Vrste obrabe: razvrstitev in značilnosti obrabe

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Obraba se razume kot postopno uničenje tornih površin različnih parov. Obstaja veliko vrst obrabe. Nastanejo zaradi različnih razlogov. Vsem pa je skupno eno – delci so ločeni od osnovnega materiala. To vodi do motenj v delovanju mehanizmov, v drugih primerih pa lahko povzroči njihovo okvaro. Vrzeli v sklepih se povečajo, pristanki se začnejo premagati zaradi tvorbe znatnega zaostanka. Ta članek obravnava glavne vrste obrabe, podaja njihove značilnosti in splošno klasifikacijo.

Lastnosti abrazivne obrabe

Abraziv je fino razpršen material naravnega ali umetnega izvora, s precejšnjo trdoto, ki zadostuje za praskanje drugih manj trdih materialov.

Vrsta površinske obrabe, pri kateri pride do uničenja strukture in celovitosti površinske plasti, kointerakcija s trdnimi mikrodelci se imenuje abrazivna. Preklicati je treba, da mora biti za tovrstno uničenje hitrost trenja zelo pomembna (nekaj metrov na sekundo). Čeprav pri daljšem delovanju pride do uničenja tudi pri nižjih hitrostih in vpenjalnih silah.

Vloga abrazivnih snovi so lahko tako fiksni predmeti (trdne faze jekel in zlitin) kot premikajoči se tuji delci, ki so padli v kontaktno območje drgnjenih površin (pesek, prah in drugo).

Na količino abrazivne obrabe in njeno intenzivnost vplivajo naslednji dejavniki:

• narava izvora abrazivnih delcev;
• delovno okolje mehanizma (stopnja agresivnosti);
• lastnosti materiala tornih parov;
• udarne obremenitve;
• indikatorji temperature in mnogi drugi.

Odrgnina s trdimi delci (zrna)

Ta vrsta mehanske obrabe se pojavi, ko abrazivna zrna pridejo v stik s kovino ali drugim materialom. Indeks trdote takšnih delcev bistveno presega indeks trdote same kovine. To vodi do deformacije materialov tornih parov, pojava utrujenih napetosti in površinske obrabe.

Če mehanizem deluje v pogojih pogostih izmeničnih obremenitev, se učinek škodljivih učinkov abraziva poveča. V tem primeru abrazivni delci ne puščajo le sledi, ampak tudi vdolbine na kovinski površini.

S povečanjem deleža abrazivne snovi seabrazivna obraba. Abrazivni delci so zelo trdi, a hkrati krhki. Zato je mogoče velika telesa zmleti v manjša.

Lastnosti oksidativne obrabe

Ta vrsta obrabe nastane, ko se na površini drgnjenih delov pojavi ohlapen oksidni film, ki se zaradi trenja hitro odstrani s površine. Večina inženirskih materialov se nagiba k oksidaciji v zraku pri povišanih temperaturah. Zato so mehanizmi, ki delujejo brez mazanja in brez hladilnega sistema, podvrženi tej vrsti obrabe delov.

Večja kot je stopnja uničenja oksidnega filma in večja kot je hitrost njegovega nastanka, intenzivnejša je obraba površin.

Ta vrsta obrabe je značilna za zgibne in vijačne spoje, različne vzmetne mehanizme in pravzaprav za vse enote, ki delujejo brez mazanja.

S povečanjem hitrosti trenja se temperatura drgnih površin poveča. To vodi do intenziviranja destruktivnih procesov. Povečanje udarnih obremenitev ima podoben učinek.

Obraba zaradi plastične deformacije

Ta vrsta obrabe strojnih delov je značilna za visoko obremenjene enote. Njegovo bistvo je v spreminjanju geometrijskih oblik izdelka pod vplivom znatnih obremenitev.

Najpogosteje je značilno za povezave s ključem in navoje, pa tudi navoje, zatiče itd.

Podobnodeformacije se lahko pojavijo tudi v zobniških spojih. In ni treba, da so hitri. Obremenitev je tukaj ključni dejavnik.

Pogosto se takšne deformacije pojavijo na tirnicah in kolesih tirnih vozil. Za preprečevanje je potrebno organizirati pravočasno preventivo in pregled konstrukcijskih elementov.

Obrabljenost zaradi lomljenja

Predstavljena klasifikacija vrst obrabe ne bo popolna, če izgubimo iz vida ti obrabo, ki je posledica odkljanja. Njegovo bistvo je naslednje. V težkih (morda celo ekstremnih) pogojih delovanja se površinske plasti drgnih delov podvržejo strukturnim in faznim transformacijam. Vzroki v različnih primerih so povišane temperature, pogoji ogrevanja in hlajenja, visok tlak in drugo. Lastnosti nastalih plasti se bistveno razlikujejo od lastnosti prvotnega materiala. Praviloma so te faze krhke in se pod obremenitvijo zlomijo.

Tako se na jeklu in litem železu med trenjem brez mazanja oblikujejo značilne bele črte. Teh območij ni mogoče jedkati niti z raztopino dušikove ali fluorovodikove kisline v alkoholu. Strokovnjaki s področja znanosti o kovinah to tvorbo imenujejo bela plast. Ima precej visoko trdoto po Rockwellu in je zelo krhek. En laboratorij je opravil fazno in strukturno analizo bele plasti. Izkazalo se je, da gre za mehansko mešanico martenzita in cementita. Vsebuje tudi majhno količino ferita. Zadnja stvar v tem splohmajhna in ne more zmanjšati trdote.

Nastajanje (sintezo) te snovi spremlja pojav škodljivih notranjih nateznih in tlačnih sil. Ko vektorji notranjih napetosti sovpadajo z zunanjimi obremenitvami dela, se na njegovi površini v območju bele plasti tvorijo majhne razpoke. Te mikrorazpoke so koncentratorji in akumulatorji napetosti, kar vodi do krhkega loma izdelka kot celote.

Nošenje z zadrževanjem korozije

Ta proces se pojavi na površinah, ki so med seboj v tesnem stiku. Razlog so nihanja. Upoštevati je treba, da so materiali teles tornega para lahko zelo različni (kovina-kovina ali nekovina).

Ta pojav se pojavi že pri minimalnih premikih teles (približno 0,025 mikrometrov).

Zaradi nihanj se na površinah pojavijo korozijski centri, ki rastejo in vodijo v uničenje površinske plasti.

Obraba zaradi vibracijske kavitacije

Ta vrsta obrabe se pojavi, ko izdelki delujejo v tekočem mediju. Čeprav se lahko pojavi tudi, ko curek tekočine zadene del stroja ali mehanizma. Fizika procesa je naslednja. Tlak tekočine na fazni meji (med tekočino in trdno snovjo) pade, kar vodi do pojava tako imenovanih kavitacijskih mehurčkov. Intenzivnost te obrabe je odvisna od vsebnosti zraka v tekočini in od zunanjega tlaka.

Zvočna vibracija lahko služi kot katalizator. Še posebej škodljive so v tem primeru vibracije ultrazvočnega spektra. Zelo pogosto se tak škodljiv pojav pojavi v drgnjenih delih motorjev z notranjim zgorevanjem. Raziskave kažejo, da se zvočna kavitacija obrabi tri do štirikrat hitreje kot trenje.

Obraba zaradi termičnih razpok

Ta težava je značilna za kolesa železniških vagonov in lokomotiv. Med premikanjem vlaka mora strojevodja pogosto upočasniti. To povzroči, da kolesa zdrsnejo in se segrejejo. Pri povečanju hitrosti se drgnjena površina precej hitro ohladi. Takšno termično cikliranje vodi do nastanka številnih razpok na površini kolesa. To znatno pospeši obrabo izdelka. Trenutno se za proizvodnjo železniških koles uporabljajo posebna legirana jekla. Toda prej je bilo uporabljeno jeklo običajne kakovosti. Stara kolesa se še danes uporabljajo na številnih vlakih, zato je ta težava še vedno pomembna.

Načini ravnanja s toplotnimi razpokami

Najučinkovitejši ukrep za boj proti toplotnim razpokam bo zagotavljanje intenzivnega hlajenja. Za to lahko uporabite posebna olja in masti. V primeru vlakovnih koles ta ukrep iz očitnih razlogov ni primeren. V tem primeru se lahko poigrate s kemično sestavo materiala in s tega vidika izberete ugodnejšo vrsto jekla. Nekatere vrste legiranih jekel imajo nizek koeficient raztezanja. In to lastnost je mogoče s pridom izkoristiti.

NekajZnačilnosti erozije

Glede na vrste trenja in obrabe ne smemo pozabiti na tako imenovano erozijsko obrabo. Preprosto povedano, to je uničenje površin pod vplivom okolja.

V inženirstvu se ta koncept nanaša na uničenje površin strojnih delov in sklopov mehanizmov pod vplivom okoljskih dejavnikov. Takšni vplivni dejavniki so tokovi zraka in tekočine, para ali različni plini. Vzrok obrabe je, tako kot prej, trenje. Samo v tem primeru na površino ne delujejo abrazivni delci, temveč molekule plina ali tekočine.

Mikrorazpoke se pojavijo med tem postopkom. Molekule tekočine in pare pod visokim pritiskom prodrejo vanje in prispevajo k uničenju vseh površinskih plasti izdelkov.

Tekočina ali para lahko vsebujeta tudi abrazivne delce v suspenziji. V tem primeru bo taka mešanica povzročila abrazivno-erozivno uničenje in obrabo.

Obraba zaradi utrujenosti in njene značilnosti

Vrste obrabe in kršitev geometrije so zelo raznolike. Veliko težav projektantom in strojnim inženirjem povzroča utrujenost lomljenja površin delov. Ta "bolečina" je zelo zahrbtna. Pojav utrujenega lomljenja se pojavi pri delih, ki delujejo dlje časa v pogojih izmeničnih obremenitev. To je značilna "bolezen" zobnikov.

To vrsto obrabe spremlja nastanek razpok na površini in njihovo prodiranjegloboko v izdelek. Celotna mreža takšnih mikrorazpok se pojavi na nepomembni površini. Pod vplivom pritiskov in temperatur se od glavnega telesa odlepijo majhni različni kosi kovine in odpadejo. Pomembno vlogo pri tem procesu igra mazivo (olje), ki prodre v mikrorazpoke in spodbuja uničenje.