti meccaniche
① Selezione corretta del materiale
Scegliere i materiali resistenti alla corrosione adatti in base alle condizioni ambientali e all'utilizzo, come ad esempio acciai legati contenenti elementi come nichel, cromo, alluminio, silicio, titanio, ecc. Se possibile, cercate di utilizzare materiali come il nylon, la plastica e la ceramica.
② Progettazione strutturale razionale
Quando si progettano le strutture dei pezzi, bisogna cercare di ottenere condizioni uniformi su tutta l'area, ottenendo un design razionale, una forma semplificata e una rugosità superficiale adeguata. È necessario evitare il contatto tra metalli con differenze di potenziale significative, così come la concentrazione di stress strutturale, lo stress termico, il ristagno e l'accumulo di fluidi, il surriscaldamento locale e fenomeni simili.
③ Applicazione del rivestimento protettivo
Ricoprire la superficie metallica con uno strato protettivo metallico resistente alla corrosione, come strati zincati, cromati o rivestiti di molibdeno, per isolare il metallo dal fluido e prevenire la corrosione. Non metallico possono essere applicati anche strati protettivi e strati protettivi chimici, come vernici a base di olio, cloruro di polivinile, fibra di vetro, ecc.
In alternativa, una sottile pellicola di composto può essere ricoperta sulla superficie metallica con metodi chimici o elettrochimici, come fosfatazione, azzurramento, passivazione, ossidazione, ecc.
④ Protezione elettrochimica
La corrosione elettrochimica è causata dalla formazione di una regione anodica e catodica in una soluzione elettrolitica metallica, creando una certa differenza di potenziale e formando una batteria chimica. La protezione elettrochimica consiste nel polarizzare le parti meccaniche da proteggere con una corrente continua per eliminare questa differenza di potenziale.
Quando si raggiunge un certo potenziale, la corrosione del metallo protetto può essere ridotta al minimo o addirittura eliminata. Questo metodo richiede che il mezzo sia conduttivo e continuo.
⑤ Aggiunta di inibitori di corrosione
L'aggiunta di una piccola quantità di inibitori di corrosione al mezzo corrosivo può ridurre la corrosione. In base alle loro proprietà chimiche, gli inibitori di corrosione si dividono in inorganici e organici.
Gli inibitori inorganici possono formare uno strato protettivo sulla superficie del metallo, isolandolo dal mezzo, come il bicromato di potassio, il nitrato di sodio, il solfito di sodio, ecc. I composti organici possono adsorbire sulla superficie del metallo, riducendo la dissoluzione del metallo e inibendo le reazioni di riduzione, attenuando così la corrosione del metallo.
Tra gli esempi vi sono i sali di ammina, l'agar, la colla animale, gli alcaloidi, ecc. Quando si utilizzano gli inibitori di corrosione, occorre prestare particolare attenzione al loro tipo, alla concentrazione e al tempo di efficacia.
Alterazione delle condizioni ambientali
Questo metodo prevede la rimozione delle sostanze corrosive dall'ambiente, ad esempio mediante ventilazione forzata, deumidificazione o rimozione di gas nocivi come l'anidride solforosa, per ridurre i danni da corrosione.
1) Tipi di frattura
La frattura si riferisce alla rottura di un pezzo dopo ripetuti cicli di sollecitazione o di carico energetico dovuti a determinati fattori. La superficie che si forma dopo la frattura di un pezzo viene definita superficie di frattura. Esistono molti tipi di fratture, strettamente legati alla causa della frattura, di cui si distinguono cinque tipi in ingegneria.
① Frattura da sovraccarico
Questo tipo di frattura si verifica quando una forza esterna supera la sollecitazione limite che la sezione trasversale critica di un pezzo può sopportare. La superficie di frattura è simile a quella di una prova di trazione. Per i materiali duttili come l'acciaio, prima della frattura si verifica una notevole deformazione plastica e la superficie di frattura presenta un'incavatura, con un aspetto a forma di cono di tazza, noto come frattura duttile.
La causa del cedimento deve essere analizzata da aspetti quali la progettazione, il materiale, il processo, il carico operativo e l'ambiente. Per i materiali fragili come la ghisa, la deformazione plastica prima della frattura è minima o nulla e la frattura si sviluppa molto rapidamente.
La superficie di frattura è liscia, brillante e perpendicolare allo sforzo normale, nota come frattura fragile. Poiché non esistono precursori evidenti della frattura fragile, il verificarsi di incidenti è improvviso, il che la rende una forma di danno da frattura molto pericolosa. Attualmente, la maggior parte della ricerca sulla frattura si concentra sulla frattura fragile.
② Frattura da corrosione
Questo tipo di frattura si verifica quando un pezzo, sotto l'influenza di mezzi corrosivi, subisce una sollecitazione alternata inferiore alla sua resistenza alla trazione, portando a una frattura nel tempo. L'aspetto macroscopico della superficie di frattura presenta caratteristiche di fragilità, anche nei materiali duttili.
Le fessure hanno spesso origine in superficie e sono multioriginarie. Le caratteristiche di corrosione possono essere osservate sulla superficie della frattura.
③ Frattura fragile a bassa sollecitazione
Ne esistono due tipi: uno è quello in cui processi di produzione impropri o basse temperature dell'ambiente operativo rendono il materiale fragile, provocando una frattura fragile in presenza di basse sollecitazioni.
Esempi comuni sono la fragilità da tempra e la fragilità a bassa temperatura dell'acciaio. L'altro tipo è la frattura fragile indotta dall'idrogeno, che si verifica quando un pezzo si rompe sotto una sollecitazione inferiore al limite di snervamento del materiale a causa dell'influenza dell'idrogeno.
L'origine della cricca nella frattura fragile indotta dall'idrogeno si trova appena sotto la superficie e non è un punto singolo ma una piccola zona. L'area di propagazione della cricca appare come particelle granulari ossidate, in netto contrasto con l'area di frattura, mentre la superficie di frattura è macroscopicamente liscia.
④ Frattura per scorrimento
Quando una parte metallica è sottoposta a temperatura e sollecitazioni costanti per un lungo periodo, la deformazione plastica si verifica lentamente, anche con sollecitazioni inferiori al limite di snervamento del materiale, portando infine alla frattura della parte.
In prossimità della superficie di frattura da scorrimento si verificano deformazioni significative e molte cricche, soprattutto intergranulari. La superficie di frattura presenta una pellicola di ossido e talvolta si osservano anche cavità da scorrimento.
⑤ Frattura per fatica
La frattura da fatica è un fenomeno di frattura indotto dopo un certo numero di carichi ciclici o di sollecitazioni alternate sulla parte metallica. Nei guasti delle parti meccaniche, le fratture da fatica rappresentano una percentuale elevata, compresa tra 50% e 80%.
Alberi, ingranaggi, bielle dei motori a combustione interna e altri sono sottoposti a carichi alternati e la maggior parte delle loro rotture è dovuta alla fatica.
Le caratteristiche macroscopiche delle superfici di frattura da fatica possono essere chiaramente suddivise in tre regioni: l'area di origine della fatica, l'area di propagazione della cricca da fatica e l'area di frattura istantanea. L'area di origine della fatica è il punto in cui si forma inizialmente la cricca da fatica, che di solito si verifica sulla superficie del pezzo.
Tuttavia, se la superficie del materiale è indurita o ci sono difetti interni, la fatica può verificarsi anche appena sotto la superficie o all'interno del pezzo. L'area di origine della fatica è spesso una piccola regione con una superficie liscia e pulita in cui non sono evidenti segni di spiaggiamento.
La caratteristica più evidente dell'area di propagazione della cricca da fatica è rappresentata dalle striature macroscopiche da fatica e dalle linee microscopiche da fatica. Le striature di fatica formano all'incirca cerchi o archi concentrici intorno all'origine della fatica, espandendosi verso l'esterno come increspature nell'acqua, perpendicolarmente alla direzione di propagazione della cricca.
L'area di frattura istantanea è la regione di frattura rapida che si verifica quando la cricca di fatica si espande fino a raggiungere una dimensione critica. La sua caratteristica macroscopica è simile alla regione di frattura rapida e alle labbra di taglio nel carico statico. frattura da trazione.
Le figure 1-4 mostrano l'aspetto macroscopico di vari tipi di superfici di frattura. Attraverso lo studio delle superfici di frattura delle parti rotte, è possibile dedurre la natura e il tipo di frattura e individuare la causa del danno, in modo da adottare misure preventive.
2) Analisi dei guasti da frattura e relative contromisure
①Analisi dei guasti da frattura - Le fasi sono le seguenti:
a. Indagine sul campo
Dopo una frattura, è importante indagare tempestivamente e registrare le circostanze prima e dopo la frattura, anche scattando foto o video se necessario. I frammenti della parte rotta devono essere conservati con cura per evitare ossidazione, corrosione e contaminazione.
Non devono essere spostati o puliti finché non sono state identificate e fotografate le caratteristiche della frattura. Anche le condizioni di lavoro, la situazione operativa e l'ambiente circostante in quel momento devono essere accuratamente studiati e registrati.
b. Analisi del componente di guasto primario
La rottura di un componente chiave può spesso portare alla rottura di altri componenti associati. In questi casi, è fondamentale stabilire un chiaro ordine degli eventi e identificare con precisione il componente primario della frattura, poiché l'assenza di tale identificazione potrebbe fuorviare i risultati dell'analisi.
Il componente del cedimento primario può essere frantumato e i suoi frammenti devono essere raccolti e riassemblati per identificare la prima cricca, che è la cricca principale.
Iniziare con un'analisi macroscopica della frattura, osservando e analizzando la frattura a occhio nudo o con una lente di ingrandimento a bassa potenza (20x o meno). Prima dell'analisi, pulire le macchie d'olio dalla parte danneggiata.
La ruggine sulla frattura può essere rimossa chimicamente o elettrochimicamente per eliminare lo strato di ossido. Osservare attentamente la morfologia della frattura, la posizione della cricca e la relazione tra la frattura e la direzione di deformazione per determinare la relazione tra la cricca e le forze coinvolte e la posizione dell'origine della cricca.
Identificare la causa e la natura della frattura per fornire una base per l'analisi microscopica.
Quindi, condurre un'analisi microscopica della frattura utilizzando un microscopio metallografico o un microscopio elettronico per analizzare ulteriormente la relazione tra la morfologia della frattura e la microstruttura; i cambiamenti nelle regioni microscopiche durante il processo di frattura; la natura, la forma e la distribuzione della struttura metallografica della frattura e delle inclusioni; insieme alla microdurezza e all'origine della cricca.
d. Ispezione
Eseguire un'ispezione della struttura metallografica, della composizione chimica e delle proprietà meccaniche per verificare la presenza di difetti macroscopici o microscopici nel materiale, la distribuzione e lo sviluppo di cricche e la normalità della struttura metallografica. Verificare se la composizione chimica del metallo soddisfa i requisiti e se le sue proprietà meccaniche regolari sono soddisfacenti.
e. Determinare la causa del guasto
Per determinare la causa del cedimento di un pezzo, occorre considerare fattori quali il materiale del pezzo, il processo di fabbricazione, le condizioni di carico, la qualità dell'assemblaggio, gli anni di utilizzo, il mezzo e la temperatura dell'ambiente di lavoro e le condizioni di utilizzo di pezzi simili. Combinando questi fattori con le caratteristiche macroscopiche e microscopiche della frattura, è possibile formulare un giudizio accurato e identificare le cause primarie e secondarie del cedimento della frattura.
②Determinare le contromisure
Dopo aver identificato la causa del cedimento della frattura, considerare le contromisure dalle seguenti prospettive:
a. Progettazione
Durante la progettazione strutturale dei componenti, cercare di ridurre al minimo la concentrazione delle sollecitazioni e scegliere i materiali in modo ragionevole in base al mezzo ambientale, alla temperatura e alla natura del carico.
b. Processo
I trattamenti di rinforzo della superficie possono aumentare significativamente la durata a fatica dei pezzi e i rivestimenti superficiali appropriati possono prevenire le fratture fragili causate dalle impurità. Durante il trattamento termico di alcuni materiali, l'introduzione di un gas protettivo nel forno può migliorare notevolmente le loro proprietà.
c. Installazione e utilizzo
In primo luogo, è necessario garantire una corretta installazione per evitare ulteriori sollecitazioni e vibrazioni e impedire che le parti importanti subiscano urti o graffi. In secondo luogo, prestare attenzione all'uso corretto, proteggere l'ambiente operativo dell'apparecchiatura, prevenire la corrosione da mezzi corrosivi, evitare eccessive differenze di temperatura nelle diverse parti dell'articolo. Ad esempio, durante la produzione invernale, alcune apparecchiature devono funzionare a bassa velocità e solo dopo che tutte le parti sono state preriscaldate possono funzionare sotto carico.
1) Concetto di base della deformazione dei componenti
Durante il funzionamento di un'apparecchiatura meccanica, la deformazione si riferisce a cambiamenti nelle dimensioni o nella forma di un componente a causa di forze applicate. L'eccessiva deformazione è un tipo chiave di guasto meccanico e un chiaro segno di frattura duttile.
Alcuni componenti meccanici, a causa della loro deformazione, possono causare carichi aggiuntivi sulle parti assemblate, accelerare l'usura, influenzare le interrelazioni tra i vari componenti o addirittura portare a esiti catastrofici come le fratture.
Ad esempio, deformazioni come la flessione di vari alberi di trasmissione, la deflessione o la torsione della trave principale di un carroponte, la deformazione torsionale della trave principale di un'autovettura o la deformazione di componenti di base come i blocchi dei cilindri o i carter delle scatole del cambio possono compromettere l'accuratezza della posizione. Se l'entità della deformazione supera i limiti consentiti, il componente perderà la sua funzione.
2) Tipi di deformazione delle parti
① Deformazione elastica dei metalli
La deformazione elastica si riferisce alla porzione di deformazione di un metallo che può essere recuperata completamente dopo la rimozione delle forze esterne.
Il meccanismo della deformazione elastica consiste nel fatto che gli atomi del cristallo si discostano dalla loro posizione di equilibrio originale sotto l'azione di forze esterne, causando cambiamenti nella distanza tra gli atomi e portando così all'allungamento o alla torsione del reticolo cristallino.
Pertanto, la quantità di deformazione elastica è molto piccola, generalmente non superiore a 0,10% - 1,0% della lunghezza originale del materiale. Inoltre, i metalli rispettano la legge di Hooke nell'ambito della deformazione elastica, ossia la sollecitazione è direttamente proporzionale alla deformazione.
Molti materiali metallici subiscono una deformazione elastica ritardata sotto sollecitazioni inferiori al limite elastico. Sotto una certa entità di sollecitazione, il provino produrrà una certa deformazione di equilibrio.
Tuttavia, questa deformazione di equilibrio non si verifica immediatamente sotto sforzo, ma richiede un periodo sufficientemente lungo di sollecitazione per svilupparsi completamente. Dopo la rimozione della sollecitazione, la deformazione di equilibrio non scompare istantaneamente, ma richiede un periodo di tempo sufficiente per scomparire completamente.
Il fenomeno per cui la deformazione di equilibrio è in ritardo rispetto alla sollecitazione quando il materiale subisce una deformazione elastica è noto come fenomeno di ritardo elastico, detto anche effetto postumo elastico.
Parti come gli alberi a gomito sottoposti a raddrizzamento a freddo si piegano di nuovo dopo un certo periodo di tempo, un fenomeno causato dall'effetto elastico. Il modo per eliminare l'effetto elastico è quello di ricotturaLa temperatura di ricottura delle parti in acciaio standard è compresa tra 300 e 450°C.
Se una parte metallica subisce una deformazione elastica eccessiva, al di là di quanto previsto dal progetto, durante il suo utilizzo, ciò influisce sul normale funzionamento della parte. Ad esempio, durante il funzionamento di un albero di trasmissione, un'eccessiva deformazione elastica può portare al deterioramento dell'ingranaggio sull'albero, compromettendo la vita utile dell'ingranaggio e del cuscinetto a rulli che lo sostiene.
Un'eccessiva deformazione elastica della guida o del mandrino di una macchina utensile provoca una diminuzione della precisione di lavorazione o addirittura il mancato rispetto dei requisiti di precisione di lavorazione. Pertanto, è fondamentale evitare un'eccessiva deformazione elastica nel funzionamento delle apparecchiature meccaniche.
② Deformazione plastica dei metalli
La deformazione plastica si riferisce alla deformazione permanente di un metallo che non può essere recuperata dopo la rimozione delle forze esterne.
La maggior parte dei metalli in uso è policristallina e la maggior parte è costituita da leghe. L'esistenza dei confini dei grani nei policristalli, le diverse orientazioni di ciascun grano e la presenza di atomi di soluto e di fasi diverse nelle leghe, non solo ostacolano e limitano la deformazione di ciascun grano, ma impediscono anche il movimento delle dislocazioni.
Pertanto, la resistenza alla deformazione dei policristalli è superiore a quella dei cristalli singoli, rendendo la deformazione più complessa. Da ciò si evince che quanto più fine è il grano, tanto più numerosi sono i confini dei grani per unità di volume, e quindi la resistenza alla deformazione plastica è maggiore, il che significa una maggiore resistenza.
La deformazione plastica dei materiali metallici provoca cambiamenti nella loro struttura organizzativa e nelle loro proprietà. Una grande deformazione plastica distrugge l'isotropia dei policristalli, mostrando anisotropia; inoltre, provoca l'indurimento da lavoro nei metalli.
Allo stesso tempo, a causa delle differenze di orientamento dei grani e dell'effetto di blocco dei confini dei grani, la deformazione di ciascun grano e all'interno di ciascun grano durante la deformazione plastica dei policristalli non è uniforme.
Pertanto, dopo la rimozione della forza esterna, il recupero elastico di ciascun grano è diverso, il che porta alla generazione di tensioni interne o sollecitazione residua nel metallo. Inoltre, la deformazione plastica aumenta la reattività degli atomi, causando una diminuzione della resistenza alla corrosione del metallo.
La deformazione plastica porta a cambiamenti nelle dimensioni e nelle forme di varie parti dei componenti meccanici, con una serie di conseguenze negative. Ad esempio, la piegatura plastica di un mandrino di una macchina utensile non garantisce l'accuratezza della lavorazione, con conseguente aumento del tasso di scarto, e può persino rendere il mandrino inutilizzabile.
Sebbene la deformazione plastica locale di un pezzo non causi un guasto così evidente come la deformazione plastica complessiva, è comunque una causa importante di guasto del pezzo. Le connessioni a chiavetta, le connessioni scanalate, i fermi e i perni, a causa dell'effetto della pressione statica, di solito causano una deformazione plastica locale sulla superficie di contatto di una o entrambe le parti accoppiate.
L'aumento della deformazione da estrusione, soprattutto per i pezzi che possono muoversi in senso inverso, può portare a impatti, intensificando il processo di rottura del rapporto di accoppiamento originale, che a sua volta porta al cedimento meccanico del pezzo.
3) Motivi della deformazione dei pezzi
Le principali cause di deformazione dei pezzi sono le seguenti:
1) Stress lavorativo
Quando la sollecitazione di lavoro, causata da carichi esterni, supera il limite di snervamento del materiale del pezzo, si verifica una deformazione permanente del pezzo.
2) Temperatura di lavoro
Con l'aumentare della temperatura, le vibrazioni termiche atomiche nel materiale metallico intensificano, la resistenza critica al taglio diminuisce e la deformazione da scorrimento si verifica più facilmente, riducendo il limite di snervamento del materiale. Inoltre, se il pezzo è riscaldato in modo non uniforme con differenze di temperatura significative, le grandi sollecitazioni termiche possono causare deformazioni.
3) Residuo Stress interno
I pezzi subiscono tensioni interne residue durante i processi di produzione e lavorazione, con un impatto sulla loro resistenza statica e stabilità dimensionale. Questo non solo abbassa il limite elastico del pezzo, ma porta anche a una deformazione plastica che riduce le sollecitazioni interne.
4) Difetti materiali interni
Impurità interne, punti duri e una distribuzione non uniforme delle sollecitazioni nel materiale possono causare la deformazione del pezzo durante l'uso. Vale la pena notare che la deformazione del pezzo non si verifica necessariamente in una sola volta sotto l'influenza di un singolo fattore. Piuttosto, di solito è il risultato cumulativo di diversi fattori che agiscono insieme.
Pertanto, per prevenire la deformazione del pezzo, è necessario adottare misure di progettazione, processo di produzione, utilizzo, manutenzione e riparazione per evitare ed eliminare i suddetti fattori, mantenendo così la deformazione del pezzo entro limiti accettabili.
Durante l'uso, la deformazione dei pezzi è inevitabile. Pertanto, durante le revisioni di grandi impianti, non è sufficiente controllare solo l'usura delle superfici di accoppiamento. Anche la precisione di posizionamento deve essere attentamente ispezionata e riparata, soprattutto per i macchinari che subiscono la prima revisione importante.
È necessario prestare attenzione all'ispezione e alla riparazione delle deformazioni, perché la deformazione dei componenti sotto l'influenza delle sollecitazioni interne si completa solitamente entro 12-20 mesi.
4) Strategie per prevenire e ridurre la deformazione delle parti meccaniche
Nella produzione reale, la deformazione delle parti meccaniche è inevitabile. Le cause della deformazione sono molteplici, pertanto le misure per mitigare la deformazione devono considerare aspetti quali la progettazione, la lavorazione, la riparazione e l'utilizzo.
i) Progettazione
In fase di progettazione, non si deve considerare solo la resistenza dei componenti, ma anche la loro rigidità e le questioni legate alla produzione, all'assemblaggio, all'uso, allo smontaggio e alla riparazione.
a. Scegliere il materiale appropriato, tenendo conto delle sue prestazioni di processo, quali la fluidità e il ritiro della colata; la falsificabilità e la proprietà di testa a freddo della forgiatura; la tendenza alla cricca a freddo e alla cricca a caldo della saldatura; la lavorabilità della lavorazione; la temprabilità e la fragilità del trattamento termico, ecc.
b. Selezionare la struttura appropriata, disporre i componenti in modo logico e migliorare le condizioni di sollecitazione dei pezzi. Ad esempio, evitare angoli e spigoli vivi, sostituendoli con angoli arrotondati, smussi, praticare fori di lavorazione o ispessire i pezzi in aree con differenze di spessore significative; organizzare bene la posizione dei fori, sostituire i fori ciechi con fori passanti; per i pezzi di forma complessa, considerare l'uso di una struttura combinata, intarsiata, ecc.
c. Nella progettazione si deve prestare attenzione anche all'applicazione di nuove tecnologie, di nuovi processi e di nuove tecnologie. nuovi materialiper ridurre le sollecitazioni e le deformazioni interne durante la produzione.
ii) Elaborazione
Durante la lavorazione è necessario adottare una serie di misure di processo per prevenire e ridurre le deformazioni.
a. Il trattamento di invecchiamento deve essere applicato alla materia prima per eliminare le tensioni residue.
b. Nel formulare la procedura di lavorazione dei pezzi meccanici, occorre adottare misure per ridurre la deformazione nella disposizione delle operazioni e delle fasi, nonché nelle attrezzature e nelle operazioni di processo. Ad esempio, seguendo il principio della separazione tra lavorazione grossolana e fine, lasciare un tempo di stoccaggio intermedio per facilitare l'eliminazione delle tensioni interne.
c. La conversione dei riferimenti deve essere ridotta al minimo durante la lavorazione e la riparazione di parti meccaniche, cercando di mantenere il riferimento di processo per l'uso di riparazione, riducendo gli errori causati da riferimenti non uniformi durante la lavorazione di riparazione.
Per i pezzi sottoposti a trattamento termico, è necessario prestare attenzione alla riserva di lavorazione, alla regolazione delle dimensioni di lavorazione e alla pre-deformazione.
Dopo aver compreso il modello di deformazione dei pezzi, è possibile aggiungere in anticipo la deformazione inversa, che può essere contrastata dopo il trattamento termico; anche la sollecitazione può essere preaggiunta o la generazione e la modifica della sollecitazione possono essere controllate, in modo che la deformazione finale soddisfi i requisiti e lo scopo di ridurre la deformazione sia raggiunto.
iii) Riparazione
a. Per ridurre al minimo le sollecitazioni e le deformazioni causate dalla riparazione, non è sufficiente controllare lo stato di usura della superficie di accoppiamento durante le riparazioni meccaniche più importanti, ma è necessario ispezionare e riparare con attenzione anche la precisione di posizionamento.
b. Dovrebbero essere stabiliti standard di riparazione ragionevoli e dovrebbero essere utilizzati strumenti speciali, strumenti di ispezione e strumenti semplici, affidabili e facili da usare. strumenti di misura dovrebbero essere progettati. Allo stesso tempo, si dovrebbe enfatizzare la promozione di nuove tecnologie e processi di riparazione.
iv) Utilizzo
a. Rafforzare la gestione delle apparecchiature, applicare rigorosamente le procedure operative di sicurezza, intensificare l'ispezione e la manutenzione delle apparecchiature meccaniche per evitare sovraccarichi e surriscaldamenti localizzati.
b. È anche importante installare correttamente le attrezzature. Le macchine utensili di precisione non devono essere utilizzate per lavorazioni approssimative. Conservare adeguatamente i pezzi di ricambio e gli accessori.
Influenza di vari fattori durante l'uso
Le apparecchiature meccaniche si deteriorano o invecchiano gradualmente a causa di vari fattori durante l'uso, causando malfunzionamenti o addirittura la perdita della funzionalità prevista. I principali fattori esterni sono i seguenti:
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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