Разработка процесса восстановления ступенчатого вала (стр. 2 из 5)

Нарастание износа во времени может быть представлено графически. Если отложить по оси абсцисс время работы детали, а по оси ординат - какой-либо показатель износа (уменьшение размера, потеря веса), то получим кривую износа. Известные варианты связей между величинами износа uи временем работы tпоказаны на рис. 1 (величина предельного износа на всех схемах показана штриховой линией). Кривая на рис. 1, а показывает, что с самого начала работы деталь изнашивается с постепенно возрастающей скоростью. Таким образом нарастает износ, например, в клапанных механизмах обезжиривающего оборудования, каландрах, стиральных машинах и окрасочных аппаратах. Небольшой износ деталей клапана вызывает прогрессирующую утечку жидкости или газа в момент перекрытия и соответственно ускоряет процесс изнашивания.

Кривая на рис. 1, б относится к случаям, когда в первое время трущиеся сопряжения не изнашиваются совсем или степень износа не выражается в измеримых изменениях размеров деталей (например, детали, выходящие из строя вследствие усталостных процессов разрушения поверхностного слоя). Такая кривая характерна для подшипников качения, зубчатых колес. Без заметного износа длительное время могут работать слабо нагруженные и хорошо смазанные детали, защищенные от абразивных частиц.

Для режущего инструмента, рабочих органов отрезных и заготовочных машин швейного и обувного производства, раскройного оборудования характерно изменение износа, представленное на рис. \, в. В начале работы износ происходит с большей скоростью, но в дальнейшем замедляется.

Кривая на рис. 1,г показывает изменение износа деталей во времени для большого числа трущихся сопряжений. В. Ф. Лоренц при испытании на износ крючковых цепей установил наличие трех характерных участков на кривой зависимости между износом и временем работы [70]. Начальный участок кривой I Характеризует процесс приработки нового сопряжения. Далее следует участок кривой II с небольшой и относительно постоянной too величине скоростью износа, отвечающей периоду нормальной работы сопряжения (естественный износ). На последнем участке III скорость износа вновь возрастает вследствие прогрессирующего ухудшения зацепления цепи со звездочкой (период аварийного износа). Эта закономерность износа во времени особенно справедлива для деталей подвижного сопряжения.

Рис. 2. Изменение зазора в сопряжении в процессе эксплуатации:

I — период приработки; II — период нормальной работы; III — период аварийного износа

На рис. 2 показан износ деталей подвижного сопряжения (вал-подшипник), имеющего начальный зазор S_нач, установленный при сборке. В самом начале работы сопряжения скорость износа деталей имеет высокие, но постепенно убывающие значения. Это вызывается тем, что детали после сборки сопрягаются по выступам шероховатостей на вершинах волн и площадь фактического контакта в начальный период мала, поэтому при нагрузке действуют большие удельные давления, вызывающие значительную пластическую деформацию. Неровности частично, сминаются и частично разрушаются как по вершинам, так и по впадинам. По истечении определенного времени общая площадь касания возрастает, действительное удельное давление уменьшается и при неизменных условиях работы создается стабильная шероховатость.

В настоящее время установилось мнение, что в период приработки происходит изменение шероховатости, когда поверхности могут стать более гладкими или более шероховатыми по сравнению с их начальным состоянием. Микронеровности» изнашивающихся поверхностей представляют собой следы разрушения поверхностного слоя, поэтому вполне естественно, что определенному процессу изнашивания действительно должны соответствовать определенные по своим размерам и форме микронеровности.

Рассматривая микронеровности приработанной поверхности как результат процесса деформирования и разрушения поверхностного слоя деталей при их приработке, крупные приработочные микронеровности можно считать свидетельством плохого прилегания трущихся поверхностей из-за неточностей геометрической формы деталей, недопустимой волнистости поверхности, значительных перекосов при сборке и т. п.

Для снижения износа в период приработки поверхности трущихся деталей должны отрабатываться с таким расчетом, чтобы переход от начальной шероховатости к шероховатости приработанной поверхности мог произойти достаточно быстро и без существенного износа сопряженных деталей.

К концу приработки микротвердость поверхностей трения становится также определенной, не зависящей от начального состояния поверхностей. Таким образом, можно полагать, что за время приработки происходит переформирование поверхности и изменение ее физико-механических свойств.

1.2 Виды износа деталей

Трение и износ представляют собой две формы одного и того же явления, обусловленного взаимодействием тел, соприкасающихся под действием сжимающей нагрузки при относительном перемещении этих тел в плоскости их касания. Трение определяет потери энергии в машинах и оборудовании, износ же — долговечность деталей.

Различают три вида износа: механический молекулярно-механический и коррозионно-механический.

Механический износ.Он охватывает все виды износа, связанные с чисто механическим разрушением поверхностей трения. К этому виду относят абразивный износ, износ вследствие пластической деформации и при хрупком разрушении. Абразивный износ заключается в разрушении поверхности деталей твердыми частицами.

Абразивный износ имеет три подвида в соответствии с источником и характером абразивного воздействия:

1. Абразивное воздействие на материал одной из сопряженных деталей оказывают твердые структурные элементы материала другой детали;

2. На материал одной из сопряженных деталей абразивное воздействие оказывают твёрдые посторонние частицы, которые внедряются в поверхность другой детали;

3. Абразивное воздействие на материал обеих сопряженных деталей оказывают твердые посторонние частицы, которые передвигаются между их поверхностями.

Если абразивные частицы попадают на трущиеся поверхности и в смазку, то смазочный, материал не может предохранить поверхности от абразивного износа и для его .снижения в.этом случае следует обеспечить надёжные уплотнительные устройства и фильтрацию смазочного материала.

При наличии химически агрессивных сред абразивный износ переходит в коррозийно-механический. Износ вследствие пластической деформации заключается в изменении размеров или формы детали в результате пластической деформации ее макрообъёмов.

Износ при хрупком разрушении наблюдается в тех случаях, когда поверхностный слой одного из трущихся металлов в результате многократной деформации отдельных выступов становится хрупким, разрушается и обнажает лежащий под им менее хрупкие слои, которые с течением времени также разрушаются.

Молекулярно-механический износ. К молекулярно-механическому износу относятся все степени разрушения поверхностей, происходящего в результате физического процесса притяжения поверхностных частиц – схватывание или сцепление. Схватывание при трении может проявляться в виде лёгкого переноса металла с поверхности одного тела на сопряжённую поверхность другого тела или в виде наволакивания металла в области трения

Коррозионно-механический износ. Коррозионно-механический износ представляет собой вид разрушения трущихся поверхностей, происходящего в результате одновременного воздействия на поверхность механического износа в сочетании с интенсивным коррозионным процессом в поверхностных слоях.

При сочетании различных коррозионных и механических воздействий возможны следующие разновидности, коррозийно-механического износа: при трении поверхностей, находящихся под воздействием агрессивных сред; при наличии вибрации - фретинг-коррозия.

Фретинг-коррозия представляет собой особый вид коррозийно-механического износа, возникающего на плотно соприкасающихся поверхностях (металл—металл или металл—неметалл), находящихся под нагрузкой и подверженных вибрациям или совершающих относительное возвратно-колебательное движение с малыми амплитудами при одновременном воздействии на поверхность агрессивной среды (например, кислорода воздуха).

1.3 Экономическая целесообразность восстановления деталей

Восстановление — производство восстановительных работ, в результате которых детали, узлу или агрегату возвращаются первоначальные (номинальные), размеры, форма, свойства, мощность и точность (изменения возможны только в сторону улучшения).

Износ деталей часто приводит к нарушению посадки в сопряжении – увеличиваются зазоры и уменьшаются первоначальные натяги, нарушается форма поверхностей, возникают другие неисправности и дефекты. Такие детали при ремонте заменяют или восстанавливают (стоимость восстановления обычно составляет от 15 до 40% стоимости новых деталей). Восстановление деталей способствует значительной экономии дефицитных материалов и цветных металлов.

Чтобы выбрать способ восстановления и упрочнения детали, необходимо знать свойства и сроки службы новых и восстановленных деталей. Восстановленная деталь должна быть достаточно долговечной и надежной в эксплуатации, а также обладать качествами новой.

Применяя современные методы ремонта, можно восстановить некоторые детали так, что их эксплуатационные свойства будут превышать соответствующие показатели новых деталей.

При выборе способа восстановления деталей и сборочных единиц за основу принимают экономическую целесообразность восстановления, наличие на предприятии необходимого оборудования и материалов, технологические и конструктивные особенности деталей, величину и характер их износа и т.д. Целесообразность способа восстановления и упрочнения деталей в каждом случае зависит от многих факторов: условий их работы; характера сопряжения (подвижная или неподвижная посадка); величины и характера действующих нагрузок; скорости взаимного перемещения деталей с подвижной посадкой: условий и характера смазывания деталей с подвижной посадкой и пр.