INFINAN.RU

ИНСТИТУТ ФИНАНСОВОГО АНАЛИЗА



 


           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   При значениях Кт   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  
 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, ), 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   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


           стр. 1 (из 4)           След. >>

Список литературы по разделу