Мураткин ОВ иРА для заочников / учебное пособ ОВДиРА
.pdfцарапывающее действие на сопряженную поверхность. При больших скоростях металл частицы легко пластифицируется и размазывается по поверхности.
Коррозионно-механическое изнашивание – результат механического воздействия сопряженных поверхностей, которое сопровождается химическим или электрохимическим взаимодействием материала детали с агрессивной средой.
Дадим краткую характеристику видов изнашивания.
Абразивное изнашивание – механическое изнашивание материала, которое происходит в основном в результате режущего или царапывающего действия твердых частиц (абразива), находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Этот вид изнашивания характерен для рабочих органов дорожных машин.
Изнашивание деталей машин при воздействии частиц абразива или иных твердых тел по своей природе является механическим и сводится к съему металла с рабочих поверхностей. При изнашивании поверхности под действием абразива постепенно изменяются геометрическая форма и размеры детали, но разрушения на макроуровне, например, в виде изломов не происходит. Эту категорию разрушения из-за малых объемов отделяющихся частиц выделяют в особый вид, называемый истиранием. Истирание происходит при различных условиях контактного взаимодействия сопряженных поверхностей. В этой связи различают трение без смазочного материала (трение ювенальных, т.е.
обнаженных поверхностей), при котором коэффициент трения достигает 6…7,
и трение со смазочным материалом, при котором коэффициент трения составляет 0,03…0,5. Трение со смазочным материалом в зависимости от вида смазки, условий трения, геометрии трущихся поверхностей бывает сухое,
полусухое, жидкостное и граничное. Для сухого и полусухого трения характерны частичные зоны контакта поверхностей трения, на которые действует только смазка, адсорбируемая из окружающей среды, и окисные пленки, на остальной поверхности сосредоточена жидкая смазка; для жидкостного трения характерно полное разделение трущихся поверхностей.
Гидро – и газоабразивное виды изнашивания возникают при действии твердых частиц, взвешенных в жидкости или газе, которые перемещаются относительно изнашиваемой поверхности.
Деформационное изнашивание – процесс образования остаточных деформаций, которые проявляются в отклонении оси от прямолинейности или какой-либо другой формы, а так же в нарушении взаимного расположения поверхностей деталей. Деформационное изнашивание происходит в результате неравномерного изменения напряженного состояния деталей в процессе эксплуатации под действием рабочих механических нагрузок и температур.
Усталостное изнашивание – утрата механических свойств и разрушение металлических деталей под действием циклических нагрузок. Оно происходит в результате зарождения, развития и распространения усталостных трещин в детали. Этот вид разрушения характерен для деталей, работающих в условиях трения качения и качения с проскальзыванием, таких как подшипники качения,
опоры качения, катки, кулачки, зубчатые колеса и др. Трещины зарождаются либо на поверхности в местах концентраторов напряжений, либо в глубине поверхностного слоя в местах максимальных контактных напряжений.
Развитие усталостных трещин приводит к выкрашиванию частиц металла, в
результате чего поверхность покрывается осповидными впадинами. При знакопеременном нагружении развитие трещин приводит к усталостному излому, например, первичных валов коробки передач или коленчатых валов
(рис. 2.3.).
Кавитационное изнашивание – процесс механического разрушения материала детали от соприкосновения его с движущейся жидкостью, в которой нарушается сплошность ее объема из-за образования и исчезновения полостей,
в зоне которых при повышенных давлениях, конденсации паров и растворении газов создаются условия для интенсивных гидравлических микроударов разрушающих деталь. Этому виду изнашивания подвержены лопатки гидротурбинных установок, гребные винты и др.
Рис. 2.3. Вид усталостного излома коленчатого вала
Изнашивание при фреттинге имеет место при малых многократных колебательных перемещениях одной сопряженной поверхности относительно другой (различают возвратно-поступательные и возвратно-вращательные перемещения).
Изнашивание при схватывании возникает при разрыве масляной пленки,
обнажении и взаимодействии ювенальных поверхностей сопряженных деталей.
Под действием молекулярных сил происходит твердофазная сварка локальных поверхностных контактов, которая при относительном перемещении деталей вызывает глубинное вырывание материала с одной поверхности, переноса его на другую поверхность и абразивного воздействия образовавшихся неровностей на сопряженные поверхности, т.е. задир (рис. 2.4.).
Схватывание также может вызывать заедание узла трения. При этом действующие движущие силы могут привести к значительным деформациям деталей механизма. Так, заклинивание поршня приводит к изгибу шатуна в направлении вращения шейки коленчатого вала (рис. 2.5.).
Окислительное изнашивание представляет собой вид коррозионно-
механического изнашивания, при котором основную роль играют химические реакции металлов пары трения с кислородом или окислительной средой. При трении в условиях смазки металлические поверхности вступают в реакцию c
а б
Рис. 2.4. Шейка и вкладыш коленчатого вала со следами задира
Рис. 2.5. Шатун, деформированный при схватывании поршня
кислородом, растворенном в масле или кислородосодержащих элементах. В
результате происходит образование окисных пленок. Тонкие окисные пленки
(вторичные структуры) на поверхностях трения защищают материал от схватывания. С течением времени они утолщаются и становятся хрупкими, а
под действием деформаций постепенно разрушаются и уносятся смазочным
материалом. На их месте образуются новые окисные пленки. Скорость их образования зависит от режимов работы узла трения.
Изнашивание при фреттинг-коррозии представляет собой коррозионно-
механическое изнашивание при вибрациях, т.е. в условиях малых относительных перемещениях. При этом виде изнашивания одновременно развиваются два процесса: фреттинг-износ и усталостное разрушение. Первый связан с образованием продуктов окисления, которые при механическом срезании представляют собой абразив. Усталостное изнашивание обусловлено действием циклических нагрузок. Причем развитие усталостных трещин происходят неизменно перпендикулярно направлению фреттинга.
Эрозионное изнашивание – изменение размеров и шероховатости твердого тела в результате механического воздействия на него потока жидкости или газа в отсутствии абразивных частиц. Интенсивность эрозии во многом зависит от агрессивности и температуры среды. В автомобиле эрозии часто подвергаются клапаны газораспределительного механизма (рис. 2.6.), жиклеры карбюратора,
детали амортизаторов.
Рис. 2.6. Вид эрозионных повреждений клапана
Электроэрозионное изнашивание возникает в результате воздействия на поверхность детали разрядов при прохождении электрического тока через контакт пары трения.
В общем случае изнашивание деталей является следствием ряда причин:
механического разрушения зацепляющихся неровностей при взаимодействии контактирующих поверхностей; усталостного разрушения неровностей от многократно повторяющихся воздействий неровностей сопряженной поверхности или переменного давления смазки; отслаивания пленок окислов,
образующихся при трении и др. Так, кольцо торцового уплотнения коробки передач с гидроуправляемыми фрикционами подвергается эрозионно-
механическому изнашиванию (рис. 2.7.), когда в процессе разрушения детали одновременно участвуют струи масла и механическое истирание.
Рис. 2.7. Вид эрозионно-механического износа торцового уплотнения
В случае сложного во внешних проявлениях изнашивания целесообразно различать ведущий и сопутствующий виды изнашивания.
Интенсивность изнашивания зависит от многих факторов, основными из которых являются:
1. Характер и периодичность действующих нагрузок, скорость перемещения, удельное давление и температура в зоне контакта, т. е. все то, что определяет вид изнашивания;
2. Конструкция машин и узлов, определяющая условия нагружения,
соответствие конструктивной прочности деталей приложенным нагрузкам, а
также технологичность и ремонтопригодность конструкции в отношении технического обслуживания и ремонта;
3.Физические параметры, такие как температура, твердость поверхностей деталей и др.;
4.Технологические параметры, такие как точность изготовления размеров
иформы детали, шероховатость и волнистость еѐ поверхности;
5.Промежуточная среда – качество и способ подвода смазки, наличие в зоне контакта вторичных структур и абразива (размеры форма и твердость абразивных частиц);
6.Условия технического обслуживания и ремонта: качество применяемых горюче-смазочных материалов, квалификация обслуживающего персонала,
своевременность и качество выполнения технического обслуживания и
ремонта;
7. Рабочая (окружающая) среда – температура и скорость движения среды,
химический состав, обусловливающий ее агрессивность.
Контрольные вопросы
1.Что представляет собой процесс изнашивания деталей?
2.Какие дефекты возникают у деталей в результате изнашивания?
3.Какие процессы лежат в основе изнашивания?
4.Какие факторы определяют интенсивность изнашивания?
5.Какие виды изнашивания Вы знаете?
4. СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Способы восстановления в большинстве случаев применяют для создания ремонтной заготовки, из которой посредством удаления технологического припуска при проведении механической обработки получают изделие, и
значительно реже для получения готового изделия с необходимыми размерами,
формой и физико-механическими свойствами материала.
Существуют различные технологические способы получения ремонтной заготовки с вложением или без вложения в них энергии: наплавка (60…80%);
напыление (6…12%); нанесение гальванических покрытий (4…7%);
электроконтактная приварка металлического слоя (3…7%); нанесение полимерных покрытий (2…6%); установка и закрепление дополнительных ремонтных деталей (2…3%); пластическое деформирование (2…3%). Из этих способов предпочтение отдают ресурсосберегающим технологиям нанесения упрочняющих покрытий, в первую очередь наплавке, напылению и гальваническим технологиям, позволяющим получать покрытия со свойствами,
существенно отличающимися от свойств материала исходной заготовки. Новое качество поверхности восстановленной детали, в свою очередь, определяет ресурс механизма, в который она входит.
При выборе способов восстановления необходимо учитывать следующие обстоятельства:
тип сопряжения, вид взаимодействия (относительного перемещения)
составляющих его деталей, вид и характер изнашивания, условия эксплуатации, определяемые видом нагружения (статическим,
динамическим, циклическим и т. п.);
при восстановлении исходной заготовкой является изношенная деталь,
у которой поверхностный слой материала имеет пониженные физико-
механические свойства, а размеры и форма детали, как правило,
отличаются от номинальных значений;
при восстановлении деталей помимо их первоначальных размеров необходимо также восстанавливать физико-механические свойства материала;
при восстановлении, как правило, необходимо сохранять неизменными (номинальными) размеры и форму всех невосстанавливаемых поверхностей деталей;
при восстановлении необходимо обойтись минимальным объемом термической и механической обработки детали.
При выборе способов восстановления также следует руководствоваться технико - экономическими показателями целесообразности применения способа. Техническую целесообразность применения способа оценивают ресурсом восстановленных поверхностей, деталей и сопряжений в целом,
экономическую – затратами потребителя при реализации технологии восстановления. По соображениям самоокупаемости оценивают, что дешевле – восстановление или замена изношенных деталей на новые. Затраты потребителя на восстановление недолжны превышать затрат на новые запасные части с учетом их ресурса.
Организационными показателями являются коэффициенты использования оборудования и приведенные затраты на восстановление. Коэффициенты использования оборудования должны быть ниже нормативных, а приведенные затраты по предпочтительному варианту должны быть минимальными.
4.1. Способы восстановления деталей пластическим деформированием
Восстановление деталей способами объемного и поверхностного пластического деформирования основано на использовании пластических свойств материала восстанавливаемых деталей, т. е. способности при определенных условиях нагружения приобретать остаточные деформации. В
результате пластического течения материала под действием приложеных сил происходит его перераспределение с нерабочих на изношенные поверхности.
Эти способы экономичны, так как не требуют нанесения дополнительного металла и применения сложного технологического оборудования. Они, как правило, позволяют в рамках одной технологической операции решить комплексную задачу обеспечения качества изделий путем одновременного восстановления размеров, формы изношенных деталей и упрочнения материала. Способы восстановления деталей пластическим деформированием могут быть использованы для восстановления точности деталей путем устранения пространственной погрешности взаимного расположения поверхностей (устранения коробления правкой), для восстановления размеров и формы изношенных поверхностей, для восстановления физико-механических свойств поверхностного слоя материала и для повышения несущей способности контактных поверхностей путем создания на них регулярного микрорельефа.
4.1.1.Способы правки деталей
Впроцессе эксплуатации многие детали автомобилей (коленчатые и распределительные валы, валы коробок передач, полуоси, шатуны и др.) теряют свою первоначальную точность из-за остаточных деформаций изгиба и скручивания т.е. вследствие образования пространственной погрешности
(коробления). В авторемонтном производстве для восстановления точности деформированных деталей применяют в основном способ правки упругопластическим изгибом (правка под прессом).
На рис. 4.1, а приведена схема правки вала упругопластическим изгибом.
Правку установленной в призмах детали производят при помощи пресса. Под действием силы Р осуществляют перегиб вала, который контролируют индикатором часового типа. Величина перегиба обусловлена упругой деформацией (отдачей) изделия, возникающей после снятия нагрузки. В
зависимости от жесткости деталей их перегиб в момент правки может превышать исходный прогиб до 10 раз, т.е. если исходный прогиб равен 0,1 мм,
то при правке величина перегиба будет составлять 1,0 мм. При этом со стороны