<< Пред. стр. 1 (из 4) След. >>
Список литературы по разделу
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
ДАН Л.А.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
по дисциплине
"ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ И ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ"
(для студентов специальности 7.090101 -
"Прикладное материаловедение" дневной, заочной и дистанционной формы обучения)
Мариуполь 2004
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
ДАН Л.А.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
по дисциплине
"ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ И ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ"
(для студентов специальности 7.090101 -
"Прикладное материаловедение" дневной, заочной и дистанционной формы обучения)
Утвержден:
на заседании кафедры
Протокол № 5 от 11.112004 г.
Методическим Советом факультета
Мариуполь 2004
УДК 620.22 (072)
Конспект лекций по дисциплине "Восстановление деталей и повторное использование материалов" для студентов специальности 7.090101 "Прикладное материаловедение" дневной, заочной и дистанционной формы обучения.
Настоящий конспект лекций предназначен для более полного усвоения студентами лекционного курса, а также для самостоятельного изучения дисциплины.
Составитель, доц., к.т.н. Дан Л.А.
Отв. за выпуск
зав. каф., проф., д.т.н. Малинов Л.С.
ЛЕКЦИЯ 1
Введение. Цель и задачи курса. Причины выхода машин из строя.
Введение
Улучшение конечных показателей народного хозяйства в последнее время приходится достигать без увеличения прироста материальных и трудовых ресурсов. Поэтому ресурсосбережение является важнейшим источником удовлетворения возрастающих потребностей народного хозяйства в сырье, топливе. Вовлечение в оборот вторичных ресурсов называется ресурсосбережением.
Ресурсосбережение предусматривает два пути:
- восстановление изношенных деталей:
- повторное использование материалов и отходов производства.
Долговечность значительной части машин и механизмов находится на уровне, не соответствующем настоящему уровню науки и техники. При этом машины и механизмы зачастую выходят из строя из-за поломки отдельных деталей. Для восстановления их работоспособности необходимо большое количество запасных частей. Например, на предприятиях угольного машиностроения от 30 до 50 % мощностей используется для выпуска запасных частей, на предприятиях сельскохозяйственного машиностроения расход металла при производстве запасных частей в два раза превышает расход металла на изготовление новых машин, а их стоимость примерно в 15 раз превышает стоимость вновь выпускаемых машин.
Ежегодно в различных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве изымается из эксплуатации большое количество металла, пластмасс, древесины и т.д. из-за физического, морального износа машин, механизмов. При соответствующей переработке они могут быть повторно использованы.
Ресурсосбережение также связано с понятием безотходного производства. Безотходное производство подразумевает использование как продукции выпускаемой тем или иным предприятием, так и отходов, образующихся на различных стадиях производства. Например, основная продукция МК им. Ильича - металлопрокат и изделия из него, продукция из отходов - материал для отсыпки дорог и изготовления стройматериалов, получаемый из металлургического шлака, товарный графит, получаемый из железографитовой пыли.
Изучаемый курс называется "Восстановление деталей и повторное использование материалов".
Задачи изучения курса:
1) изучить причины выхода из строя различных деталей,
2) научиться устанавливать экономическую и техническую целесообразность проведения восстановительных работ и повторного использования материалов,
3) научиться правильно выбирать технологию восстановления деталей и переработки материалов,
4) освоить методики определения экономической и технической эффективности проведенных операций.
Причины выхода машин из строя
Классификация причин разрушения деталей машин.
Наблюдения за износом и повреждениями деталей машин при эксплуатации позволили выделить пять основных видов разрушения деталей.
1. Деформация и изломы (хрупкий, вязкий, усталостный изломы, остаточная деформация, контактные усталостные повреждения).
2. Механический износ (истирание металлических пар, абразивный износ, питтингование).
3. Эрозионно-кавитационные повреждения (жидкостная эрозия, кавитация, газовая эрозия).
4. Коррозионные повреждения (атмосферная коррозия, коррозия в электролитах, газовая коррозия)
5. Коррозионно-механические повреждения (коррозионная усталость, коррозионное растрескивание, коррозия при трении).
Рассмотрим некоторые примеры характерных разрушений деталей машин. Остаточная деформация. Этому виду разрушения подвержены бандажи и крановые колеса, рельсы, напряженные болты, подшипники качения. Характер повреждения - изменение геометрической формы (удлинение, изгиб, вмятины) Причины разрушения - длительное действие переменных контактных, растягивающих или сжимающих напряжений, повышение температуры металла.
Вязкий излом. Подвержены связи и анкерные болты, несущие элементы ферм, напряженные болты. Разрушение сопровождается значительной деформацией Поверхность излома матовая, волокнистая. Причина разрушения значительные перегрузки из-за нарушения нормальных условий эксплуатации
Хрупкий излом. Таким образом разрушаются сварные соединения, фасонные детали, болты, пальцы, втулки с повышенной твердостью Разрушение происходит при незначительной деформации. Поверхность излома имеет кристаллическое строение Причины разрушения - наличие ударных нагрузок, дефекты термообработки, повышенное содержание фосфора в стали, наличие концентраторов, трещин.
Усталостный излом. Подвержены рамы, оси, шатуны, болты, сварные соединения, подвергающиеся воздействию длительных знакопеременных, нагрузок. Характер повреждений - образование трещин. Причина разрушения - понижение прочности металла, действие знакопеременных нагрузок, циклические, термические напряжения, наличие концентраторов напряжений.
Абразивный износ. Характерен для деталей ходовой части тракторов, исполнительных механизмов формовочных машин, пескометов, открытых передач и т.д. Характер повреждения - постепенное изменение размеров. На поверхности наблюдаются риски параллельные направлению трения. Причины разрушения - взаимодействие трущихся поверхностей с абразивными частицами.
Истирание металлических пар. Подвержены подшипники скольжения, валы, оси, направляющие, цепные передачи, втулки и т.д. Характер повреждений - постепенное изменение геометрических размеров деталей. Причина разрушения - длительное трение сопряженных деталей.
Заедание. Присуще для шестерен зубчатых передач, подшипников качения и т.д. Характер повреждения - адгезия, вырывание частиц металла из контактных поверхностей. Причина разрушения - нарушение жидкостного трения при высоких скоростях.
Далее следует рассмотреть условия эксплуатации и способы повышения долговечности некоторых деталей машин.
Болты и шпильки резьбовых соединений в процессе эксплуатации подвергаются действию статических (при предварительной затяжке) и переменных напряжений. Их изготавливают из сталей: 10, 15, 20, 35, 40, 35Х, 40Х и др. При эксплуатации основные виды повреждений: усталостные изломы и деформация. Для повышения долговечности: необходимо повысить предел прочности стали, уменьшить концентрацию напряжений, произвести обкатку резьбы роликом.
Колеса зубчатых передач в процессе эксплуатации подвержены изгибу зубьев, контактному сжатию, трению и ударам при изменении частоты вращения. Они изготавливаются из сталей: 35, 40, 45, 35Х. 40Х, 40ХН. 38ХГН, 12ХНЗА, 40ХНМА, пластмасс, капролона. Основные виды повреждений: излом зуба (при перегрузке), выкрашивание и изнашивание зубьев. Для повышения долговечности следует выполнить: коррегирование зуба, поверхностную закалку, цементацию, азотирование поверхности зубьев.
Червяки и колеса червячных передач подвержены в процессе эксплуатации трению витков червяка о рабочую поверхность зубьев колеса, изгибу зубьев колеса. Изготавливают, червяки - из конструкционной стали, колеса - из бронзы Бр.010Ф1 или Бр.А9Ж4, чугуна СЧ20 или СЧ25. Основные виды повреждений - пластическая деформация, излом зубьев колеса. Для повышения долговечности следует выполнить: коррегирование зуба колеса, закалку или цементацию рабочей поверхности витков червяка.
Валы и оси в процессе эксплуатации подвергаются изгибу, кручению, трению скольжения между цапфой и опорой. Изготавливают из сталей: 40, 45, 40Х, 45Х, 38ХГН, 37ХНЗА. Основные виды повреждений: усталостные поломки, изнашивание и задиры цапф. Для повышения долговечности уменьшают количество концентраторов, шлифуют цапфы, производят поверхностную закалку, наклеп галтелей.
Опоры скольжения подвергаются трению скольжения между опорой и цапфой. Изготавливают из антифрикционных материалов, баббитов, чугунов, металлокерамики. Основные виды повреждений при эксплуатации: изнашивание, заедание, усталостное разрушение поверхностей трения. Для повышения долговечности улучшают условия жидкостного трения, повышают жесткость опор и точность изготовления.
В подшипниках качения имеет место трение тел качения о наружные и внутренние кольца. Тела качения и кольца изготавливают из сталей: ШХ15, ШХ9, ШХ15СГ, 9X18, 15Х, 18ХГТ, 20Х2Н4А; сепараторы из низкоуглеродистой стали, бронзы, латуни. Основные виды повреждений при эксплуатации: излом колец, разрушение тел качения, изнашивание тел качения и колец, усталостное выкрашивание, заедание. Для повышения долговечности предлагается обеспечивать податливость корпуса в нагруженной части подшипника.
ЛЕКЦИЯ 2
Изнашивание деталей машин
Процесс изнашивания деталей машин характеризуется тремя периодами во времени (Рис 1):
1) начальным (приработкой);
2) периодом установившегося изнашивания,
3) усиленного (аварийного) износа.
t
Рис.1
Интенсивность изнашивания (И) в первом периоде велика, во втором - мала, в третьем - вновь велика.
Износостойкость деталей определяется совокупностью внутренних и внешних факторов:
1 )физико-химическими и механическими свойствами трущихся поверхностей;
2)родом и характером трения;
3)величиной удельного усилия;
4)характером приложения нагрузки;
5)скоростью взаимного перемещения трущихся поверхностей;
6)способом подвода и качеством смазки;
7)температурой в месте контакта;
8)коррозионным воздействием среды.
Следует признать, что основное влияние на износостойкость оказывает структура металлов и сплавов.
Многочисленными исследованиями установлено, что более всего распространен абразивный износ - разрушение поверхностей деталей при трении скольжения, обусловленное наличием в зоне трения абразивной среды. На рис.2 показана диаграмма М.М.Тененбаума, отражающая связь между относительной износостойкостью (?) и структурой железоуглеродистых сплавов. Несмотря на то, что диаграмма не отражает всех структурных факторов, влияющих на износостойкость, она позволяет проводить качественный анализ влияния на износостойкость содержания углерода и структурного состояния сталей.
Рис. 2
На отрезке 1 -2 рис. 2 находятся значения относительной износостойкости отожженных доэвтектоидных сталей, на отрезке 2-3 - заэвтектоидных сталей, на отрезке 3-4 - белых чугунов Точки 1,2,4 характеризуют относительную износостойкость феррита, перлита и цементита, сооответственно. Линия 2-6 отражает относительную износостойкость эвтектоидных сталей в зависимости от дисперсности частиц цементита
Легирование является эффективным способом повышения износостойкости. На рис 3 показано влияние небольших добавок наиболее распространенных легирующих элементов на износ доэвтектоидной стали
содержание легирующих
элементов, % мас.
Рис.3
На рис. 3 линия 1 - содержание никеля, 2 - марганца, 3 - кремния, 4 - хрома совместно с никелем (1:3), 5 - содержание фосфора, 6 - хрома
В зависимости от условий взаимодействия детали с абразивными частицами разрушение металла может происходить в результате микрорезания, многократного пластического деформирования поверхности трения и коррозионно-механического изнашивания. Установлено, что механизм абразивного изнашивания определяется главным образом соотношением значений твердости материала, Нм, и твердости абразивных частиц, На, (КТ=НМ/На). Схемы разрушения поверхностей трения представлены на рис. 4.
Рис. 4
Микрорезание и интенсивное пластическое деформирование поверхности трения могут наблюдаться при Нм < < На (рис.4,а) При более высокой твердости сплава процесс разрушения протекает в основном за счет коррозионно-механического изнашивания или хрупкого выкрашивания (рис.4, в)
При значениях Кт <0,6 имеет место пластическое оттеснение (рис.4, б). Увеличение Кт до значений, превышающих 0,6, приводит к интенсивному росту износостойкости детали.
При движении абразивной массы по поверхности изделия происходит непрерывное деформирование основы сплава вместе с мелкими карбидами, рассеянными по всему объему. Эти деформационные процессы определяют интенсивность изнашивания изделия при условии, что твердость металла Нм < 0,8 На . При этом, чем выше твердость и ниже пластичность матрицы, тем больше сопротивление сплава истиранию в абразивной среде. При взаимодействии твердых структурных составляющих с "мягким" абразивным материалом процесс изнашивания может протекать вследствие истирания окисной пленки, непрерывно восстанавливающейся в атмосферных условиях, или вследствие выкрашивания структурных элементов сплава при наличии динамических нагрузок.
Методы измерения износа
Существует несколько методов измерения износа, нашедшие большее или меньшее применение в науке и технике.
1. По потере веса детали или образца. Определяется величина абсолютного износа:
т1 - т2 ,
где m1 и m2: - масса образца или детали до начала изнашивания и после, соответственно;
либо величина относительного износа:
100 (т1 - т2)/т1 %.
Этот метод недостаточно точный, так как происходит взвешивание всего образца или детали, в то время как изнашиванию подвергается лишь его отдельная часть.
2. Метод определения линейного износа. Сущность метода заключается в измерении размеров трущихся тел до и после определенного периода эксплуатации (эксперимента). Определяется величина абсолютного и относительного износа. Этот метод, несмотря на недостаток присущий предыдущему методу, нашел на практике наибольшее распространение. Для осуществления метода применяют универсальные измерительные инструменты: микрометры, микрометрические нутромеры, индикаторные приборы.
3. Метод искусственных баз. Сущность метода - в изменении размеров суживающегося углубления, сделанного на изнашиваемой поверхности, профиль которого известен. Может быть нанесен отпечаток в виде пирамиды, конуса или высверлено коническое углубление, вышлифована лунка. Включает в себя:
- метод отпечатков. Искусственная база создается при вдавливании алмазной пирамидки с углом при вершине 136 о. Величина износа, ?h), определяется по формуле:
,
Рис.5
где d1, и d2 - размер диагонали отпечатка (рис.5) до начала изнашивания и после его завершения, соответственно.
Метод хорошо зарекомендовал себя при измерении износа плоских поверхностей.
- метод накерненных отпечатков. На поверхность, на которой определяется износ, ударом молотка с помощью керна с конической рабочей частью (угол при вершине, ?, - 120 - 140 °) делают отпечаток. Величина износа определяется по формуле: ?h = с (d1 - d2) , где с = 0,5tg(90 - ?/2).
- метод вырезанных лунок. Отличается от предыдущих методов тем, что на исследуемую поверхность наносится искусственная база с помощью резца имеющего рабочую поверхность в форме трехгранной пирамиды.
4. По количеству изношенного металла в масле. Метод применяют для определения износа деталей работающих в условиях жидкостного трения. После определенного периода эксплуатации из резервуара сливают масло и весовым методом определяют количество попавшего в него металла.
5. Метод радиоактивных изотопов. Позволяет осуществлять непрерывный контроль за ходом изнашивания в процессе эксплуатации. До начала измерений необходимо активизировать металл исследуемой детали одним из следующих способов:
1) введением радиоактивного изотопа при плавке;
2) нанесением радиоактивного электролитического покрытия;
3) диффузионным насыщением;
4) установкой радиоактивных вставок;
5) облучением нейтронами.
При эксплуатации детали с продуктами износа, пропорционально им, в масло попадают атомы радиоактивного индикатора. По интенсивности излучения в пробе масла судят о количестве металла попавшего в масло за исследуемый период времени.
ЛЕКЦИЯ 3
Техническая и экономическая целесообразность восстановления деталей и повторного использования материалов. Классификация способов восстановления деталей.
Техническая и экономическая целесообразность восстановления деталей и повторного использования материалов
Поскольку, как восстановление деталей, так и повторное использование различных материалов связано с определенными материальными и трудовыми затратами, то перед началом проведения работ по восстановлению или переработке материалов необходимо оценить насколько целесообразно с технической и экономической точек зрения их осуществление.
Техническая целесообразность восстановления учитывает: 1) уникальность подлежащей восстановлению детали; 2) серийность восстановительных работ для рядовых деталей; 3) степень износа деталей; 4) наличие условий для сбора, подготовки и восстановления деталей; 5) наличие материалов; 6) ресурс восстановленной детали.
Экономическая целесообразность определяется путем укрупненных расчетов себестоимости восстановления:
Св = ()Дп + 0,1Цн ,
где d- число восстанавливаемых поверхностей детали;
Суд- удельная себестоимость восстановления единицы площади (длины) i-ой поверхности принятым способом, грн/дм2 или грн/дм;
Si- площадь (длина) i-ой поверхности;
Кпд,- коэффициент повторяемости дефекта i-ой поверхности;
Дп- коэффициент, учитывающий затраты на подготовительные работы (при восстановлении для собственных нужд Дп=1,03; при централизованном восстановлении Дп= 1,1);
Цн- первоначальная цена восстанавливаемой детали.
Для решения вопроса об экономической целесообразности восстановления необходимо сравнить себестоимость восстановления (Св) с ценой новой детали (Цнов). Восстановление имеет экономическую целесообразность в случае, когда соблюдается условие; Св<Цнов.
Повторное использование материалов включает в себя два основных этапа: сбор и переработку. Техническая целесообразность проведения, как первого, так и второго этапа учитывает: 1)ценность и дефицитность материала подлежащего переработке; 2)содержание полезного продукта в отработанном материале; 3)возможность сбора, хранения и сортировки отработанного материала; 4)наличие, вид, количество загрязнений и посторонних примесей в нем; 5)возможность отделения полезного продукта от примесей , 6)потери при переработке (выход годного); 7)качество получаемого продукта.
Экономическая целесообразность повторного использования материалов определяется при сравнении затрат на переработку отработанного и цены на "новый" материал. Как и в случае восстановления, повторное использование экономически оправдано, если затраты на него меньше, чем цена "нового" материала.
Классификация способов восстановления
1. Сварка - технологический процесс образования неразъемного соединения деталей машин, конструкций и сооружений путем их местного сплавления или совместного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами соединяемых тел. Существуют свыше 60 методов сварки, наиболее распространенными из которых являются
<< Пред. стр. 1 (из 4) След. >>
Список литературы по разделу