Heb je je ooit afgevraagd waarom je trouwe machine het plotseling begeeft? Dit artikel onderzoekt de verborgen oorzaken van mechanische storingen, van ontwerpfouten tot materiaalfouten. Al lezend ontdekt u praktische tips om de levensduur van uw apparatuur te verlengen en een soepelere werking te garanderen.
De oorzaken van storingen in mechanische apparatuur zijn divers; sommige zijn te wijten aan inherente defecten in de apparatuur zelf, terwijl andere te maken hebben met ontwerpproblemen, zoals een onredelijke oorspronkelijke ontwerpstructuur, afmetingen, coördinatie en materiaalselectie. Er zijn ook problemen met de defecten van de materialen van de onderdelen, zoals ongelijke materiaalkwaliteit, overmatige interne restspanning enzovoort.
Fabricageproblemen, zoals technische problemen bij mechanische verwerking, gieten, smeden, warmtebehandeling, assemblage en standaardonderdelen tijdens het fabricageproces, dragen ook bij aan storingen. Verder kunnen assemblageproblemen, zoals een onjuiste selectie en afstelling van onderdelen en een onjuiste installatie, tot problemen leiden. Tot slot kunnen ook problemen bij het inspecteren en testen defecten aan apparatuur veroorzaken.
Een mechanisch onderdeel wordt als defect beschouwd wanneer het zijn gespecificeerde functie verliest. Een onderdeel wordt als defect beschouwd als het in een van de volgende twee toestanden valt: het kan zijn gespecificeerde functie niet voltooien of het kan niet betrouwbaar en veilig in gebruik worden gehouden.
Defecten aan onderdelen zijn de belangrijkste oorzaak van defecten aan mechanische apparatuur. Daarom zijn het bestuderen van de storingspatronen van onderdelen, het identificeren van de oorzaken van hun storingen en het aannemen van verbeteringsmaatregelen van groot belang om het optreden van mechanische storingen te verminderen en de levensduur van machines te verlengen.
De belangrijkste oorzaak van defecten aan mechanische onderdelen is de slijtage van de werkende paringsoppervlakken van de onderdelen, die verantwoordelijk is voor het grootste deel van de schade aan onderdelen. Materiaalcorrosie en veroudering zijn een andere onvermijdelijke vorm van defecten tijdens het werkproces van onderdelen, maar hun aandeel is over het algemeen veel kleiner. Deze twee vormen van falen vatten in essentie de belangrijkste faalwijzen van mechanische onderdelen onder normale gebruiksomstandigheden samen.
Andere vormen van falen, zoals vermoeidheidsfractuur en vervorming van onderdelen komen in de praktijk weliswaar vaak voor en worden beschouwd als de gevaarlijkste vormen van defecten, maar zijn meestal te wijten aan fabricage- en ontwerpfouten of onjuist onderhoud en gebruik van machines.
Defectenanalyse verwijst naar het onderzoek en de studie van de kenmerken en regels van verschijnselen of processen zoals slijtage, breuk, vervorming en corrosie van onderdelen, om de belangrijkste oorzaken van defecten te identificeren en geschikte controlemethoden te gebruiken.
Het doel van storingsanalyse is om een betrouwbare basis te verschaffen voor het formuleren van technische reparatieschema's en om bepaalde storingsfactoren onder controle te houden om het aantal storingen aan apparatuur te verminderen en de levensduur te verlengen.
Daarnaast kan storingsanalyse ook feedback geven voor het ontwerp en de productie van apparatuur en objectief bewijs leveren voor de identificatie van ongevallen met apparatuur.
1) Slijtagepatroon van onderdelen
Het is bekend dat fundamentele eenheden zoals onderdelen en componenten machines zoals auto's en tractoren vormen. Wrijvingsparen die uit vele onderdelen bestaan, zoals lagers, tandwielen en zuiger-cilindersamenstellen, ondervinden een zekere wrijving en slijtage totdat ze uiteindelijk bezwijken onder invloed van externe krachten en omgevingsfactoren zoals hitte en chemicaliën.
Onder alle mechanische storingen vormen slijtagegerelateerde fouten een belangrijk deel. Daarom is het essentieel om de slijtagepatronen van componenten en hun bijpassende paren te begrijpen.
a) Typische slijtagekromme van onderdelen
Slijtage is een soort progressieve fout. De fouten die worden veroorzaakt door slijtage van cilinders verschillen bijvoorbeeld van abrupte fouten zoals een breuk in de ventilatorriem of een defecte condensator, omdat deze laatste plotselinge fouten zijn, terwijl de fouten die worden veroorzaakt door slijtage progressieve fouten zijn.
b) Toelaatbare slijtage en grensslijtage
2) Slijtage door schuren
Abrasieve slijtage, ook wel deeltjesslijtage genoemd, treedt op wanneer er harde deeltjes aanwezig zijn tussen de contactoppervlakken van wrijvingsparen, of wanneer de hardheid van het materiaal van de ene zijde aanzienlijk hoger is dan die van de andere zijde, wat resulteert in een slijtagefenomeen dat lijkt op metaal snijden.
Het is een vorm van mechanische slijtage die gekenmerkt wordt door zichtbare snijsporen op het contactoppervlak. Van alle soorten slijtage is abrasieve slijtage goed voor ongeveer 50%, waardoor het de meest voorkomende en schadelijke vorm van slijtage is.
De slijtagesnelheid en -intensiteit zijn hoog, waardoor de levensduur van mechanische apparatuur aanzienlijk wordt verkort en er veel energie en materiaal wordt verbruikt.
Afhankelijk van de spanning en impact die het wrijvingsoppervlak ondergaat, kan slijtage door schuren verder worden onderverdeeld in drie typen: beitelsnijdende stijl, slijpende stijl met hoge spanning en krassende stijl met lage spanning.
a) Mechanisme van abrasieve slijtage
De mechanische werking van slijpdeeltjes omvat twee processen: het ene is het microsnijproces langs het wrijvingsoppervlak door de slijpdeeltjes; het andere is de wisselende contactspanning op de oppervlaktelaag veroorzaakt door de deeltjes, wat leidt tot constant veranderende dichte indrukken op de oppervlaktelaag en uiteindelijk erosie door oppervlaktemoeheid.
Bronnen van abrasieve deeltjes zijn onder andere extern stof en zand, binnendringende spanen, vloeistoftoevoer, slijtagepuin op het oppervlak, harde punten op het oppervlak van de materiaalstructuur en insluitsels. Een opvallend kenmerk van abrasieve slijtage is dat het slijtageoppervlak kleine groeven heeft parallel aan de richting van de relatieve beweging, met spiraalvormige, cirkelvormige of gebogen kleine spanen en wat poeder.
b) Maatregelen om slijtage te verminderen
Slijtage door schuren wordt veroorzaakt door de mechanische werking van schurende deeltjes op het oppervlak van het wrijvingspaar. Daarom kunnen strategieën om abrasieve slijtage te verminderen of te elimineren vanuit de volgende twee aspecten worden benaderd.
i) Verminder het binnendringen van schuurmiddelen
Voorkom dat externe schuurmiddelen in wrijvingsparen in mechanische apparatuur terechtkomen en ruim de spanen die tijdens het inloopproces ontstaan onmiddellijk op.
Specifieke maatregelen zijn onder andere het installeren van luchtfilters en brandstof-/oliefilters, het toevoegen van stofdichte afdichtingen, het installeren van magnetiet, spanenopvangruimten en olievervuilingsindicatoren in het smeersysteem en het regelmatig reinigen en vervangen van lucht-, brandstof- en oliefilters.
ii) De slijtvastheid van de componentenoppervlakken verbeteren
Ten eerste kunnen materialen met een goede slijtvastheid worden geselecteerd.
Ten tweede, voor onderdelen die slijtvast moeten zijn en aan schokbelastingen onderhevig zijn, zijn warmtebehandeling en oppervlaktebehandeling kan gebruikt worden om de eigenschappen van het oppervlak van het componentmateriaal te verbeteren, de hardheid van het oppervlak te verhogen en ernaar te streven de hardheid van het schuurmiddel te overtreffen.
Ten derde kunnen voor onderdelen met minder strenge precisie-eisen slijtvaste legeringen op het werkoppervlak worden gelast om de slijtvastheid te verbeteren.
3) Slijtage van de lijm
Kleefslijtage verwijst naar het type slijtage dat wordt veroorzaakt door de overdracht van materiaal van het ene wrijvingsoppervlak naar het andere tijdens relatieve beweging. Afhankelijk van de mate van beschadiging van het oppervlak van het wrijvingspaar, kan adhesieve slijtage worden gecategoriseerd in vijf typen: lichte slijtage, uitsmeren, schuren, scheuren en vastlopen.
Mechanisme van lijmslijtage
Wanneer het wrijvingspaar onder zware belasting werkt, kan de warmte die gegenereerd wordt door slechte smering, hoge relatieve bewegingssnelheid en wrijving niet snel genoeg afgevoerd worden, wat leidt tot extreem hoge oppervlaktetemperaturen.
In ernstige gevallen kan de oppervlaktelaag van het metaal zacht worden of smelten, waardoor de sterkte van het oppervlak afneemt. De onder hoge druk staande oppervlakte-uitsteeksels hechten zich aan elkaar en worden vervolgens afgescheurd tijdens de relatieve beweging. Hierdoor wordt materiaal overgedragen van het zwakkere oppervlak naar het sterkere oppervlak, wat leidt tot catastrofale schade aan het frictiepaar, zoals vastlopen of krassen.
Maatregelen om lijmslijtage te verminderen
a. Controleer de oppervlaktegesteldheid van het wrijvingspaar
Hoe schoner en gladder het wrijvingsoppervlak, hoe groter de kans op adhesieve slijtage, vooral als de oppervlakteruwheid te klein is. Metalen oppervlakken hebben vaak geadsorbeerde films die kunnen worden verstoord door plastische vervorming of temperatuurstijgingen van 100-200℃, die beide kunnen leiden tot adhesieve slijtage.
Om adhesieve slijtage te verminderen, moet een geschikt smeermiddel worden gekozen op basis van belasting, temperatuur, snelheid en andere werkomstandigheden.
Er kunnen ook additieven aan het smeermiddel worden toegevoegd om de noodzakelijke smeringsomstandigheden te creëren. De zuurstof in de atmosfeer kan een beschermende oxidelaag vormen op het metaaloppervlak, wat direct metaalcontact en adhesie voorkomt en wrijving en slijtage vermindert.
b. De Materiaalsamenstelling en microstructuur van het wrijvingspaaroppervlak
Adhesieve slijtage is het meest waarschijnlijk tussen twee metalen materialen met gelijkaardige materiaalsamenstellingen en microstructuren door hun sterke neiging om vaste oplossingen of intermetallische verbindingen te vormen.
Daarom moeten de materialen van het wrijvingspaar materialen zijn met de minste neiging om vaste oplossingen te vormen, wat betekent dat ze verschillende materiaalsamenstellingen en kristalstructuren moeten hebben.
Het bedekken van één oppervlak van het wrijvingspaar met metalen zoals lood, tin, zilver of koper, of zachte legeringen, kan de weerstand tegen adhesieve slijtage verhogen. Het gebruik van materialen zoals Babbitt metaal of aluminiumbrons als oppervlaktemateriaal van lagervoeringen kan hun weerstand tegen adhesieve slijtage verbeteren. Paren van staal en gietijzer presteren ook goed tegen adhesieve slijtage.
c. De warmteoverdracht verbeteren
Door materialen met een goede thermische geleidbaarheid te kiezen en het wrijvingspaar te koelen of de juiste maatregelen voor warmteafvoer te nemen, kan de temperatuur tijdens de relatieve beweging van het wrijvingspaar worden verlaagd, waardoor de sterkte van het oppervlak van het wrijvingspaar behouden blijft.
4) Slijtage door vermoeidheid
Vermoeiingsslijtage verwijst naar het fenomeen waarbij microscopisch kleine deeltjes van een materiaal afvallen door vermoeiingsscheurtjes die gevormd worden onder cyclische contactspanning op gelokaliseerde delen van het oppervlak van het wrijvingspaar. Afhankelijk van het contact en de relatieve beweging tussen de wrijvingsparen, kan vermoeiingsslijtage worden onderverdeeld in rollende contactvermoeiingsslijtage en glijdende contactvermoeiingsslijtage.
Mechanisme van vermoeiingsslijtage
Het proces van vermoeidheidsslijtage is het destructieve proces van scheurvorming en -uitbreiding en de vorming en afwerpen van microscopische deeltjes. Schurende slijtage en adhesieve slijtage zijn gerelateerd aan direct contact met het oppervlak van het wrijvingspaar. Als een smeermiddel de twee wrijvingsoppervlakken scheidt, werken deze twee slijtagemechanismen niet.
Voor vermoeiingsslijtage geldt dat zelfs als er een smeermiddel tussen de wrijvingsoppervlakken zit en ze elkaar niet direct raken, het toch kan optreden door de spanning die via de smeeroliefilm wordt doorgegeven.
In tegenstelling tot abrasieve slijtage en adhesieve slijtage treedt vermoeiingsslijtage niet onmiddellijk op, maar na een bepaald aantal spanningscycli vallen microscopisch kleine deeltjes af, waardoor het wrijvingspaar zijn werkingsvermogen verliest. De mechanismen van vermoeiingsslijtage kunnen worden onderverdeeld in de volgende twee gevallen op basis van de plaats van scheurvorming.
a. Slijtage door rolcontactmoeheid
De aanwezigheid van putjes met stekels of pokdalige markeringen van verschillende diepte (minder dan 0,1-0,2 mm diep) of het afwerpen van deeltjes met een groter oppervlak op het oppervlak van relatieve rolwrijvingsparen, zoals rollagers en transmissietandwielen, wordt veroorzaakt door slijtage door rolcontactmoeheid, ook wel bekend als pitting of slijtage door afsplintering.
b. Slijtage door schuivend contact
Voor twee glijdende contactobjecten is de schuifspanning maximaal op een diepte van 0,786b onder het oppervlak (b is de halve breedte van het vlakke contactoppervlak), waar de plastische vervorming het hevigst is. Herhaalde vervorming onder cyclische belastingen zal de lokale sterkte aan het materiaaloppervlak verzwakken en hier zullen de eerste scheuren ontstaan.
De gecombineerde actie van schuifspanning veroorzaakt door schuifwrijving en normale belasting verschuift de maximale schuifspanning van 0,786b naar een dieper oppervlak, wat resulteert in slijtage door schuifmoeheid. De diepte van de afgebladderde laag is meestal 0,2-0,4 mm.
Strategieën om vermoeidheidsslijtage te verminderen of te elimineren
De strategieën om vermoeiingsslijtage te verminderen of te elimineren omvatten het beheersen van de factoren die scheurvorming en -uitbreiding beïnvloeden, voornamelijk in de volgende twee aspecten.
a. Juiste selectie van materiaal en warmtebehandeling
De aanwezigheid van niet-metalen insluitsels in staal kan gemakkelijk spanningsconcentratie veroorzaken en de randen van deze insluitsels zullen waarschijnlijk scheuren vormen, waardoor de levensduur van het materiaal bij contactmoeheid afneemt. De microstructuur van het materiaal en interne defecten hebben ook een grote invloed op de slijtage.
Over het algemeen verbeteren kleine, uniforme korrels en sferisch verdeelde carbiden de vermoeiingslevensduur van het walscontact. Wanneer het koolstofgehalte in martensiet is ongeveer 0,4%-0,5% onder dezelfde omstandigheden van onopgeloste carbiden, de sterkte en taaiheid van het materiaal zijn goed uitgebalanceerd en de levensduur tot contactmoeheid is hoog.
Voor onopgelost carbiden, kan een geschikte warmtebehandeling om ze minder, fijner en gelijkmatig verdeeld te maken helpen om vermoeidheidsscheuren te elimineren. Hardheidsverhogingen binnen een bepaald bereik verhogen ook de weerstand tegen contactmoeheid.
Bijvoorbeeld, draagstaal De oppervlaktehardheid is maximaal bij slijtage rond 62HRC. Voor tandwieltanden is een hardheidsbereik van 58-62HRC optimaal.
Bovendien is het ook belangrijk dat de hardheid van twee contactrollen overeenkomt. In wentellagers is het bijvoorbeeld aangewezen dat het loopvlak en het wentellichaam dezelfde hardheid hebben of dat het wentellichaam ongeveer 10% harder is dan het loopvlak.
b. Juiste selectie van oppervlakteruwheid
De ervaring leert dat een gepaste vermindering van de oppervlakteruwheid een doeltreffende manier is om de slijtage tegen vermoeidheid te verbeteren. Wanneer de oppervlakteruwheid van een wentellager bijvoorbeeld wordt teruggebracht van Ra 0,40 μm tot Ra 0,20 μm, kan de levensduur 2-3 keer worden verlengd; wanneer deze wordt teruggebracht van Ra 0,20 μm tot Ra 0,10 μm, kan de levensduur worden verdubbeld.
Een verlaging tot onder Ra 0,05 μm heeft echter weinig invloed op de levensduurverlenging. De vereiste oppervlakteruwheid is gerelateerd aan de contactspanning op het oppervlak. Als de contactspanning hoog is of de oppervlaktehardheid hoog, is meestal een kleinere waarde voor de oppervlakteruwheid vereist.
Daarnaast zijn de toestand van de oppervlaktespanning, de mate van pasnauwkeurigheid en de aard van de smeerolie kunnen allemaal de snelheid van vermoeiingsslijtage beïnvloeden. Overmatige oppervlaktespanning, te kleine of te grote passingafstanden of corrosieve stoffen die door de smeerolie tijdens het gebruik worden geproduceerd, kunnen allemaal de vermoeiingsslijtage verergeren.
5) Corrosieve slijtage
Mechanisme van corrosieve slijtage
Tijdens het wrijvingsproces reageren metalen tegelijkertijd chemisch of elektrochemisch met het omringende medium, waardoor corrosieproducten op het metaaloppervlak worden gevormd en loslaten. Dit fenomeen wordt corrosieve slijtage genoemd.
Het is een slijtagefenomeen dat wordt gevormd door de combinatie van corrosie en mechanische slijtage, waardoor het mechanisme verschilt van dat van abrasieve slijtage, adhesieve slijtage en vermoeidheidsslijtage. Het is een uiterst complex slijtageproces dat vaak optreedt in omgevingen met hoge temperaturen of vochtige omgevingen en waarschijnlijker is onder omstandigheden met speciale media zoals zuren, alkaliën en zouten.
Afhankelijk van het corrosieve medium en de eigenschappen van het materiaal, wordt corrosieve slijtage over het algemeen verdeeld in twee categorieën: oxidatieslijtage en corrosieve slijtage in speciale media.
a. Oxidatieslijtage
Dit type slijtage, oxidatieslijtage genoemd, treedt op wanneer de oxidelaag die op het wrijvingsoppervlak wordt gevormd door de inwerking van zuurstof in de lucht of het smeermiddel, snel wordt verwijderd door mechanische wrijving. De overgrote meerderheid van de metalen die in de industrie worden gebruikt kunnen een oppervlakte oxidelaag vormen wanneer ze geoxideerd worden en de eigenschappen van deze oxidelagen hebben een aanzienlijke invloed op slijtage.
Als er een dichte, intacte oxidelaag die stevig aan het substraat vastzit op het metaaloppervlak wordt gevormd en de laag een goede slijtvastheid heeft, zal de slijtage gering zijn.
Als de slijtvastheid van de film echter slecht is, zal de slijtage ernstig zijn. Bijvoorbeeld, zowel aluminium als roestvast staal vormen gemakkelijk een oxidelaag, maar de slijtvastheid van de oxidelaag op het oppervlak van aluminium is slecht, terwijl die van roestvast staal goed is, daarom heeft roestvast staal een sterkere oxidatieslijtvastheid dan aluminium.
b. Corrosieve slijtage in speciale media
De slijtagevorm waarbij de corrosieproducten die op het wrijvingsoppervlak worden gevormd door de inwerking van elektrolyten zoals zuren en logen in de omgeving, snel worden verwijderd door mechanische wrijving, wordt corrosieve slijtage in speciale media genoemd.
Het mechanisme van deze slijtage is vergelijkbaar met dat van oxidatieslijtage, maar de slijtagesnelheid is veel hoger. De aard van het medium, de omgevingstemperatuur, de sterkte van corrosieproducten, adhesie en andere factoren hebben allemaal een aanzienlijke invloed op de slijtagesnelheid.
Dit type corrosieve slijtage komt zeer waarschijnlijk voor, zoals in pompen voor vloeistoftransport, die bij het transport van corrosieve vloeistoffen, vooral vloeistoffen die vaste deeltjes bevatten, alle onderdelen die in contact komen met de vloeistof zullen blootstellen aan corrosieve slijtage.
Maatregelen om corrosieve slijtage te verminderen
a. Het juiste materiaal kiezen en het oppervlak behandelen tegen oxidatie. Staal dat elementen bevat zoals chroom, nikkel, molybdeen en wolfraam kan worden gekozen om de oxidatieslijtvastheid van het wrijvingsoppervlak te verbeteren.
Als alternatief kunnen versterkende behandelingen zoals peening en rollend persen, of anodische behandeling, kan worden toegepast op het wrijvingsoppervlak om een dichte structuur of oxidelaag op het metaaloppervlak te vormen, waardoor de weerstand tegen oxidatieslijtage wordt verbeterd.
b. Voor corrosieve slijtage onder invloed van specifieke media kan de slijtagesnelheid worden verminderd door de vormingsomstandigheden van het corrosieve medium te regelen, geschikte slijtvaste materialen te kiezen en de werking van het corrosieve medium te veranderen.
6) Slijtage van de fretten
Frettslijtage, dat optreedt wanneer twee vaste contactoppervlakken kleine amplitudetrillingen ondervinden, treedt vooral op bij relatief stationaire interfaces van onderdelen, zoals spieverbindingen, interferentie- of overgangsvlakken of oppervlakken die met bouten of klinknagels met elkaar verbonden zijn op het machinelichaam. Daarom wordt het vaak over het hoofd gezien.
Het belangrijkste risico van slijtage door fretten is een afname van de pasprecisie, samen met een afname van de interferentie van op elkaar passende onderdelen en zelfs losraken. Dit kan leiden tot losraken of losraken van verbindingen en in ernstige gevallen tot ongelukken. Frettslijtage kan ook spanningsconcentratie veroorzaken, wat kan leiden tot vermoeidheidsfractuur van de connectors.
i) Mechanisme van slijtage door fretten
Frettslijtage is een samengesteld type slijtage dat abrasieve slijtage, adhesieve slijtage en oxidatieve slijtage omvat. Het concentreert zich meestal in een lokaal gebied waar microscopische uitsteeksels op het contactoppervlak door contactspanning plastisch vervormen en metaalhechting veroorzaken.
De kleefpunten worden afgeschoven onder het repetitieve effect van trillingen met een kleine amplitude en de afgeschaafde oppervlakken oxideren. Omdat de contactoppervlakken nooit het contact verliezen, worden slijtagedeeltjes niet gemakkelijk verwijderd. Deze deeltjes werken als schuurmiddel op het contactoppervlak als gevolg van trillingen, waardoor slijtage door fretten een combinatie is van adhesieve, oxidatieve en abrasieve slijtage.
ii) Maatregelen om slijtage door fretten te verminderen of te elimineren
De praktijk wijst uit dat materiaaleigenschappenbelasting, amplitudegrootte en temperatuur zijn de primaire factoren die slijtage door fretten beïnvloeden. Daarom zijn de belangrijkste strategieën om slijtage door fretten te verminderen of te elimineren de volgende:
a) De materiaaleigenschappen verbeteren
Het kiezen van de juiste materiaalcombinaties en het verhogen van de hardheid kan slijtage door fretten verminderen. In het algemeen zijn materialen met goede antikleefeigenschappen ook bestand tegen slijtage door fretten, terwijl paren zoals aluminium op gietijzer, aluminium op roestvast staal en gereedschapsstaal op roestvast staal, die slechte antikleefeigenschappen hebben, gevoeliger zijn voor slijtage door fretten.
Het verhogen van de oppervlaktehardheid van koolstofstaal van 180HV naar 700HV kan slijtage door fretten met 50% verminderen. Oppervlaktebehandelingen met zwavelen of fosfateren en coatings van polytetrafluorethyleen (PTFE) zijn ook effectieve maatregelen om slijtage door fretten te verminderen.
b) Belasting controleren en voorspanning verhogen
Onder bepaalde omstandigheden neemt de slijtage toe met de belasting, maar de mate van slijtage neemt voortdurend af. Na het overschrijden van een bepaalde kritische belasting neemt de slijtage af. Na het overschrijden van een bepaalde kritische belasting neemt de slijtage af. Het beheersen van de voorspanning of interferentie van interferentiepassen kan de slijtage door fretten dus effectief vertragen.
c) Controleamplitude
Experimenten hebben aangetoond dat wanneer de amplitude klein is, de slijtagesnelheid ook klein is. Wanneer de amplitude echter tussen 50-150 µm ligt, neemt de slijtagesnelheid aanzienlijk toe. Daarom moet de amplitude effectief worden geregeld binnen 30 μm.
d) Temperatuur goed regelen
Voor koolstofstaal met een laag koolstofgehalte boven 0℃ neemt de slijtage geleidelijk af als de temperatuur stijgt. Een plotselinge afname in slijtage treedt op bij 150-200℃, maar als de temperatuur blijft stijgen, neemt de slijtage toe. Als de temperatuur stijgt van 135℃ tot 400℃, kan de slijtage tot 15 keer toenemen. Voor staal met een gemiddeld koolstofgehalte treedt een omslagpunt in frettslijtage op bij 130℃ onder constante omstandigheden. Boven deze temperatuur neemt de slijtage aanzienlijk af.
e) Het juiste smeermiddel kiezen
Experimenten tonen aan dat gewone vloeibare smeermiddelen niet effectief zijn in het voorkomen van slijtage door fretten. Smeervet met een hoge viscositeit, een hoog druppelpunt en een sterke afschuifweerstand heeft enig effect bij het voorkomen van slijtage door fretten. Het meest effectief zijn vaste smeermiddelen zoals MoS2.
7) Controle van slijtage
Controlefactoren
De factoren die van invloed zijn op slijtage zijn complex, maar kunnen grofweg in vier categorieën worden ingedeeld: materiaaleigenschappen, bedrijfsomstandigheden, geometrische factoren en werkomgeving.
Niet elk slijtageproces vereist een uitgebreide beschouwing van deze factoren. Voor een bepaalde slijtagetoestand kunnen sommige factoren cruciaal zijn en in aanmerking moeten worden genomen, terwijl andere factoren misschien niet belangrijk of zelfs niet relevant zijn.
Algemene overwegingen bij de keuze van slijtdeelmateriaal
Ongeacht de slijtageomstandigheden is de juiste selectie van materialen om slijtage van onderdelen te beheersen en productkwaliteit te garanderen van cruciaal belang. De eerste stap bij het selecteren van het juiste materiaal omvat een gedetailleerd begrip van de bedrijfsomstandigheden en de omgeving van het onderdeel. Op basis hiervan worden de algemene prestatievereisten voor het onderdeel bepaald.
Over het algemeen kunnen deze algemene prestatie-eisen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: niet-tribologische prestatie-eisen en tribologische prestatie-eisen. Niet-tribologische prestatie-eisen kunnen verder onderverdeeld worden in twee soorten: algemene prestatie-eisen en speciale prestatie-eisen.
Neem als voorbeeld een glijlager. Als mechanisch onderdeel moet het een bepaalde sterkte, plasticiteit, bewerkbaarheid en rendabiliteit bezitten, wat algemene vereisten zijn voor mechanische onderdelen.
Als glijlager moet het echter ook de juiste hardheid en een goed warmtegeleidingsvermogen hebben, wat speciale vereisten zijn binnen de niet-tribologische prestatievereisten.
Als wrijvingscomponent zijn de tribologische prestatievereisten natuurlijk het belangrijkst, vandaar hun aparte classificatie. Deze omvatten doorgaans voorwaarden voor oppervlakteschade, wrijvingscoëfficiënt, slijtagesnelheid en bedrijfslimieten.
De voorwaarden of tendensen van oppervlakteschade, in het geval van glijslijtage, zijn voornamelijk afhankelijk van de compatibiliteit tussen de paren. Zoals eerder opgemerkt kunnen twee metalen met een hoge onderlinge oplosbaarheid sterk aan elkaar hechten of aan elkaar lassen, wat krassen of binding veroorzaakt. Dit geldt voor legeringen op ijzer- en nikkelbasis, maar ook voor titaanlegeringen en aluminiumlegeringen.
Materialen met een hoge hardheid, zoals gequenched staal met een hardheid boven 60 HRC, vallen echter niet onder deze beperking, wat betekent dat ze gebruikt kunnen worden onder zelfmatchingomstandigheden.
In sommige situaties moet specifiek rekening worden gehouden met de wrijvingscoëfficiënt, zoals in remsystemen, klemming apparaten en sommige transmissieapparaten. Over het algemeen bepaalt de wrijvingscoëfficiënt de dynamische prestaties van het systeem, de oppervlaktespanning van het materiaal, de oppervlaktetemperatuur en het vermogen dat het systeem nodig heeft.
De slijtagesnelheid heeft een directe invloed op de levensduur van het onderdeel en het belang ervan bij de materiaalselectie is duidelijk. Het is belangrijk om te benadrukken dat de slijtagemechanismen onder verschillende bedrijfsomstandigheden sterk kunnen verschillen.
Om de slijtagesnelheid van verschillende slijtagemechanismen of soorten slijtage te verminderen, zijn de prestatievereisten van het materiaal niet helemaal hetzelfde. Daarom is een cruciaal punt bij het kiezen van slijtdeelmaterialen om eerst het dominante slijtagemechanisme te bepalen.
Corrosieschade aan onderdelen verwijst naar het fenomeen van materiaalverlies aan het oppervlak, vernietiging van de oppervlaktekwaliteit en schade aan de inwendige kristalstructuur veroorzaakt door de chemische of elektrochemische reactie tussen metalen materialen en het omringende medium, wat uiteindelijk leidt tot defecte onderdelen.
Corrosieschade aan metalen onderdelen heeft de volgende kenmerken: de schade begint altijd vanuit de oppervlaktelaag van het metaal en gaat vaak gepaard met uitwendige veranderingen zoals putjes, vlekken en breuken. Het beschadigde metaal verandert in verbindingen zoals oxiden of hydroxiden, die corrosieve stoffen vormen die gedeeltelijk aan het metaaloppervlak vastzitten, zoals een ijzeroxidelaag op een verroeste metaallaag. staalplaat.
1) Soorten corrosie Schade
Op basis van het interactiemechanisme tussen metaal en medium kan de corrosieschade van mechanische onderdelen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: chemische corrosie en elektrochemische corrosie.
Chemische corrosie van mechanische onderdelen
Chemische corrosie verwijst naar de corrosie die wordt veroorzaakt door de chemische reactie tussen metaal en medium zonder de opwekking van elektrische stromen, waarbij het medium niet-geleidend is.
De media die chemische corrosie veroorzaken nemen over het algemeen twee vormen aan: gasvormige corrosie, die optreedt in droge lucht, gassen bij hoge temperatuur en andere media; en corrosie in niet-elektrolytische oplossingen, die optreedt in organische vloeistoffen, benzine, smeeroliën en andere media.
Ze ondergaan chemische reacties om een oppervlaktelaag te vormen wanneer ze in contact komen met het metaal, waardoor onderdelen corroderen omdat de laag er voortdurend afvalt en regenereert.
De meeste metalen kunnen spontaan oxideren in lucht bij kamertemperatuur. Als er zich echter eenmaal een oxidelaag vormt op het oppervlak, wordt deze een beschermende laag als hij de stofoverdracht tussen het metaal en het medium effectief kan isoleren. Als de oxidelaag de oxidatiereactie niet effectief kan voorkomen, zal het metaal blijven oxideren en corrosieschade oplopen.
Elektrochemische corrosie van metalen onderdelen
Elektrochemische corrosie treedt op wanneer metalen in contact komen met elektrolytische stoffen. De meeste metaalcorrosie valt onder elektrochemische corrosie. Het kenmerk van elektrochemische corrosie van metalen is dat het medium dat corrosie veroorzaakt een geleidende elektrolyt is, waarbij elektrische stromen worden opgewekt tijdens het corrosieproces. Elektrochemische corrosie komt vaker voor en is veel krachtiger dan chemische corrosie.
2) Strategieën om corrosieschade aan mechanische onderdelen te beperken of te elimineren
Juiste materiaalselectie
Kies geschikte corrosiebestendige materialen afhankelijk van de omgevingsomstandigheden en het gebruik, zoals gelegeerde staalsoorten die elementen bevatten zoals nikkel, chroom, aluminium, silicium, titanium, enz. Probeer indien mogelijk materialen als nylon, plastic en keramiek te gebruiken.
Rationeel constructief ontwerp
Bij het ontwerpen van onderdeelstructuren moet gestreefd worden naar uniforme condities over het hele gebied, met een rationeel ontwerp, vereenvoudigde vorm en gepaste oppervlakteruwheid. Contact tussen metalen met aanzienlijke potentiaalverschillen moet worden vermeden, net als structurele spanningsconcentratie, thermische spanning, stagnatie en ophoping van vloeistoffen, plaatselijke oververhitting en soortgelijke fenomenen.
Beschermende coating aanbrengen
Bedek het metalen oppervlak met een corrosiebestendige metalen beschermlaag, zoals gegalvaniseerde, verchroomde of met molybdeen beklede lagen, om het metaal te isoleren van het medium en corrosie te voorkomen. Niet-metaal beschermlagen en chemische beschermlagen, zoals verf op oliebasis, polyvinylchloride, glasvezel, enz. kunnen ook worden aangebracht.
Als alternatief kan een dunne laag verbinding op het metaaloppervlak worden aangebracht met behulp van chemische of elektrochemische methoden, zoals fosfateren, blauwen, passiveren, oxideren, enz.
Elektrochemische bescherming
Elektrochemische corrosie wordt veroorzaakt door de vorming van een anode- en kathodegebied in een metalen elektrolytoplossing, waardoor een bepaald potentiaalverschil ontstaat en een chemische batterij wordt gevormd. Elektrochemische bescherming houdt in dat de te beschermen mechanische onderdelen gepolariseerd worden met een gelijkstroom om dit potentiaalverschil op te heffen.
Wanneer een bepaald potentiaal wordt bereikt, kan de corrosie van het beschermde metaal worden geminimaliseerd of zelfs geëlimineerd. Deze methode vereist dat het medium geleidend en continu is.
Corrosieremmers toevoegen
Het toevoegen van een kleine hoeveelheid corrosieremmers aan het corrosieve medium kan corrosie verminderen. Afhankelijk van hun chemische eigenschappen worden corrosieremmers onderverdeeld in anorganische en organische types.
Anorganische remmers kunnen een beschermende laag vormen op het metaaloppervlak en het isoleren van het medium, zoals kaliumdichromaat, natriumnitraat, natriumsulfiet, enz. Organische verbindingen kunnen adsorberen aan het metaaloppervlak, waardoor het metaal minder snel oplost en reductiereacties worden geremd, waardoor de metaalcorrosie afneemt.
Voorbeelden zijn aminezouten, agar, dierenlijm, alkaloïden, enz. Bij het gebruik van corrosieremmers voor corrosiewering moet speciale aandacht worden besteed aan het type, de concentratie en de effectieve tijd.
⑥ Omgevingsomstandigheden veranderen
Bij deze methode worden corrosieve stoffen uit de omgeving verwijderd, bijvoorbeeld door geforceerde ventilatie, ontvochtiging of verwijdering van schadelijke gassen zoals zwaveldioxide, om corrosieschade te beperken.
1) Soorten breuken
Een breuk verwijst naar het breken van een onderdeel na herhaalde cycli van spanning of energiebelasting als gevolg van bepaalde factoren. Het oppervlak dat gevormd wordt nadat een onderdeel breekt, wordt het breukoppervlak genoemd. Er zijn vele soorten breuken, die nauw samenhangen met de oorzaak van de breuk, waarvan er vijf worden onderscheiden in de techniek.
Overbelastingsfractuur
Dit type breuk treedt op wanneer een externe kracht de grensspanning overschrijdt die de kritische doorsnede van een onderdeel kan verdragen. Het breukvlak lijkt op het breukvlak in een materiaal trekproef. Bij taaie materialen zoals staal is er een merkbare plastische vervorming vóór de breuk en vertoont het breukvlak een halsvorming die de vorm heeft van een kegel, wat bekend staat als taaie breuk.
De oorzaak van de breuk moet worden geanalyseerd vanuit aspecten zoals ontwerp, materiaal, proces, bedrijfsbelasting en omgeving. Bij brosse materialen zoals gietijzer is er weinig tot geen plastische vervorming vóór de breuk en ontwikkelt de breuk zich zeer snel.
Het breukvlak is glad, helder en loodrecht op de normale spanning, wat bekend staat als brosse breuk. Omdat er geen duidelijke voorlopers zijn voor brosse breuk, gebeuren de ongelukken plotseling, waardoor het een zeer gevaarlijke vorm van breukschade is. Momenteel richt het meeste breukonderzoek zich op brosse breuk.
Corrosiebreuk
Dit type breuk treedt op wanneer een onderdeel, onder invloed van corrosieve media, wisselende spanning ondervindt die lager is dan zijn treksterkte, wat leidt tot een breuk na verloop van tijd. Het macroscopische uiterlijk van het breukvlak vertoont brosse kenmerken, zelfs bij taaie materialen.
Scheuren ontstaan vaak aan het oppervlak en hebben meerdere oorzaken. Corrosiekarakteristieken kunnen worden waargenomen op het breukoppervlak.
Brosse breuk bij lage spanning
Er zijn twee soorten: de ene is wanneer onjuiste fabricageprocessen of lage temperaturen in de bedrijfsomgeving het materiaal bros maken, wat leidt tot brosse breuk bij lage spanning.
Bekende voorbeelden zijn brosheid door verharding en brosheid bij lage temperatuur in staal. Het andere type is waterstofgeïnduceerde brosse breuk, die optreedt wanneer een onderdeel breekt onder spanning die lager is dan de vloeigrens van het materiaal onder invloed van waterstof.
De bron van de scheur in waterstofgeïnduceerde brosse breuk ligt net onder het oppervlak en het is geen enkel punt maar een kleine vlek. Het scheurgroeigebied verschijnt als geoxideerde korrelige deeltjes, die scherp contrasteren met het breukgebied, en het breukoppervlak is macroscopisch glad.
Kruipbreuk
Wanneer een metalen onderdeel gedurende lange tijd wordt blootgesteld aan constante temperatuur en spanning, treedt langzaam plastische vervorming op, zelfs bij spanningen lager dan de vloeigrens van het materiaal, wat uiteindelijk leidt tot breuk van het onderdeel.
Er is een aanzienlijke vervorming in de buurt van het kruipbreukoppervlak, samen met veel scheuren, voornamelijk interkristallijne breuken. Het breukvlak heeft een oxidelaag en soms kunnen ook kruipholtes worden waargenomen.
Vermoeiingsbreuk
Een vermoeiingsbreuk is een breukfenomeen dat wordt veroorzaakt na een bepaald aantal cyclische belastingen of wisselende spanningen op het metalen onderdeel. Bij het falen van mechanische onderdelen vormen vermoeiingsbreuken een groot deel, ongeveer 50% tot 80%.
Assen, tandwielen, drijfstangen van verbrandingsmotoren en andere worden blootgesteld aan wisselende belastingen en de meeste breuken zijn vermoeiingsbreuken.
De macroscopische kenmerken van vermoeiingsbreukoppervlakken kunnen duidelijk verdeeld worden in drie gebieden: het gebied waar de vermoeiingsscheur ontstaat, het gebied waar de vermoeiingsscheur zich voortplant en het gebied waar de breuk onmiddellijk optreedt. Het gebied van de oorsprong van de vermoeiingsscheur is de plaats waar de vermoeiingsscheur zich aanvankelijk vormt, gewoonlijk op het oppervlak van het onderdeel.
Als het materiaaloppervlak echter gehard is of er interne defecten zijn, kan het ook net onder het oppervlak of binnenin het onderdeel optreden. Het gebied waar de vermoeiing ontstaat is vaak een klein gebied met een glad en schoon oppervlak waar geen strandsporen zichtbaar zijn.
Het meest opvallende kenmerk van het voortplantingsgebied van de vermoeiingsscheur zijn de macroscopische vermoeiingsstrepen en microscopische vermoeiingslijnen. Vermoeiingsstrepen vormen ruwweg concentrische cirkels of bogen rond de oorsprong van de vermoeiing en breiden zich naar buiten uit zoals rimpelingen in water, loodrecht op de voortplantingsrichting van de scheur.
Het momentane breukgebied is het snelle breukgebied dat optreedt wanneer de vermoeiingsscheur zich uitbreidt tot een kritische grootte. Het macroscopische kenmerk is vergelijkbaar met het snelle breukgebied en de afschuiflippen in de statische belasting trekbreuk.
De macroscopische verschijningsvormen van verschillende soorten breukoppervlakken worden getoond in Figuren 1-4. Door de breukoppervlakken van gebroken onderdelen te bestuderen, kunnen de aard en het type breuk worden afgeleid en kan de oorzaak van de schade worden gevonden, zodat preventieve maatregelen kunnen worden genomen.
2) Analyse van breukfalen en tegenmaatregelen
① Breukanalyse - De stappen zijn als volgt:
a. Veldonderzoek
Na een breuk is het belangrijk om de omstandigheden voor en na de breuk onmiddellijk te onderzoeken en vast te leggen, zo nodig door foto's of video's te maken. De fragmenten van het gebroken onderdeel moeten zorgvuldig bewaard worden om oxidatie, corrosie en vervuiling te voorkomen.
Ze mogen niet verplaatst of gereinigd worden voordat de breukkenmerken geïdentificeerd en gefotografeerd zijn. De werkomstandigheden, de operationele situatie en de omgeving op dat moment moeten ook grondig worden onderzocht en vastgelegd.
b. Analyse van de primaire storingscomponent
Wanneer een belangrijk onderdeel breekt, kan dit vaak leiden tot breuk van andere gerelateerde onderdelen. In dergelijke gevallen is het van cruciaal belang om een duidelijke volgorde van gebeurtenissen vast te stellen en de primaire breukcomponent nauwkeurig te identificeren, omdat de analyseresultaten misleidend kunnen zijn als dit niet gebeurt.
De component met de primaire breuk kan verbrijzeld zijn en de fragmenten ervan moeten verzameld en weer in elkaar gezet worden om de eerste scheur, de hoofdscheur, te identificeren.
c. Breukanalyse
Begin met een macroscopische analyse van de breuk, waarbij de breuk met het blote oog of met een vergrootglas met een klein vermogen van 20x of minder wordt geobserveerd en geanalyseerd. Reinig vóór de analyse eventuele olievlekken van het beschadigde onderdeel.
Roest op de breuk kan chemisch of elektrochemisch worden verwijderd om de oxidelaag te verwijderen. Observeer zorgvuldig de morfologie van de breuk, de locatie van de breuk en de relatie tussen de breuk en de vervormingsrichting om de relatie tussen de breuk en de betrokken krachten en de locatie van de oorsprong van de breuk te bepalen.
Identificeer de oorzaak en aard van de breuk om een basis te leggen voor microscopische analyse.
Voer vervolgens een microscopische analyse van de breuk uit met behulp van een metallografische microscoop of een elektronenmicroscoop om de relatie tussen de breukmorfologie en de microstructuur verder te analyseren; veranderingen in de microscopische gebieden tijdens het breukproces; de aard, vorm en verdeling van de metallografische structuur en insluitsels van de breuk; samen met de microhardheid en de oorsprong van de scheur.
d. Inspectie
Voer een inspectie uit van de metallografische structuur, chemische samenstelling en mechanische eigenschappen om te onderzoeken of er macroscopische of microscopische defecten in het materiaal zijn, of er scheurtjes zijn en of de metallografische structuur normaal is. Controleer of de chemische samenstelling van het metaal voldoet aan de eisen en of de reguliere mechanische eigenschappen bevredigend zijn.
e. De oorzaak van het defect vaststellen
Houd bij het bepalen van de oorzaak van de breuk van een onderdeel rekening met factoren zoals het materiaal van het onderdeel, het fabricageproces, de belastingstoestand, de montagekwaliteit, de gebruiksjaren, het medium en de temperatuur in de werkomgeving en de gebruikstoestand van soortgelijke onderdelen. Combineer deze met de macroscopische en microscopische kenmerken van de breuk om een nauwkeurige beoordeling te maken en de primaire en secundaire oorzaken van de breukbreuk te identificeren.
②Bepaal de tegenmaatregelen
Nadat de oorzaak van het breukfalen is geïdentificeerd, overweeg tegenmaatregelen vanuit de volgende invalshoeken:
a. Ontwerp
Probeer tijdens het ontwerp van de constructie de spanningsconcentratie te minimaliseren en kies materialen op basis van het omgevingsmedium, de temperatuur en de aard van de belasting.
b. Proces
Oppervlakteversterkende behandelingen kunnen de vermoeiingslevensduur van onderdelen aanzienlijk verlengen en geschikte oppervlaktecoatings kunnen brosse breuken veroorzaakt door onzuiverheden voorkomen. Tijdens de warmtebehandeling van bepaalde materialen kan het inbrengen van een beschermend gas in de oven de eigenschappen sterk verbeteren.
c. Installatie en gebruik
Ten eerste moet u zorgen voor een correcte installatie om extra stress en trillingen te voorkomen en te voorkomen dat belangrijke onderdelen worden gestoten of bekrast. Ten tweede: let op het juiste gebruik, bescherm de werkomgeving van de apparatuur, voorkom corrosie door bijtende media en voorkom overmatige temperatuurverschillen in verschillende delen van het product. Sommige apparatuur moet bijvoorbeeld tijdens de winterproductie een tijdje stationair draaien op lage snelheid en pas nadat alle onderdelen zijn voorverwarmd, kan het onder belasting werken.
1) Basisconcept van componentvervorming
Tijdens de werking van mechanische apparatuur verwijst vervorming naar veranderingen in de grootte of vorm van een onderdeel als gevolg van toegepaste krachten. Overmatige vervorming is een belangrijke vorm van mechanisch falen en een duidelijk teken van taaie breuk.
Sommige mechanische onderdelen kunnen door vervorming geassembleerde onderdelen extra belasten, de slijtage versnellen, de onderlinge relaties tussen verschillende onderdelen beïnvloeden of zelfs leiden tot catastrofale gevolgen zoals breuken.
Zo kan vervorming zoals het buigen van verschillende aandrijfassen, doorbuiging of verdraaiing van de hoofdbalk van een brugkraan, torsievervorming van de hoofdbalk van een auto of vervorming van basiscomponenten zoals cilinderblokken of versnellingsbakbehuizingen de positienauwkeurigheid in gevaar brengen. Als de mate van vervorming de toegestane limieten overschrijdt, verliest het onderdeel zijn beoogde functie.
2) Typen deelvervorming
Elastische vervorming van metalen
Elastische vervorming verwijst naar het deel van de vervorming van een metaal dat zich volledig kan herstellen na het verwijderen van externe krachten.
Het mechanisme van elastische vervorming is dat atomen in het kristal onder externe krachten afwijken van hun oorspronkelijke evenwichtspositie, waardoor de afstand tussen atomen verandert en het kristalrooster uitrekt of verdraait.
Daarom is de hoeveelheid elastische vervorming erg klein, over het algemeen niet groter dan 0,10% tot 1,0% van de oorspronkelijke lengte van het materiaal. Bovendien voldoen metalen binnen het bereik van elastische vervorming aan de wet van Hooke, d.w.z. spanning is recht evenredig met rek.
Veel metalen zullen vertraagde elastische vervorming ondergaan bij spanningen onder de elasticiteitsgrens. Onder een bepaalde hoeveelheid spanning zal het proefstuk een bepaalde evenwichtsrek produceren.
Deze evenwichtsrek treedt echter niet onmiddellijk op onder spanning, maar heeft een voldoende lange spanningsperiode nodig om zich volledig te ontwikkelen. Nadat de spanning is opgeheven, verdwijnt de evenwichtsvervorming niet onmiddellijk; er is voldoende tijd voor nodig om volledig te verdwijnen.
Het fenomeen waarbij de evenwichtsrek achterloopt op de spanning wanneer het materiaal elastische vervorming ondergaat, staat bekend als het elasticiteitsvertragingsfenomeen, ook wel het elastische nawerkingseffect genoemd.
Onderdelen zoals krukassen die koud zijn rechtgetrokken, buigen na verloop van tijd weer door, een fenomeen dat wordt veroorzaakt door het elastische na-effect. De manier om het elastische na-effect te elimineren is door langdurig gloeienDe gloeitemperatuur van standaard stalen onderdelen ligt tussen 300 en 450°C.
Als een metalen onderdeel tijdens het gebruik een overmatige elastische vervorming ondergaat die de ontwerptoelating overschrijdt, zal dit de normale werking van het onderdeel beïnvloeden. Tijdens het gebruik van een aandrijfas kan overmatige elastische vervorming bijvoorbeeld leiden tot een verslechtering van de tandwieloverbrenging op de as, wat de levensduur van het tandwiel en het rollager dat het ondersteunt, beïnvloedt.
Overmatige elastische vervorming van een geleider of spindel van een bewerkingsmachine leidt tot een afname van de bewerkingsnauwkeurigheid of voldoet zelfs niet aan de eisen voor bewerkingsnauwkeurigheid. Daarom is het van cruciaal belang om overmatige elastische vervorming tijdens de werking van mechanische apparatuur te voorkomen.
Plastische vervorming van metalen
Plastische vervorming verwijst naar de permanente vervorming van een metaal die niet kan worden hersteld na het verwijderen van externe krachten.
De meeste metalen die nu gebruikt worden zijn polykristallijn en de meeste zijn legeringen. Door het bestaan van korrelgrenzen in polykristallen, de verschillende oriëntaties van elke korrel en de aanwezigheid van opgeloste atomen en verschillende fasen in legeringen, wordt niet alleen de vervorming van elke korrel belemmerd en beperkt, maar wordt ook de beweging van dislocaties ernstig belemmerd.
Daarom is de vervormingsweerstand van polykristallen hoger dan die van enkelvoudige kristallen, waardoor de vervorming complexer wordt. Hieruit kan worden afgeleid dat hoe fijner de korrel, hoe meer korrelgrenzen er zijn per volume-eenheid, waardoor de weerstand tegen plastische vervorming groter is, wat een hogere sterkte betekent.
Plastische vervorming van metaalmaterialen veroorzaakt veranderingen in hun organisatorische structuur en eigenschappen. Grote plastische vervorming zal de isotropie van polykristallen vernietigen en anisotropie vertonen; het zal ook werkharding in metalen veroorzaken.
Tegelijkertijd is de vervorming van elke korrel en binnen elke korrel tijdens plastische vervorming van polykristallen ongelijkmatig door de verschillen in korreloriëntaties en het blokkerende effect van korrelgrenzen.
Daarom is, nadat de externe kracht is verwijderd, het elastische herstel van elke korrel verschillend, wat leidt tot het genereren van interne spanning of restspanning in het metaal. Bovendien verhoogt plastische vervorming de reactiviteit van atomen, waardoor de corrosieweerstand van het metaal afneemt.
Plastische vervorming leidt tot veranderingen in de afmetingen en vormen van verschillende onderdelen van mechanische componenten, wat leidt tot een reeks nadelige gevolgen. Zo zal het plastisch buigen van een spindel van een bewerkingsmachine de bewerkingsnauwkeurigheid niet garanderen, wat leidt tot een toename van het uitvalpercentage en de spindel zelfs onbruikbaar kan maken.
Hoewel plaatselijke plastische vervorming van een onderdeel niet zo duidelijk tot breuk leidt als algehele plastische vervorming, is het ook een belangrijke oorzaak van breuk. Door het effect van statische druk veroorzaken spieverbindingen, splineverbindingen, aanslagen en pennen meestal lokale plastische vervorming op het contactoppervlak van een of beide parallelle onderdelen.
Als de mate van extrusievervorming toeneemt, vooral bij onderdelen die in omgekeerde richting kunnen bewegen, kan dit leiden tot botsingen, waardoor het proces van het verbreken van de oorspronkelijke paringrelatie wordt geïntensiveerd, wat op zijn beurt leidt tot mechanische defecten aan onderdelen.
3) Redenen voor deelvervorming
De belangrijkste oorzaken van onderdeelvervorming zijn de volgende:
1) Werkstress
Wanneer de werkspanning, veroorzaakt door externe belastingen, de vloeigrens van het materiaal van het onderdeel overschrijdt, treedt permanente vervorming van het onderdeel op.
2) Bedrijfstemperatuur
Als de temperatuur toeneemt, worden de atomaire thermische trillingen in de metaalmateriaal intenser wordt, neemt de kritische schuifweerstand af en treedt gemakkelijker slipvervorming op, waardoor de vloeigrens van het materiaal wordt verlaagd. Of, als het onderdeel ongelijkmatig wordt verwarmd met aanzienlijke temperatuurverschillen, kunnen grote thermische spanningen vervorming veroorzaken.
3) Overblijvend Interne stress
Onderdelen ondergaan interne restspanning tijdens zowel het ruwe productieproces als het machinale bewerkingsproces, wat hun statische sterkte en dimensionale stabiliteit beïnvloedt. Dit verlaagt niet alleen de elasticiteitsgrens van het onderdeel, maar leidt ook tot plastische vervorming die de interne spanning verlaagt.
4) Interne materiaaldefecten
Interne onzuiverheden, harde plekken en ongelijkmatige spanningsverdeling in het materiaal kunnen tijdens het gebruik vervorming van onderdelen veroorzaken. Het is vermeldenswaard dat vervorming van onderdelen niet noodzakelijkerwijs in één keer optreedt onder invloed van één enkele factor. Het is meestal het cumulatieve resultaat van verschillende factoren die samen werken.
Om vervorming van onderdelen te voorkomen, moeten daarom maatregelen worden genomen op het gebied van ontwerp, fabricageproces, gebruik, onderhoud en reparatie om bovenstaande factoren te vermijden en te elimineren, zodat de vervorming van onderdelen binnen aanvaardbare grenzen blijft.
Tijdens het gebruik is vervorming van onderdelen onvermijdelijk. Daarom is het tijdens grote revisies van apparatuur niet voldoende om alleen de slijtage van de koppelingsoppervlakken te controleren. De positienauwkeurigheid moet ook zorgvuldig geïnspecteerd en gerepareerd worden, vooral bij machines die voor het eerst een grote revisie ondergaan.
Er moet aandacht worden besteed aan de inspectie en reparatie van vervorming, omdat vervorming van onderdelen onder invloed van inwendige spanning meestal binnen 12 tot 20 maanden voltooid is.
4) Strategieën om vervorming van mechanische onderdelen te voorkomen en te verminderen
Bij daadwerkelijke productie is vervorming van mechanische onderdelen onvermijdelijk. De oorzaken van vervorming zijn veelzijdig, dus maatregelen om vervorming te beperken moeten rekening houden met aspecten zoals ontwerp, verwerking, reparatie en gebruik.
i) Ontwerp
Bij het ontwerpen moet niet alleen rekening worden gehouden met de sterkte van de onderdelen, maar ook met de stijfheid van de onderdelen en met zaken die te maken hebben met productie, assemblage, gebruik, demontage en reparatie.
a. Kies het juiste materiaal, rekening houdend met de procesprestaties, zoals de vloeibaarheid en krimp van het gieten; de vervalsbaarheid en koudladingseigenschap van smeden; de neiging tot koudbarsten en warmbarsten van lassen; de bewerkbaarheid van machinale bewerking; de hardbaarheid en brosheid van warmtebehandeling, enz.
b. Kies de juiste structuur, rangschik de onderdelen logisch en verbeter de spanningsomstandigheden van de onderdelen. Vermijd bijvoorbeeld scherpe hoeken en randen, vervang ze door afgeronde hoeken en afschuiningen, boor procesgaten of maak onderdelen dikker in gebieden met aanzienlijke dikteverschillen; regel de positie van gaten goed, verander blinde gaten in doorgaande gaten; overweeg voor complex gevormde onderdelen het gebruik van een gecombineerde structuur, ingelegde structuur, enz.
c. In het ontwerp moet ook aandacht worden besteed aan de toepassing van nieuwe technologieën, nieuwe processen en nieuwe technologieën. nieuwe materialenom de interne spanning en vervorming tijdens de productie te verminderen.
ii) Verwerking
Tijdens de verwerking moet een reeks procesmaatregelen worden genomen om vervorming te voorkomen en te verminderen.
a. Een verouderingsbehandeling moet worden toegepast op het ruwe materiaal om de restspanning te elimineren.
b. Bij het formuleren van de verwerkingsprocedure voor mechanische onderdelen moeten maatregelen worden genomen om vervorming te beperken, zowel bij de indeling van de bewerkingen en stappen als bij de procesapparatuur en -bewerkingen. Bijvoorbeeld, volgens het principe van het scheiden van grove en fijne bewerking, laat er een opslagtijd tussen om de eliminatie van interne spanning te vergemakkelijken.
c. De omzetting van referenties moet worden geminimaliseerd tijdens de verwerking en reparatie van mechanische onderdelen, probeer de procesreferentie te behouden voor reparatiegebruik, verminder fouten veroorzaakt door niet-uniforme referenties tijdens reparatieverwerking.
Voor onderdelen die een warmtebehandeling hebben ondergaan, is het noodzakelijk om aandacht te besteden aan het reserveren van bewerkingstoeslag, het aanpassen van bewerkingsafmetingen en voorvervorming.
Na inzicht in het vervormingspatroon van de onderdelen kan vooraf omgekeerde vervorming worden toegevoegd, die na de warmtebehandeling kan worden tegengegaan; spanning kan ook vooraf worden toegevoegd of het genereren en veranderen van spanning kan worden geregeld, zodat de uiteindelijke vervorming aan de eisen voldoet en het doel van het verminderen van vervorming wordt bereikt.
iii) Reparatie
a. Om de stress en vervorming tijdens de reparatie te minimaliseren, is het niet voldoende om tijdens grote mechanische reparaties alleen de slijtagetoestand van het bijbehorende oppervlak te controleren, ook de positienauwkeurigheid van elkaar moet zorgvuldig worden geïnspecteerd en gerepareerd.
b. Er moeten redelijke reparatienormen worden vastgesteld en er moeten eenvoudige, betrouwbare en gemakkelijk te gebruiken speciale gereedschappen, inspectiegereedschappen en meetapparaten moeten worden ontworpen. Tegelijkertijd moet de bevordering van nieuwe reparatietechnologieën en -processen worden benadrukt.
iv) Gebruik
a. Versterk het apparatuurbeheer, handhaaf de veiligheidsprocedures strikt, intensiveer de inspectie en het onderhoud van mechanische apparatuur om overbelasting en plaatselijke oververhitting te voorkomen.
b. Het is ook belangrijk om apparatuur correct te installeren. Precisiebewerkingsmachines mogen niet gebruikt worden voor ruwe bewerkingen. Bewaar reserveonderdelen en accessoires op de juiste manier.
Invloed van verschillende factoren tijdens het gebruik
Mechanische apparatuur verslechtert of veroudert geleidelijk als gevolg van verschillende factoren tijdens het gebruik, wat leidt tot storingen of zelfs verlies van de bedoelde functionaliteit. De belangrijkste externe factoren zijn onder andere de volgende:
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO