Las causas de los fallos de los equipos mecánicos proceden de diversas fuentes; algunas se deben a defectos inherentes al propio equipo, mientras que otras están relacionadas con problemas de diseño, como una estructura de diseño original, dimensiones, coordinación y selección de materiales poco razonables. También hay problemas con los defectos de los materiales de las piezas, como la calidad desigual del material, la tensión residual interna excesiva, etc.
Los problemas de fabricación, como las cuestiones técnicas en el procesamiento mecánico, la fundición, la forja, el tratamiento térmico, el montaje y las piezas estándar durante el proceso de fabricación, también contribuyen a los fallos. Además, los problemas de montaje, como la selección y el ajuste inadecuados de las piezas, así como una instalación incorrecta, pueden provocar problemas. Por último, los problemas en la inspección y las pruebas también pueden causar fallos en los equipos.
Se considera que una pieza mecánica ha fallado cuando pierde su función especificada. Se considera que una pieza ha fallado si se encuentra en uno de los dos estados siguientes: no puede completar su función especificada o no puede seguir utilizándose de forma fiable y segura.
El fallo de las piezas es la causa principal de las averías de los equipos mecánicos. Por lo tanto, el estudio de los patrones de fallo de las piezas, la identificación de las causas de sus fallos y la adopción de medidas de mejora son de gran importancia para reducir la aparición de fallos mecánicos y prolongar la vida útil de la maquinaria.
La principal manifestación de los fallos de las piezas mecánicas es el desgaste de las superficies de contacto de las piezas, que representa la mayor proporción de los daños de las piezas. La corrosión y el envejecimiento del material son otro tipo inevitable de fallo durante el proceso de trabajo de las piezas, pero su proporción suele ser mucho menor. Estas dos formas de fallo resumen esencialmente los principales modos de fallo de las piezas mecánicas en condiciones normales de uso.
Otras formas de fracaso, como fractura por fatiga y deformación de piezas, aunque se dan con frecuencia en la práctica y se consideran las formas más peligrosas de fallo, se deben sobre todo a defectos de fabricación y diseño, o a un mantenimiento y uso inadecuados de la maquinaria.
El análisis de fallos se refiere a la investigación y el estudio de las características y reglas de fenómenos o procesos como el desgaste, la fractura, la deformación y la corrosión de piezas, con el fin de identificar las principales causas de fallo y adoptar métodos de control adecuados.
La finalidad del análisis de fallos es proporcionar una base fiable para la formulación de esquemas técnicos de reparación y controlar determinados factores causantes de fallos, con el fin de reducir los índices de avería de los equipos y prolongar su vida útil.
Además, el análisis de fallos también puede proporcionar información de retorno para el diseño y la fabricación de equipos, y aportar pruebas objetivas para la identificación de accidentes en equipos.
1) Patrón de desgaste de los componentes
Es bien sabido que unidades fundamentales como piezas y componentes constituyen maquinaria como automóviles y tractores. Los pares formados por muchas piezas, como cojinetes, engranajes y conjuntos pistón-cilindro, experimentan cierta fricción y desgaste hasta que finalmente fallan bajo la influencia de fuerzas externas y factores ambientales como el calor y los productos químicos.
Entre todos los fallos mecánicos, los relacionados con el desgaste representan una proporción significativa. Por lo tanto, es esencial comprender los patrones de desgaste de los componentes y sus pares coincidentes.
a) Curva típica de desgaste de los componentes
El desgaste es un tipo de fallo progresivo. Por ejemplo, las averías causadas por el desgaste de los cilindros difieren de las averías bruscas como la rotura de la correa del ventilador o la avería del condensador, ya que estas últimas son averías repentinas, mientras que las averías causadas por el desgaste son averías de desgaste.
b) Desgaste admisible y desgaste límite
2) Desgaste abrasivo
También conocido como desgaste por partículas, el desgaste abrasivo se produce cuando existen partículas duras entre las superficies de contacto de los pares de fricción, o cuando la dureza del material de una de las partes es significativamente mayor que la de la otra, dando lugar a un fenómeno de desgaste similar a corte de metales.
Es un tipo de desgaste mecánico caracterizado por marcas de corte visibles en la superficie de contacto. Entre todos los tipos de desgaste, el desgaste abrasivo representa aproximadamente 50%, lo que lo convierte en la forma más común y dañina de desgaste.
Su índice de desgaste y su intensidad son elevados, lo que reduce considerablemente la vida útil de los equipos mecánicos y provoca un consumo considerable de energía y material.
En función de la tensión y el impacto que sufre la superficie de fricción, el desgaste abrasivo puede dividirse a su vez en tres tipos: estilo cincelado, estilo rectificado de alta tensión y estilo rayado de baja tensión.
a) Mecanismo de desgaste abrasivo
La acción mecánica de las partículas abrasivas implica dos procesos: uno es el proceso de microcorte a lo largo de la superficie de fricción por las partículas abrasivas; el otro es la tensión de contacto alternante en la capa superficial causada por las partículas, que conduce a impresiones densas en constante cambio en la capa superficial y, en última instancia, a la erosión debida a la fatiga de la superficie.
Las fuentes de partículas abrasivas incluyen polvo y arena externos, intrusión de virutas, arrastre de fluidos, restos de desgaste superficial, puntos duros superficiales de la estructura del material e inclusiones. Una característica notable del desgaste abrasivo es que la superficie de desgaste presenta pequeñas ranuras paralelas a la dirección del movimiento relativo, con pequeñas virutas en espiral, circulares o curvadas y algo de polvo.
b) Medidas para reducir el desgaste abrasivo
El desgaste abrasivo está causado por la acción mecánica de partículas abrasivas sobre la superficie del par de fricción. Por lo tanto, las estrategias para reducir o eliminar el desgaste abrasivo pueden enfocarse desde los dos aspectos siguientes.
i) Reducir la entrada de abrasivos
Evitar la entrada de abrasivos externos en los pares de fricción de los equipos mecánicos y eliminar rápidamente las virutas producidas durante el proceso de rodaje.
Las medidas específicas incluyen la instalación de filtros de aire y filtros de combustible/aceite, la adición de dispositivos de sellado a prueba de polvo, la instalación de magnetita, salas de recogida de virutas e indicadores de contaminación por aceite en el sistema de lubricación, y la limpieza y sustitución periódicas de los dispositivos de filtración de aire, combustible y aceite.
ii) Mejorar la resistencia al desgaste de las superficies de los componentes
En primer lugar, pueden seleccionarse materiales con buena resistencia al desgaste.
En segundo lugar, para los componentes que requieren resistencia al desgaste y están sometidos a cargas de impacto, el tratamiento térmico y la tratamiento superficial puede utilizarse para mejorar las propiedades de la superficie del material componente, aumentar la dureza de la superficie y esforzarse por superar la dureza del abrasivo.
En tercer lugar, para componentes con requisitos de precisión menos estrictos, se pueden soldar aleaciones resistentes al desgaste en la superficie de trabajo para mejorar la resistencia al desgaste.
3) Desgaste del adhesivo
El desgaste adhesivo se refiere al tipo de desgaste causado por la transferencia de material de una superficie de fricción a otra durante el movimiento relativo. Dependiendo del grado de daño en la superficie del par de fricción, el desgaste adhesivo puede clasificarse en cinco tipos: desgaste menor, embadurnamiento, raspado, desgarro y agarrotamiento.
① Mecanismo de desgaste adhesivo
Cuando el par de fricción funciona en condiciones de carga pesada, el calor generado por la lubricación deficiente, la alta velocidad relativa de movimiento y la fricción no puede disiparse con la suficiente rapidez, lo que provoca temperaturas superficiales extremadamente altas.
En casos graves, la capa superficial del metal puede ablandarse o fundirse, reduciendo la resistencia de la superficie. Las protuberancias superficiales de alta presión se adhieren entre sí y posteriormente se desgarran durante el movimiento relativo. Esto hace que el material se transfiera de la superficie más débil a la más fuerte, provocando daños catastróficos en el par de fricción, como agarrotamiento o rayado.
② Medidas para reducir el desgaste del adhesivo
a. Controlar el estado de la superficie del par de fricción
Cuanto más limpia y lisa sea la superficie de fricción, más probable será que se produzca desgaste adhesivo, especialmente si el rugosidad superficial es excesivamente pequeño. Las superficies metálicas suelen tener películas adsorbidas que pueden romperse por deformación plástica o aumentos de temperatura de 100-200℃, y ambas cosas pueden provocar desgaste adhesivo.
Para reducir el desgaste del adhesivo, debe elegirse un lubricante adecuado en función de la carga, la temperatura, la velocidad y otras condiciones de trabajo.
También pueden añadirse aditivos al lubricante para establecer las condiciones de lubricación necesarias. El oxígeno de la atmósfera puede formar una película protectora de óxido sobre el superficie metálicaLa tecnología de la cinta adhesiva evita el contacto directo con el metal y la adherencia, reduciendo la fricción y el desgaste.
b. Controlar la Composición del material y microestructura de la superficie del par de fricción
El desgaste por adherencia es más probable que se produzca entre dos materiales metálicos con composiciones y microestructuras similares, debido a su fuerte tendencia a formar soluciones sólidas o compuestos intermetálicos.
Por lo tanto, los materiales del par de fricción deben ser aquellos con menor tendencia a formar soluciones sólidas, lo que significa que deben tener composiciones materiales y estructuras cristalinas diferentes.
El recubrimiento de una superficie del par de fricción con metales como plomo, estaño, plata o cobre, o aleaciones blandas, puede aumentar la resistencia al desgaste adhesivo. El uso de materiales como el metal Babbitt o el bronce de aluminio como material de superficie de los forros de cojinete puede mejorar su resistencia al desgaste por adherencia. Los pares de acero y hierro fundido también presentan un buen comportamiento frente al desgaste adhesivo.
c. Mejorar las condiciones de transferencia de calor
Seleccionando materiales con buena conductividad térmica y enfriando el par de fricción o tomando medidas adecuadas de disipación del calor, se puede reducir la temperatura durante el movimiento relativo del par de fricción, manteniendo la resistencia de la superficie del par de fricción.
4) Desgaste por fatiga
El desgaste por fatiga se refiere al fenómeno en el que partículas microscópicas de un material se desprenden debido a grietas por fatiga formadas bajo tensiones cíclicas de contacto en zonas localizadas de la superficie del par de fricción. Dependiendo del contacto y del movimiento relativo entre los pares de fricción, el desgaste por fatiga puede dividirse en desgaste por fatiga por contacto de rodadura y desgaste por fatiga por contacto de deslizamiento.
① Mecanismo de desgaste por fatiga
El proceso de desgaste por fatiga es el proceso destructivo de formación y expansión de grietas, y la formación y desprendimiento de partículas microscópicas. El desgaste abrasivo y el desgaste adhesivo están relacionados con el contacto directo con la superficie del par de fricción. Si un lubricante separa las dos superficies de fricción, estos dos mecanismos de desgaste no funcionan.
En el caso del desgaste por fatiga, aunque haya lubricante entre las superficies de fricción y éstas no entren en contacto directamente, puede producirse debido a la tensión transmitida a través del aceite lubricante película.
A diferencia del desgaste por abrasión y del desgaste por adherencia, el desgaste por fatiga no se produce inmediatamente, sino que, tras un cierto número de ciclos de tensión, las partículas microscópicas se desprenden, haciendo que el par de fricción pierda su capacidad de funcionamiento. Los mecanismos del desgaste por fatiga pueden dividirse en los dos casos siguientes en función de la localización de la formación de la grieta.
a. Desgaste por fatiga por contacto de rodadura
La aparición de picaduras espinosas o con marcas de viruta de profundidad variable (profundidad inferior a 0,1-0,2 mm) o el desprendimiento de partículas de mayor superficie en la superficie de pares de fricción de rodadura relativa, como rodamientos y engranajes de transmisión, se debe al desgaste por fatiga por contacto de rodadura, también conocido como desgaste por picaduras o desprendimiento.
b. Desgaste por fatiga por contacto deslizante
Para dos objetos en contacto deslizante, el esfuerzo cortante alcanza su máximo a una profundidad de 0,786b por debajo de la superficie (b es la mitad de la anchura del área de contacto plano), donde la deformación plástica es la más grave. La deformación repetida bajo cargas cíclicas debilitará la resistencia local en la superficie del material y las grietas aparecerán primero aquí.
La acción combinada del esfuerzo cortante causado por la fricción de deslizamiento y la carga normal desplaza el esfuerzo cortante máximo de 0,786b a una superficie más profunda, lo que provoca un desgaste por fatiga de deslizamiento. La profundidad de la capa pelada suele ser de 0,2-0,4 mm.
② Estrategias para reducir o eliminar el desgaste por fatiga
Las estrategias para reducir o eliminar el desgaste por fatiga pasan por controlar los factores que afectan a la formación y expansión de grietas, principalmente en los dos aspectos siguientes.
a. Selección adecuada del material y del tratamiento térmico
La presencia de inclusiones en el acero pueden provocar fácilmente una concentración de tensiones, y los bordes de estas inclusiones son los más propensos a formar grietas, reduciendo así la vida a fatiga por contacto del material. La microestructura del material y los defectos internos también afectan en gran medida al desgaste.
Generalmente, los granos pequeños y uniformes y los carburos distribuidos esféricamente mejoran la vida a fatiga por contacto de rodadura. Cuando el contenido de carbono en martensita se sitúa en torno a 0,4%-0,5% en las mismas condiciones de carburos no disueltos, la resistencia y la tenacidad del material están bien equilibradas y la vida a la fatiga por contacto es elevada.
Para sin disolver carburos, un tratamiento térmico adecuado para que sean menos, más finos y estén distribuidos uniformemente puede ayudar a eliminar las grietas de fatiga. El aumento de la dureza dentro de un cierto rango también aumentará la resistencia a la fatiga por contacto.
Por ejemplo, acero para rodamientos La dureza superficial alcanza su máxima capacidad antidesgaste en torno a los 62HRC. Para los dientes de los engranajes, un rango de dureza de 58-62HRC es óptimo.
Además, también es importante que la dureza entre dos cuerpos rodantes en contacto sea la misma. Por ejemplo, en los rodamientos, es conveniente que la pista de rodadura y el elemento rodante tengan una dureza similar, o que el elemento rodante sea aproximadamente 10% más duro que la pista de rodadura.
b. Selección adecuada de la rugosidad superficial
La experiencia demuestra que reducir adecuadamente la rugosidad superficial es una forma eficaz de mejorar la capacidad de desgaste antifatiga. Por ejemplo, cuando la rugosidad superficial de un rodamiento se reduce de Ra 0,40μm a Ra 0,20μm, su vida útil puede aumentar 2-3 veces; cuando se reduce de Ra 0,20μm a Ra 0,10μm, la vida útil puede duplicarse.
Sin embargo, reducirla por debajo de Ra 0,05μm tiene poco impacto en la prolongación de la vida útil. El requisito de rugosidad superficial está relacionado con la tensión de contacto en la superficie. Normalmente, cuando la tensión de contacto es elevada o la dureza de la superficie es alta, se requiere un valor de rugosidad superficial menor.
Además, el estado de la tensión superficial, el grado de precisión del ajuste y la naturaleza de la aceite lubricante pueden afectar a la tasa de desgaste por fatiga. Por lo general, una tensión superficial excesiva, unas holguras de ajuste demasiado pequeñas o demasiado grandes, o las sustancias corrosivas producidas por el aceite lubricante durante el uso pueden agravar el desgaste por fatiga.
5) Desgaste corrosivo
① Mecanismo del desgaste corrosivo
Durante el proceso de fricción, los metales reaccionan simultáneamente de forma química o electroquímica con el medio circundante, provocando la formación y el desprendimiento de productos de corrosión en el superficie metálica. Este fenómeno se denomina desgaste corrosivo.
Es un fenómeno de desgaste formado por la combinación de la corrosión y el desgaste mecánico, por lo que su mecanismo difiere de los del desgaste abrasivo, el desgaste adhesivo y el desgaste por fatiga. Se trata de un proceso de desgaste extremadamente complejo que se produce con frecuencia en entornos de alta temperatura o humedad y es más probable que se produzca en condiciones con medios especiales como ácidos, álcalis y sales.
En función del medio corrosivo y de las propiedades del material, el desgaste corrosivo se divide generalmente en dos categorías: desgaste por oxidación y desgaste corrosivo en medios especiales.
a. Desgaste por oxidación
Este tipo de desgaste, conocido como desgaste por oxidación, se produce cuando la película de óxido formada en la superficie de fricción debido a la acción del oxígeno del aire o del lubricante se elimina rápidamente por fricción mecánica. La gran mayoría de los metales utilizados en la industria pueden formar una película superficial de óxido cuando se oxidan, y las propiedades de estas películas de óxido tienen un impacto significativo en el desgaste.
Si en la superficie metálica se forma una película de óxido densa e intacta que está firmemente unida al sustrato, y la película tiene una buena resistencia al desgaste, el desgaste será menor.
Sin embargo, si la resistencia al desgaste de la película es pobre, el desgaste será severo. Por ejemplo, tanto el aluminio como el acero inoxidable forman fácilmente una película de óxido, pero la resistencia al desgaste de la película de óxido en la superficie del aluminio es pobre, mientras que la del acero inoxidable es buena, por lo tanto, el acero inoxidable tiene una mayor resistencia al desgaste por oxidación que el aluminio.
b. Desgaste corrosivo en medios especiales
Se denomina desgaste corrosivo en medios especiales a la forma de desgaste en la que los productos de corrosión formados en la superficie de fricción debido a la acción de electrolitos como ácidos y álcalis del medio ambiente se eliminan rápidamente por fricción mecánica.
El mecanismo de este desgaste es similar al del desgaste por oxidación, pero su tasa de desgaste es mucho mayor. La naturaleza del medio, la temperatura ambiente, la resistencia de los productos de corrosión, la adherencia y otros factores influyen considerablemente en la tasa de desgaste.
Este tipo de desgaste corrosivo es muy probable que ocurra, como en las bombas de transporte de fluidos, que al transportar fluidos corrosivos, especialmente fluidos que contienen partículas sólidas, todas las piezas en contacto con el fluido estarán sometidas a un desgaste corrosivo.
② Medidas para reducir el desgaste corrosivo
a. Elección del material adecuado y aplicación de un tratamiento antioxidante a la superficie. Pueden seleccionarse aceros que contengan elementos como cromo, níquel, molibdeno y tungsteno para mejorar la resistencia al desgaste por oxidación de la superficie de fricción.
Alternativamente, los tratamientos de refuerzo como la inyección granallado y el prensado con rodillo, o el tratamiento anódico, pueden aplicarse a la superficie de fricción para formar una estructura densa o película de óxido en la superficie metálica, mejorando así su resistencia al desgaste por oxidación.
b. Para el desgaste corrosivo bajo la acción de medios específicos, la tasa de desgaste puede reducirse controlando las condiciones de formación del medio corrosivo, seleccionando materiales adecuados resistentes al desgaste y cambiando la forma de actuar del medio corrosivo.
6) Desgaste por rozamiento
El desgaste por rozamiento, que se produce cuando dos superficies de contacto fijas experimentan vibraciones de amplitud menor, se manifiesta principalmente en interfaces de componentes relativamente estacionarias, como superficies de conexión de chavetas, superficies de ajuste de interferencia o transición, o superficies conectadas mediante pernos o remaches en el cuerpo de la máquina. Como tal, a menudo se pasa por alto.
El principal riesgo del desgaste por rozamiento es la disminución de la precisión de ajuste, junto con la reducción de la interferencia de las piezas ajustadas por interferencia e incluso el aflojamiento. Podría provocar el aflojamiento o la separación de las conexiones y, en casos graves, causar accidentes. El desgaste por frotamiento también podría inducir una concentración de tensiones, lo que daría lugar a fractura por fatiga de los conectores.
i) Mecanismo de desgaste por rozamiento
El desgaste por frotamiento es un tipo de desgaste compuesto que engloba el desgaste abrasivo, el desgaste adhesivo y el desgaste oxidativo. Suele concentrarse en un área local en la que la tensión de contacto hace que protuberancias microscópicas de la superficie de contacto se deformen plásticamente y den lugar a la adhesión del metal.
Los puntos adhesivos se cizallan bajo el efecto repetitivo de vibraciones de pequeña amplitud, y las superficies cizalladas se oxidan. Como las superficies de contacto nunca pierden el contacto, las partículas de desgaste no se expulsan fácilmente. Estas partículas actúan como abrasivos en la superficie de contacto debido a las vibraciones, con lo que el desgaste por rozamiento es una combinación de desgaste adhesivo, oxidativo y abrasivo.
ii) Medidas para reducir o eliminar el desgaste por rozamiento
La experiencia práctica indica que propiedades del materialLos principales factores que afectan al desgaste por rozamiento son la carga, el tamaño de la amplitud y la temperatura. Por lo tanto, las principales estrategias para reducir o eliminar el desgaste por frotamiento son las siguientes:
a) Mejorar las propiedades de los materiales
La elección de parejas de materiales adecuadas y el aumento de la dureza pueden reducir el desgaste por rozamiento. Por lo general, los materiales con buenas propiedades antiadherentes también son resistentes al desgaste por rozamiento, mientras que las parejas como aluminio con hierro fundido, aluminio con acero inoxidable y acero para herramientas con acero inoxidable, que tienen malas propiedades antiadherentes, son más susceptibles al desgaste por rozamiento.
El aumento de la dureza superficial del acero al carbono de 180HV a 700HV puede reducir el desgaste por rozamiento en 50%. Los tratamientos de sulfuración o fosfatación de la superficie y los revestimientos de politetrafluoroetileno (PTFE) también son medidas eficaces para reducir el desgaste por rozamiento.
b) Controlar la carga y aumentar el pretensado
En determinadas condiciones, la cantidad de desgaste por rozamiento aumenta con la carga, pero la tasa de aumento disminuye continuamente. Una vez superada cierta carga crítica, el desgaste disminuye. Por lo tanto, el control de la tensión previa o la interferencia de los ajustes de interferencia puede ralentizar eficazmente el desgaste por rozamiento.
c) Amplitud de control
Los experimentos han demostrado que cuando la amplitud es pequeña, la tasa de desgaste también lo es. Sin embargo, cuando la amplitud está entre 50-150μm, la tasa de desgaste aumenta significativamente. Por lo tanto, la amplitud debe controlarse eficazmente dentro de 30μm.
d) Controlar adecuadamente la temperatura
Para el acero con poco carbono por encima de 0℃, la cantidad de desgaste disminuye gradualmente a medida que aumenta la temperatura. Una disminución repentina en desgaste ocurre en 150-200℃, pero si la temperatura continúa subiendo, el desgaste aumenta. Cuando la temperatura sube de 135℃ a 400℃, el desgaste puede aumentar hasta 15 veces. Para el acero de carbono medio, un punto de inflexión en el desgaste por frotamiento ocurre en 130℃ bajo condiciones constantes. Por encima de esta temperatura, la cantidad de desgaste por rozamiento disminuye significativamente.
e) Elija el lubricante adecuado
Los experimentos demuestran que los lubricantes líquidos ordinarios no son eficaces para prevenir el desgaste por rozamiento. Las grasas lubricantes de alta viscosidad, alto punto de gota y gran resistencia al cizallamiento tienen cierto efecto en la prevención del desgaste por rozamiento. Los más eficaces son los lubricantes sólidos como el MoS2.
7) Control del desgaste
① Factores de control
Los factores que afectan al desgaste son complejos, pero pueden agruparse a grandes rasgos en cuatro categorías: propiedades de los materiales, condiciones de funcionamiento, factores geométricos y entorno de trabajo, cada una de las cuales engloba numerosos elementos específicos.
En particular, no todos los procesos de desgaste requieren una consideración exhaustiva de estos factores. Para una determinada condición de desgaste, algunos factores pueden ser cruciales y requerir consideración, mientras que otros pueden no ser significativos o incluso relevantes.
② Consideraciones generales para la selección del material de las piezas de desgaste
Independientemente de las condiciones de desgaste, la correcta selección de materiales para controlar el desgaste de la pieza y garantizar la calidad del producto es crucial. El primer paso en la selección del material adecuado implica un conocimiento detallado de las condiciones operativas y el entorno de la pieza. A partir de ahí, se determinan los requisitos generales de rendimiento de la pieza.
En general, estos requisitos generales de rendimiento pueden dividirse en dos categorías principales: requisitos de rendimiento no tribológicos y requisitos de rendimiento tribológicos. Los requisitos de rendimiento no tribológicos pueden dividirse a su vez en dos tipos: requisitos de rendimiento generales y requisitos de rendimiento especiales.
Consideremos como ejemplo un cojinete de deslizamiento. Como pieza mecánica, debe poseer cierta resistencia, plasticidad, maquinabilidad y rentabilidad, que son requisitos generales de las piezas mecánicas.
Sin embargo, como cojinete deslizante, también debe tener una dureza adecuada y una buena conductividad térmica, que son requisitos especiales dentro de los requisitos de rendimiento no tribológicos.
Por supuesto, como componente de fricción, lo más importante son los requisitos de rendimiento tribológico, de ahí su clasificación por separado. Estos suelen incluir las condiciones de daño superficial, el coeficiente de fricción, la tasa de desgaste y los límites de funcionamiento.
Las condiciones o tendencias de daño superficial, en el caso del desgaste por deslizamiento, dependen principalmente de la compatibilidad entre los materiales emparejados. Como ya se ha señalado, dos metales con una elevada solubilidad mutua pueden adherirse o soldarse fuertemente, provocando arañazos o agarrotamientos. Esto se aplica a las aleaciones basadas en hierro y níquel, así como a las aleaciones de titanio y aleaciones de aluminio.
Sin embargo, los materiales de alta dureza, como el acero templado con una dureza superior a 60 HRC, no están sujetos a esta restricción, lo que significa que pueden utilizarse en condiciones de autoensamblaje.
En cuanto al coeficiente de fricción, en algunas situaciones debe considerarse específicamente, como en los dispositivos de frenado, sujeción y algunos dispositivos de transmisión. En general, el coeficiente de fricción determina el rendimiento dinámico del sistema, la tensión superficial del material, la temperatura de la superficie y la potencia requerida por el sistema.
En cuanto a la tasa de desgaste, influye directamente en la vida útil de la pieza, y su importancia en la selección de materiales es evidente. Es importante destacar que los mecanismos de desgaste en distintas condiciones de funcionamiento pueden variar enormemente.
Para reducir la tasa de desgaste de los distintos mecanismos o tipos de desgaste, los requisitos de rendimiento de los materiales no son totalmente iguales. Por lo tanto, un punto crucial a la hora de elegir los materiales de las piezas de desgaste es determinar primero el mecanismo de desgaste dominante.
El daño por corrosión de las piezas se refiere al fenómeno de pérdida de material superficial, destrucción de la calidad superficial y daño de la estructura cristalina interna causado por la reacción química o electroquímica entre materiales metálicos y el medio circundante, provocando en última instancia el fallo de la pieza.
El daño por corrosión de las piezas metálicas presenta las siguientes características: el daño comienza siempre a partir de la capa superficial del metal, a menudo acompañado de cambios externos como picaduras, manchas y roturas. El metal dañado se transforma en compuestos como óxidos o hidróxidos, formando sustancias corrosivas parcialmente adheridas a la superficie metálica, como una capa de óxido de hierro adherida a una pieza oxidada. chapa de acero.
1) Tipos de corrosión Daños
En función del mecanismo de interacción entre el metal y el medio, los daños por corrosión de las piezas mecánicas pueden dividirse en dos grandes categorías: corrosión química y corrosión electroquímica.
① Corrosión química de piezas mecánicas
La corrosión química se refiere a la corrosión causada por la reacción química entre el metal y el medio sin la generación de corrientes eléctricas, cuando el medio no es conductor.
Los medios que causan la corrosión química suelen adoptar dos formas: la corrosión gaseosa, que se produce en el aire seco, los gases a alta temperatura y otros medios; y la corrosión en soluciones no electrolíticas, que se produce en líquidos orgánicos, gasolina y aceites lubricantes, y otros medios.
Al entrar en contacto con el metal, sufren reacciones químicas que forman una película superficial que provoca la corrosión de las piezas, ya que la película se desprende y regenera constantemente.
La mayoría de los metales pueden oxidarse espontáneamente en el aire a temperatura ambiente. Sin embargo, una vez que se forma una capa de óxido en la superficie, si puede aislar eficazmente la transferencia de sustancias entre el metal y el medio, se convierte en una película protectora. Si la capa de óxido no puede impedir eficazmente la reacción de oxidación, el metal seguirá oxidándose y sufrirá daños por corrosión.
② Corrosión electroquímica de piezas metálicas
La corrosión electroquímica se produce cuando los metales entran en contacto con sustancias electrolíticas. La mayor parte de la corrosión de los metales entra dentro de la corrosión electroquímica. La característica de la corrosión electroquímica de los metales es que el medio que causa la corrosión es un electrolito conductor, con corrientes eléctricas generadas durante el proceso de corrosión. La corrosión electroquímica es más común y significativamente más potente que la corrosión química.
2) Estrategias para reducir o eliminar los daños por corrosión en las piezas mecánicas
① Selección adecuada del material
Elija materiales resistentes a la corrosión adecuados en función de las condiciones ambientales y el uso, como por ejemplo aceros aleados que contengan elementos como níquel, cromo, aluminio, silicio, titanio, etc. Si es posible, intente utilizar materiales como nailon, plástico y cerámica.
② Diseño estructural racional
Al diseñar las estructuras de las piezas, hay que esforzarse por conseguir unas condiciones uniformes en toda la superficie, logrando un diseño racional, una forma simplificada y una rugosidad superficial adecuada. Debe evitarse el contacto entre metales con diferencias de potencial significativas, así como la concentración de tensión estructural, la tensión térmica, el estancamiento y la acumulación de fluidos, el sobrecalentamiento local y fenómenos similares.
③ Aplicación del revestimiento protector
Cubra la superficie metálica con una capa protectora metálica resistente a la corrosión, como capas galvanizadas, cromadas o recubiertas de molibdeno, para aislar el metal del medio y evitar la corrosión. No metálico También pueden aplicarse capas protectoras y capas protectoras químicas, como pinturas a base de aceite, cloruro de polivinilo, fibra de vidrio, etc.
Alternativamente, se puede cubrir la superficie metálica con una fina película de compuesto mediante métodos químicos o electroquímicos, como fosfatado, pavonado, pasivado, oxidación, etc.
④ Protección electroquímica
La corrosión electroquímica se produce por la formación de una región anódica y otra catódica en una solución electrolítica metálica, lo que crea una cierta diferencia de potencial y forma una pila química. La protección electroquímica consiste en polarizar las piezas mecánicas a proteger con una corriente continua para eliminar esta diferencia de potencial.
Cuando se alcanza un determinado potencial, la corrosión del metal protegido puede minimizarse o incluso eliminarse. Este método requiere que el medio sea conductor y continuo.
⑤ Añadir inhibidores de corrosión
Añadir una pequeña cantidad de inhibidores de corrosión al medio corrosivo puede reducir la corrosión. En función de sus propiedades químicas, los inhibidores de la corrosión se dividen en inorgánicos y orgánicos.
Los inhibidores inorgánicos pueden formar una capa protectora en la superficie del metal, aislándolo del medio, como el dicromato potásico, el nitrato sódico, el sulfito sódico, etc. Los compuestos orgánicos pueden adsorberse en la superficie metálica, reduciendo la disolución del metal e inhibiendo las reacciones de reducción, mitigando así la corrosión del metal.
Algunos ejemplos son las sales de amina, el agar, la cola animal, los alcaloides, etc. Cuando se utilicen inhibidores de la corrosión para la anticorrosión, debe prestarse especial atención a su tipo, concentración y tiempo de eficacia.
⑥ Alteración de las condiciones ambientales
Este método consiste en eliminar las sustancias corrosivas del entorno, por ejemplo mediante ventilación forzada, deshumidificación o eliminación de gases nocivos como el dióxido de azufre, para reducir los daños por corrosión.
1) Tipos de fractura
Por fractura se entiende la rotura de una pieza tras ciclos repetidos de esfuerzo o carga de energía debido a determinados factores. La superficie que se forma tras la fractura de una pieza se denomina superficie de fractura. Existen muchos tipos de fracturas, estrechamente relacionados con la causa de la fractura, de los cuales se distinguen cinco tipos en ingeniería.
① Fractura por sobrecarga
Este tipo de fractura se produce cuando una fuerza externa supera la tensión límite que puede soportar la sección transversal crítica de una pieza. La superficie de fractura tiene un aspecto similar a la superficie de fractura en un ensayo de tracción de un material. En el caso de materiales dúctiles como el acero, se produce una deformación plástica notable antes de la fractura, y la superficie de fractura presenta necking, con forma de cono de copa, lo que se conoce como fractura dúctil.
La causa del fallo debe analizarse desde aspectos como el diseño, el material, el proceso, la carga de funcionamiento y el entorno. En el caso de materiales frágiles como la fundición, la deformación plástica previa a la fractura es escasa o nula, y ésta se desarrolla muy rápidamente.
La superficie de fractura es lisa, brillante y perpendicular a la tensión normal, lo que se conoce como fractura frágil. Dado que no hay precursores evidentes de la fractura frágil, la aparición de accidentes es repentina, lo que la convierte en una forma muy peligrosa de daño por fractura. En la actualidad, la mayor parte de la investigación sobre fractura se centra en la fractura frágil.
② Fractura por corrosión
Este tipo de fractura se produce cuando una pieza, bajo la influencia de un medio corrosivo, experimenta una tensión alterna inferior a su resistencia a la tracción, lo que provoca una fractura con el paso del tiempo. El aspecto macroscópico de la superficie de fractura presenta características frágiles, incluso en materiales dúctiles.
Las grietas suelen originarse en la superficie y son de origen múltiple. Las características de la corrosión pueden observarse en la superficie de la fractura.
③ Fractura frágil de baja tensión.
Hay dos tipos: uno es cuando los procesos de fabricación inadecuados o las bajas temperaturas del entorno de funcionamiento hacen que el material sea quebradizo, lo que conduce a la fractura frágil bajo poca tensión.
Ejemplos comunes son la fragilidad por revenido y la fragilidad a baja temperatura en el acero. El otro tipo es la fractura frágil inducida por hidrógeno, que se produce cuando una pieza se fractura bajo una tensión inferior al límite elástico del material debido a la influencia del hidrógeno.
El origen de la grieta en la fractura frágil inducida por hidrógeno se encuentra justo debajo de la superficie, y no es un punto único sino una pequeña mancha. La zona de propagación de la grieta aparece como partículas granuladas oxidadas, que contrastan fuertemente con la zona de fractura, y la superficie de fractura es macroscópicamente lisa.
④ Fractura por fluencia
Cuando una pieza metálica se somete a temperatura y tensión constantes durante un periodo prolongado, la deformación plástica se produce lentamente, incluso bajo tensiones inferiores al límite elástico del material, lo que acaba provocando la fractura de la pieza.
Hay una deformación significativa cerca de la superficie de fractura por fluencia, junto con muchas grietas, principalmente fracturas intergranulares. La superficie de fractura presenta una película de óxido, y a veces también pueden observarse cavidades de fluencia.
⑤ Fractura por fatiga
Una fractura por fatiga es un fenómeno de fractura inducido tras un cierto número de cargas cíclicas o tensiones alternas en la pieza metálica. En el fallo de una pieza mecánica, las fracturas por fatiga representan una gran proporción, alrededor de 50% a 80%.
Los ejes, engranajes, bielas de motores de combustión interna y otros están sometidos a cargas alternas, y la mayoría de sus fracturas son fracturas por fatiga.
Las características macroscópicas de las superficies de fractura por fatiga pueden dividirse claramente en tres regiones: la zona de origen de la fatiga, la zona de propagación de la grieta por fatiga y la zona de fractura instantánea. La zona de origen de la fatiga es donde se forma inicialmente la grieta de fatiga, que suele producirse en la superficie de la pieza.
Sin embargo, si la superficie del material está endurecida o existen defectos internos, también puede producirse justo debajo de la superficie o en el interior de la pieza. La zona de origen de la fatiga suele ser una pequeña región con una superficie lisa y limpia en la que no se aprecian marcas de playa.
La característica más notable de la zona de propagación de la grieta de fatiga son las estrías de fatiga macroscópicas y las líneas de fatiga microscópicas. Las estrías de fatiga forman aproximadamente círculos o arcos concéntricos alrededor del origen de la fatiga, que se expanden hacia fuera como ondas en el agua, perpendiculares a la dirección de propagación de la grieta.
La zona de fractura instantánea es la región de fractura rápida que se produce cuando la grieta de fatiga se expande hasta alcanzar un tamaño crítico. Su característica macroscópica es similar a la región de fractura rápida y a los labios de cizalladura en la carga estática fractura por tracción.
Las apariencias macroscópicas de varios tipos de superficies de fractura se muestran en las Figuras 1-4. A través del estudio de las superficies de fractura de las piezas rotas, se puede inferir la naturaleza y el tipo de fractura, y se puede encontrar la causa del daño, por lo que se pueden tomar medidas preventivas.
2) Análisis del fallo por fractura y sus contramedidas
①Análisis de fallos de fractura - Los pasos son los siguientes:
a. Investigación de campo
Después de que se produzca una fractura, es importante investigar y registrar rápidamente las circunstancias anteriores y posteriores a la fractura, incluyendo la toma de fotografías o vídeos si es necesario. Los fragmentos de la pieza rota deben conservarse cuidadosamente para evitar la oxidación, la corrosión y la contaminación.
No deben moverse ni limpiarse hasta que se hayan identificado y fotografiado las características de la fractura. También deben investigarse y registrarse minuciosamente las condiciones de trabajo, la situación operativa y el entorno circundante en ese momento.
b. Análisis del componente de fallo primario
Cuando un componente clave se fractura, a menudo puede provocar la rotura de otros componentes asociados. En estos casos, es fundamental establecer un orden claro de los acontecimientos e identificar con precisión el componente principal de la fractura, ya que de lo contrario los resultados del análisis podrían ser erróneos.
El componente de fallo principal puede estar destrozado, y sus fragmentos deben recogerse y volver a ensamblarse para identificar la primera grieta, que es la grieta principal.
Comience con un análisis macroscópico de la fractura, observando y analizando la fractura a simple vista o con una lupa de baja potencia de 20x o menos. Antes del análisis, limpie cualquier mancha de aceite de la pieza dañada.
El óxido de la fractura puede eliminarse química o electroquímicamente para eliminar la capa de óxido. Observe cuidadosamente la morfología de la fractura, la ubicación de la grieta y la relación entre la fractura y la dirección de deformación para determinar la relación entre la grieta y las fuerzas implicadas y la ubicación del origen de la grieta.
Identificar la causa y la naturaleza de la fractura para proporcionar una base para el análisis microscópico.
A continuación, realice un análisis microscópico de la fractura utilizando un microscopio metalográfico o un microscopio electrónico para analizar con más detalle la relación entre la morfología de la fractura y la microestructura; los cambios en las regiones microscópicas durante el proceso de fractura; la naturaleza, la forma y la distribución de la estructura metalográfica de la fractura y las inclusiones; junto con la microdureza y el origen de la grieta.
d. Inspección
Realizar una inspección de la estructura metalográfica, la composición química y las propiedades mecánicas para estudiar si existen defectos macroscópicos o microscópicos en el material, la distribución y el desarrollo de grietas, y si la estructura metalográfica es normal. Comprobar si la composición química del metal cumple los requisitos y si sus propiedades mecánicas regulares son satisfactorias.
e. Determinar la causa del fallo
Para determinar la causa del fallo de una pieza, hay que tener en cuenta factores como el material de la pieza, el proceso de fabricación, el estado de carga, la calidad del montaje, los años de uso, el medio y la temperatura del entorno de trabajo y el estado de uso de piezas similares. Combínelos con las características macroscópicas y microscópicas de la fractura para emitir un juicio preciso e identificar las causas primarias y secundarias del fallo por fractura.
②Determinar las contramedidas
Tras identificar la causa del fallo de la fractura, considere las contramedidas desde las siguientes perspectivas:
a. Diseño
Durante el diseño estructural de las piezas, hay que intentar minimizar la concentración de tensiones y elegir los materiales de forma razonable en función del medio ambiente, la temperatura y la naturaleza de la carga.
b. Proceso
Los tratamientos de refuerzo de la superficie pueden aumentar significativamente la vida a fatiga de las piezas, y los recubrimientos superficiales adecuados pueden evitar las fracturas frágiles causadas por las impurezas. Durante el tratamiento térmico de ciertos materiales, la introducción de un gas protector en el horno puede mejorar considerablemente sus propiedades.
c. Instalación y uso
En primer lugar, asegúrese de que la instalación es correcta para evitar tensiones y vibraciones adicionales, y evite que las piezas importantes sufran golpes o arañazos. En segundo lugar, preste atención al uso adecuado, proteja el entorno de funcionamiento del equipo, evite la corrosión por medios corrosivos, evite diferencias excesivas de temperatura en las distintas partes del elemento. Por ejemplo, algunos equipos necesitan funcionar a baja velocidad durante un tiempo durante la producción de invierno, y sólo después de que todas las piezas se hayan precalentado pueden funcionar bajo carga.
1) Concepto básico de deformación de los componentes
Durante el funcionamiento de un equipo mecánico, la deformación se refiere a los cambios de tamaño o forma de un componente debidos a las fuerzas aplicadas. La deformación excesiva es un tipo clave de fallo mecánico y un signo claro de fractura dúctil.
Algunos componentes mecánicos, debido a la deformación, pueden provocar cargas adicionales en las piezas ensambladas, acelerar el desgaste, afectar a las interrelaciones entre varios componentes o incluso provocar resultados catastróficos, como fracturas.
Por ejemplo, deformaciones como la flexión de varios ejes de transmisión, la deflexión o torsión de la viga principal de un puente grúa, la deformación por torsión de la viga principal de un automóvil, o la deformación de componentes básicos como bloques de cilindros o carcasas de cajas de cambios, pueden comprometer la precisión posicional entre ellos. Si la cantidad de deformación supera los límites permitidos, el componente perderá su función designada.
2) Tipos de deformación de la pieza
① Deformación elástica de los metales
La deformación elástica se refiere a la parte de la deformación de un metal que puede recuperarse completamente tras la eliminación de fuerzas externas.
El mecanismo de la deformación elástica consiste en que los átomos del cristal se desvían de sus posiciones de equilibrio originales bajo fuerzas externas, lo que provoca cambios en la distancia entre átomos y, por tanto, el estiramiento o la torsión de la red cristalina.
Por lo tanto, la cantidad de deformación elástica es muy pequeña, generalmente no superior a 0,10% a 1,0% de la longitud original del material. Además, los metales cumplen la ley de Hooke dentro del rango de deformación elástica, es decir, la tensión es directamente proporcional a la deformación.
Muchos materiales metálicos sufrirán una deformación elástica retardada bajo tensiones inferiores al límite elástico. Bajo una determinada magnitud de tensión, la probeta producirá una determinada deformación de equilibrio.
Sin embargo, esta deformación de equilibrio no se produce instantáneamente bajo tensión, sino que requiere un período suficientemente largo de tensión para desarrollarse completamente. Una vez eliminado el esfuerzo, la deformación de equilibrio no desaparece instantáneamente, sino que requiere un tiempo suficiente para desaparecer por completo.
El fenómeno en el que la deformación de equilibrio va por detrás de la tensión cuando el material experimenta una deformación elástica se conoce como fenómeno de retardo de elasticidad, también denominado efecto de retardo elástico.
Las piezas, como los cigüeñales, que se han enderezado en frío vuelven a doblarse al cabo de un tiempo, fenómeno causado por el efecto posterior elástico. La forma de eliminar el efecto de retardo elástico es mediante un proceso de larga duración. recocidoLa temperatura de recocido de las piezas de acero estándar oscila entre 300 y 450°C.
Si una pieza metálica sufre una deformación elástica excesiva más allá de lo permitido por el diseño durante su uso, afectará al funcionamiento normal de la pieza. Por ejemplo, durante el funcionamiento de un eje de transmisión, una deformación elástica excesiva puede provocar un deterioro del engrane del engranaje en el eje, afectando a la vida útil del engranaje y del rodamiento de rodillos que lo soporta.
Una deformación elástica excesiva de una guía o husillo de máquina herramienta provocará una disminución de la precisión de mecanizado o incluso no cumplirá los requisitos de precisión de mecanizado. Por lo tanto, es crucial evitar una deformación elástica excesiva en el funcionamiento de los equipos mecánicos.
② Deformación plástica de los metales
La deformación plástica se refiere a la deformación permanente de un metal que no puede recuperarse tras la eliminación de fuerzas externas.
La mayoría de los metales que se utilizan en la actualidad son policristalinos, y la mayoría son aleaciones. Debido a la existencia de límites de grano en los policristales, las diferentes orientaciones de cada grano y la presencia de átomos de soluto y diferentes fases en las aleaciones, no sólo dificultan y restringen la deformación de cada grano, sino que también obstaculizan gravemente el movimiento de las dislocaciones.
Por lo tanto, la resistencia a la deformación de los policristales es mayor que la de los monocristales, lo que hace que la deformación sea más compleja. De ello se desprende que cuanto más fino es el grano, más límites de grano hay por unidad de volumen, por lo que la resistencia a la deformación plástica es mayor, lo que significa mayor resistencia.
La deformación plástica de los materiales metálicos provocará cambios en su estructura organizativa y sus propiedades. Una gran deformación plástica destruirá la isotropía de los policristales, mostrando anisotropía; también provocará endurecimiento por deformación en los metales.
Al mismo tiempo, debido a las diferencias en las orientaciones de los granos y al efecto de bloqueo de los límites de grano, la deformación de cada grano y dentro de cada grano durante la deformación plástica de los policristales es desigual.
Por lo tanto, después de eliminar la fuerza externa, la recuperación elástica de cada grano es diferente, lo que conduce a la generación de tensión interna o tensión residual en el metal. Además, la deformación plástica aumenta la reactividad de los átomos, provocando una disminución de la resistencia a la corrosión del metal.
La deformación plástica provoca cambios en las dimensiones y formas de diversas piezas de componentes mecánicos, lo que tendrá una serie de consecuencias adversas. Por ejemplo, la deformación plástica del husillo de una máquina herramienta no garantizará la precisión del mecanizado, lo que provocará un aumento de la tasa de rechazos, e incluso puede inutilizar el husillo.
Aunque la deformación plástica local de una pieza no causa el fallo de forma tan evidente como la deformación plástica global, también es una causa importante del fallo de la pieza. Las conexiones de chaveta, las conexiones estriadas, los topes y los pasadores, debido al efecto de la presión estática, suelen provocar una deformación plástica local en la superficie de contacto de una o ambas piezas de acoplamiento.
A medida que aumenta la cantidad de deformación por extrusión, especialmente en el caso de las piezas que pueden moverse en sentido inverso, pueden producirse impactos, lo que intensifica el proceso de ruptura de la relación de acoplamiento original, que a su vez conduce al fallo mecánico de la pieza.
3) Razones de la deformación de la pieza
Las principales causas de deformación de las piezas son las siguientes:
1) Estrés laboral
Cuando la tensión de trabajo, provocada por cargas externas, supera el límite elástico del material de la pieza, se produce una deformación permanente de la misma.
2) Temperatura de trabajo
Al aumentar la temperatura, las vibraciones térmicas atómicas en el material metálico se intensifican, la resistencia crítica al cizallamiento disminuye y la deformación por deslizamiento se produce con mayor facilidad, lo que reduce el límite elástico del material. O, si la pieza se calienta de forma desigual con diferencias de temperatura significativas, las grandes tensiones térmicas pueden provocar deformaciones.
3) Residual Estrés interno
Las piezas sufren tensiones internas residuales durante los procesos de fabricación en bruto y de mecanizado, lo que repercute en su resistencia estática y su estabilidad dimensional. Esto no solo reduce el límite elástico de la pieza, sino que también provoca una deformación plástica que reduce la tensión interna.
4) Defectos materiales internos
Las impurezas internas, los puntos duros y la distribución desigual de las tensiones en el material pueden provocar la deformación de la pieza durante su uso. Cabe señalar que la deformación de la pieza no se produce necesariamente de una sola vez bajo la influencia de un único factor. Más bien, suele ser el resultado acumulativo de varios factores que actúan conjuntamente.
Por lo tanto, para prevenir la deformación de la pieza, deben tomarse medidas desde el diseño, el proceso de fabricación, el uso, el mantenimiento y la reparación para evitar y eliminar los factores mencionados, manteniendo así la deformación de la pieza dentro de límites aceptables.
Durante el uso, la deformación de las piezas es inevitable. Por lo tanto, durante las revisiones importantes de los equipos, no basta con comprobar el desgaste de las superficies de contacto. La precisión posicional también debe inspeccionarse y repararse cuidadosamente, especialmente en el caso de las máquinas que se someten a su primera revisión importante.
Debe prestarse atención a la inspección y reparación de la deformación, ya que la deformación de las piezas bajo la influencia de la tensión interna suele completarse en un plazo de 12 a 20 meses.
4) Estrategias para prevenir y reducir la deformación de piezas mecánicas
En la producción real, la deformación de las piezas mecánicas es inevitable. Las causas de la deformación son polifacéticas, por lo que las medidas para mitigarla deben considerar aspectos como el diseño, el procesamiento, la reparación y el uso.
i) Diseño
A la hora de diseñar, no sólo hay que tener en cuenta la resistencia de las piezas, sino que también hay que prestar atención a su rigidez y a cuestiones relacionadas con la fabricación, el montaje, el uso, el desmontaje y la reparación.
a. Elegir el material adecuado, teniendo en cuenta su comportamiento en el proceso, como la fluidez y la contracción de la colada; la falsificabilidad y la tendencia al agrietamiento en frío de la forja; la tendencia al agrietamiento en frío y al agrietamiento en caliente de la soldadura; la maquinabilidad del mecanizado; la templabilidad y la fragilidad del tratamiento térmico, etc.
b. Seleccione la estructura adecuada, disponga los componentes de forma lógica y mejore las condiciones de tensión de las piezas. Por ejemplo, evite las esquinas afiladas, los bordes, sustitúyalos por esquinas redondeadas, chaflanes, taladre agujeros de proceso o engrose las piezas en zonas con diferencias de grosor significativas; disponga bien la posición de los agujeros, cambie los agujeros ciegos por agujeros pasantes; para piezas de formas complejas, considere la posibilidad de utilizar una estructura combinada, una estructura incrustada, etc.
c. En el diseño, también debe prestarse atención a la aplicación de nuevas tecnologías, nuevos procesos y nuevos materialespara reducir la tensión interna y la deformación durante la fabricación.
ii) Tratamiento
Durante el procesado deben tomarse una serie de medidas para evitar y reducir la deformación.
a. Debe aplicarse un tratamiento de envejecimiento a la materia prima para eliminar sus tensiones residuales.
b. Al formular el procedimiento de procesamiento de piezas mecánicas, deben adoptarse medidas para reducir la deformación en la disposición de las operaciones y pasos, así como en los equipos y operaciones del proceso. Por ejemplo, siguiendo el principio de separar el procesamiento grueso del fino, dejar un tiempo de almacenamiento entre ambos para facilitar la eliminación de tensiones internas.
c. La conversión de referencias debe reducirse al mínimo durante el procesamiento y reparación de piezas mecánicas, tratar de conservar la referencia de proceso para el uso de reparación, reducir los errores causados por referencias no uniformes durante el procesamiento de reparación.
En el caso de las piezas sometidas a tratamiento térmico, es necesario prestar atención a la reserva del margen de mecanizado, el ajuste de las dimensiones de mecanizado y la predeformación.
Después de comprender el patrón de deformación de las piezas, se puede añadir por adelantado la deformación inversa, que se puede contrarrestar después del tratamiento térmico; también se puede preañadir tensión o controlar la generación y el cambio de tensión, de modo que la deformación final cumpla los requisitos y se logre el propósito de reducir la deformación.
iii) Reparación
a. Para minimizar la tensión y la deformación causadas durante la reparación, no basta con comprobar el estado de desgaste de la superficie coincidente durante las reparaciones mecánicas importantes, también debe inspeccionarse y repararse cuidadosamente la precisión posicional de cada una.
b. Deben establecerse normas de reparación razonables, y herramientas especiales, de inspección y de inspección sencillas, fiables y fáciles de utilizar. herramientas de medición deberían diseñarse. Al mismo tiempo, debe hacerse hincapié en la promoción de nuevas tecnologías y procesos de reparación.
iv) Utilización
a. Reforzar la gestión de los equipos, aplicar estrictamente los procedimientos operativos de seguridad, intensificar la inspección y el mantenimiento de los equipos mecánicos para evitar sobrecargas y sobrecalentamientos localizados.
b. También es importante instalar correctamente los equipos. Las máquinas-herramienta de precisión no deben utilizarse para el mecanizado basto. Almacene adecuadamente las piezas de repuesto y los accesorios.
Influencia de diversos factores durante el uso
Los equipos mecánicos se deterioran o envejecen gradualmente debido a diversos factores durante su uso, lo que provoca fallos de funcionamiento o incluso la pérdida de la funcionalidad prevista. Entre los principales factores externos cabe citar los siguientes:
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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