Вы здесь

Защита от любых видов износа деталей технологического оборудования

Сущность явления износа

Срок службы промышленного оборудования определяется износом его деталей — изменением размеров, формы, массы или состояния их поверхностей вследствие изнашивания, т. е. остаточной деформации от постоянно действующих нагрузок либо из-за разрушения поверхностного слоя при трении.

Величина износа характеризуется установленными единицами длины, объема, массы и др. Определяется износ по изменению зазоров между сопрягаемыми поверхностями деталей, появлению течи в уплотнениях, уменьшению точности обработки изделия и др. Износы бывают нормальными и аварийными. Нормальным, или естественным, называют износ, который возникает при правильной, но длительной эксплуатации машины, т. е. в результате использования заданного ресурса ее работы.

Аварийным (или прогрессирующем) называют износ, наступающий в течение короткого времени и достигающий таких размеров, что дальнейшая эксплуатация машины становится невозможной.
 
Виды и характер износа деталей
 
Виды износа различают в соответствии с существующими видами изнашиваниями:
- механический;
- абразивный;
- усталостный;
- коррозионный и др.

Механический износ является результатом действия сил трения при скольжении одной детали по другой. При этом виде износа происходит истирание (срезание) поверхностного слоя металла и искажение геометрических размеров у совместно работающих деталей. Износ этого вида чаще всего возникает при работе таких распространенных сопряжений деталей, как вал — подшипник, станина — стол, поршень — цилиндр и др.

Степень и характер механического износа деталей зависят от многих факторов:
- физико-механических свойств верхних слоев металла;
- условия работы и характера взаимодействия сопрягаемых поверхностей;
- давление;
- относительной скорости перемещения;
- условий смазывания; степени шероховатости и др.

Наиболее разрушительное действие на детали оказывает абразивное изнашивание, которое наблюдается в тех случаях, когда трущиеся поверхности загрязняются мелкими абразивными и металлическими частицами. Обычно такие частицы попадают на трущиеся поверхности при обработке на станке литых заготовок.

Механический износ может вызываться и плохим обслуживанием оборудования, например нарушениями в подаче смазки, недоброкачественным ремонтом и несоблюдением его сроков, мощностной перегрузкой и т. д.

Усталостный износ является результатом действия на деталь переменных нагрузок, вызывающих усталость материала детали и его разрушение. Валы, пружины и другие детали разрушаются вследствие усталости материала в поперечном сечении. Для предотвращения усталостного разрушения важно правильно выбрать форму поперечного сечения вновь изготовляемой или ремонтируемой детали: она не должна иметь резких переходов от одного размера к другому. Рабочая поверхность исключает наличие рисок и царапин, которые являются концентратами напряжения.

Коррозионный износ является результатом изнашивания деталей машин и установок, находящихся под непосредственным воздействием воды, воздуха, химических веществ, колебаний температуры.

Под влиянием коррозии в деталях образуются глубокие разъедания, поверхность становится губчатой, теряет механическую прочность.
Обычно коррозионный износ сопровождается и механическим износом вследствие сопряжения одной детали с другой. В этом случае происходит так называемый коррозионно-механический, т.е. комплексный износ.

Износ при заедании возникает в результате прилипания («схватывания») одной поверхности к другой. Это явление наблюдается при недостаточной смазке, а также значительном давлении, при котором две сопрягаемые поверхности сближаются настолько плотно, что между ними начинают действовать молекулярные силы, приводящие к их схватыванию.

Характер механического износа деталей. Механический износ деталей оборудования может быть полным, если повреждена вся
поверхность детали, или местным, если поврежден какой-либо ее участок (рис.1).

В результате износа направляющих станков нарушаются их плоскостность, прямолинейность и параллельность вследствие действия на поверхности скольжения неодинаковых нагрузок. Например, прямолинейные направляющие 2 станка (рис. 1, а) под влиянием больших местных нагрузок приобретают вогнутость в средней части (местный износ), а сопрягаемые с ними короткие направляющие 1 стола становятся выпуклыми.

В подшипниках качения вследствие различных причин (рис. 2, а—г) износу подвержены рабочие поверхности — на них появляются оспинки, наблюдается шелушение поверхностей беговых дорожек и шариков. Под действием динамических нагрузок происходит их усталостное разрушение; под влиянием излишне плотных посадок подшипников на вал и в корпус шарики и ролики защемляются между кольцами, в результате чего возможны перекосы колец при монтаже и другие нежелательные последствия.

Различные поверхности скольжения также подвержены характерным видам износа (рис. 3).

В процессе эксплуатации зубчатых передач вследствие контактной усталости материала рабочих поверхностей зубьев и под действием касательных напряжений возникает выкрашивание рабочих поверхностей, приводящее к образованию ямок на поверхности трения (рис. 3, а).

Разрушение рабочих поверхностей зубьев вследствие интенсивного выкрашивания (рис. 3, б) часто называют отслаиванием (происходит отделение от поверхности трения материала в форме чешуек).

На рис. 3, в показана поверхность, разрушенная коррозией. Поверхность чугунного порошкового кольца (рис. 3, г) повреждена вследствие эрозионного изнашивания, которое происходит при движении поршня в цилиндре относительно жидкости; находящиеся в жидкости пузырьки газа лопаются вблизи поверхности поршня, что создает местное повышение давления или температуры и вызывает износ деталей.

Признаки износа

 Об износе деталей машины или станка можно судить по характеру их работы. В машинах, имеющих коленчатые валы с шатунами (двигатели внутреннего сгорания и паровые, компрессоры, эксцентриковые прессы, насосы и др.), появление износа определяют по глухому стуку в местах сопряжений деталей (он тем сильнее, чем больше износ).
Шум в зубчатых передачах — признак износа профиля зубьев. Глухие и резкие толчки ощущаются каждый раз, когда меняется направление вращения или прямолинейного движения в случаях износа деталей шпоночных и шлицевых соединений.

Следы дробления на обтачиваемом валике, установленном в коническом отверстии шпинделя, свидетельствует об увеличении зазора между шейками шпинделя и его подшипниками вследствие их износа. Если обрабатываемая на токарном станке заготовка получается конической, значит изношены подшипники шпинделя (главным образом передний) и направляющие станины. Увеличение мертвого хода, укрепленных на винтах рукояток сверх допустимого — свидетельство износа резьбы винтов и гаек.

Об износе деталей машин часто судят по появившимся на них царапинам, бороздкам и забоинам, а также по изменению их формы. В некоторых случаях проверку осуществляют с помощью молотка: дребезжащий звук при обстукивании детали молотком свидетельствует о наличии в ней значительных трещин.

О работе сборочных единиц с подшипниками качения можно судить по характеру издаваемого ими шума. Лучше всего выполнять такую проверку специальным прибором — стетоскопом.

Работу подшипника можно проверять и по нагреву, определяемому на ощупь наружной стороной кисти руки, которая безболезненно выдерживает температуру до 60 °С.
Тугое проворачивание вала свидетельствует об отсутствии соосности между ним и подшипником или о чрезмерно тугой посадке подшипника на валу или в корпусе и т.д.
 
Способы обнаружения дефектов и восстановления деталей

Большинство крупных и средних механических дефектов обнаруживают при внешнем осмотре. Для обнаружения мелких трещин можно использовать различные методы дефектоскопии. Наиболее простые капиллярные методы. Если, например, опустить деталь на 15-30 мин в керосин, то при наличии трещин жидкость проникает в них. После тщательной протирки, поверхности детали покрывают тонким слоем мела; мел поглощает керосин из трещин, в результате чего на поверхности появляются темные полосы, указывающие местонахождение дефекта.

Для более точного обнаружения трещин применяют жидкости, которые светятся при облучении ультрафиолетовыми лучами (капиллярный люминесцентный метод). Такой жидкостью является, например, смесь из 5 частей керосина, 2,5 частей трансформаторного масла и 2,5 частей бензина. Деталь погружают на 10-15 мин в жидкость, затем промывают и просушивают, после чего облучают ультрафиолетовыми лучами (ртутно-кварцевой лампой). В местах трещин появляется светло-зеленое свечение.

Трещины обнаруживают также методами магнитной дефектоскопии. Деталь намагничивают и смачивают магнитной суспензией (порошок окиси железа, размешанный в масле, керосине или водно!-мыльном растворе). В местах трещин образуются скопления порошка (рис. 4, а).

Продольные трещины обнаруживают при прохождении магнитных линий по окружности детали (рис. 4, б), а поперечные трещины - при продольном намагничивании (рис.4, в).

Дефекты, расположенные внутри материала, обнаруживают рентгеноскопическим методом. Рентгеновские лучи, проходя через проверяемую деталь, попадают на чувствительную пленку, на которой пустоты проявляются как более темные пятна, а плотные инородные включения - как более светлые пятна.

В настоящее время распространен ультразвуковой метод обнаружения трещин и других скрытых дефектов. К исследуемой детали прикладывают ультразвуковой зонд, основной частью которого является кристаллический генератор механических колебаний высокой частоты (0,5-10 МГц). Эти колебания, проходя через материал детали, отражаются от внутренних границ (внутренних трещин, поверхностей разрыва, раковин и т. д.) и попадают обратно в зонд. Прибор регистрирует время запаздывания отраженных волн относительно излученных. Чем больше это время, тем больше глубина, на которой расположен дефект. 

Восстановление деталей и механизмов станков осуществляют следующими методами. Обработка резанием - метод ремонтных размеров - применяют для восстановления точности направляющих станков, изношенных отверстий или шеек различных деталей, резьбы ходовых винтов и др.

Ремонтным называют размер, до которого обрабатывают изношенную поверхность при восстановлении детали. Различают свободные и регламентированные размеры.
Сваркой исправляют детали с изломами, трещинами, сколами.

Наплавка является разновидностью сварки и заключается в том, что на изношенный участок наплавляют присадочный материал, более износостойкий, чем материал основной детали.

Широкое распространение получил способ восстановления деталей из чугуна методом сварка - пайка латунной проволокой и прутками из медно-цинковых оловянных сплавов. Этот способ не требует нагрева свариваемых кромок до расплавления, а лишь до температуры плавления припоя.

Металлизация заключается в расплавлении металла и распылении его струей сжатого воздуха на мелкие частицы, которые внедряются в неровности поверхности, сцепляясь с ними.

Металлизацией может быть наращен слой от 0,03 до 10 мм и выше.

Металлизационные установки могут быть газовые (металл плавится в пламени газовой горелки) и дуговые (схема которого показана на рис.5).

Хромирование представляет собой процесс восстановления изношенной поверхности детали осаждением хрома электролитическим путем (рис.6), толщина хромирования до 0.1 мм.

Все многообразие методов ремонта наглядно представлено на рис.7.