Uzarea si tipuri de uzura ce apar in functionarea masinilor utilajelor si instalatiilor

GRUP ŞCOLAR “ALEXANDRU VLAHUŢĂ” ȘENDRICENI

ARGUMENT ...……..………………………………….………………………..……….……..4 CAPITOLUL I UZAREA MASINILOR, UTILAJELOR SI INSTALATIILOR..................6 I.1 Definirea uzării ..............................................................................…………. 6 I.2 Uzarea maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor …………………………..………… 6 I.3 Etapele uzării ………………………………………………………….…………. 6 I.4 Controlul uzării ...……………………………………………..…………………. 7 I.5 Metode de ameliorare a fenomenului de uzare …………………..………….. 8 I.6 Limitele admisibile ale uzurii şi metodele stabilirii lor ………………...……… 8 I.6.1 Criterii de stabilire a limitelor uzurii ………………………………….. 9 I.7 Factorii care influenţează uzura ……………………………………………….10 CAPITOLUL II FACTORII CARE CONTRIBUIE LA UZURA PIESELOR COMPONENTE ALE UTILAJELOR .............................................. 11 II.1 Prelucrarea pieselor ……………………………………………………….....11 II.2 Calitatea materialelor utilizate……………………….………………………...11 II.3 Calitatea lubrifianţilor....................…………………………………………….11 II.4 Viteza relativă a pieselor în frecare ……………..…………........................ 12 II.5 Forţele şi presiunea de contact…………………………...............................12 II.6 Jocurile dintre piese în frecare ………………………….…………………….12 II.7 Mediul şi regimul de exploatare ……………………………….………………12 II.8 Felul frecării ……………………………………...……….……………………. 13 CAPITOLUL III TIPURILE DE UZURI CE APAR ÎN FUNCŢIONAREA MAŞINILOR UTILAJELOR ŞI INSTALAŢIILOR ...................................................15 III.1 Uzarea fizică .................................................……...…………....……........ 15 III.1.1 Uzarea de adeziune ( de contact)..........….........................………16 III.1.1.1 Griparea……………………………………………….........16 III.1.2 Uzarea de abraziune....................................................................17 III.1.3 Uzarea la oboseala .................................................................... 18 III.1.3.1 Pitingul ......................................................................... 19 III.1.3.2 Uzarea prin exfoliere .................................................... 19 III.1.3.3 Uzarea prin cavitaţie ..................................................... 19 III.1.4 Uzarea de impact ....................................................................... 19 III.1.5 Uzarea de coroziune....................................................................20 III.1.5.1 Coroziunea chimică........................................................20 III.1.5.2 Coroziunea mecanochimică...........................................21 III.1.6 Coroziunea electrochimică ......................................................... 21 III.2 Alte tipuri de uzuri .................................................................................... 22 III.2.1 Suprasarcinile ............................................................................. 22 III.2.2 Imprimarea sferică ...................................................................... 22 BIBLIOGRAFIE ………………..………………………………………………..……………23

PROIECT GRUPA 2

2


Una din principalele cauze care determină apariţia defectelor este uzura! Întreţinerea urmăreşte să menţină maşinile, utilajele şi instalaţiile în condiţii normale de exploatare între două reparaţii consecutive, reducând posibilitatea apariţiei unor reparaţii accidentale. Este necesar ca periodic să se verifice şi starea accesoriilor din dotarea maşinii, utilajului şi a instalaţiei respective, chiar dacă sunt situaţii când unele dintre acestea sunt folosite mai rar. Activitatea de întreţinere şi reparare a utilajelor este impusă de faptul că, pe parcursul folosirii lor productive, acestea sunt supuse procesului de uzură fizică şi morală. Ca urmare, a procesului de uzură fizică, are loc un proces de pierdere treptată a valorii de întrebuinţare a utilajului, şi în final o pierdere a capacităţii de satisfacere a nevoii sociale pentru care a fost creat. Obţinerea unei durate de funcţionare normale cât mai lungi se poate realiza prin încetinirea procesului de uzare fizică a pieselor componente, aceasta asigurându-se prin: exploatarea maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor la sarcina normală (prin evitarea supraîncărcărilor), întreţinerea corectă şi curăţirea zilnică, ungerea pieselor în mişcare, observarea continuă a stării şi funcţionării lor, lucrul de bună calitate a echipelor de întreţinere şi reparaţii şi executarea reparaţiilor la timp, conform prescripţiilor întreprinderii constructoare. În vederea menţinerii caracteristicilor funcţionale ale utilajului şi a funcţionării în condiţii cât mai apropiate de cele iniţiale, în cadrul întreprinderilor se organizează un serviciu de întreţinere şi reparare a utilajului de producţie. Din analiza comportamentului utilajelor în procesul de uzură fizică se poate constata că uzura în timp a diferitelor componente are loc în mod diferenţiat. Fenomenul de uzură fizică a utilajului poate fi ameliorat şi printr-un sistem de activităţi de întreţinere a acestuia, precum şi printr-un ansamblu de operaţii de control şi revizie, care să permită depistarea din timp a eventualelor defecţiuni. PROIECT GRUPA 2

3


Uzarea atacă şi distruge fără a face diferenţiere, astfel chiar şi ţările cu o economie stabilă au probleme in căutarea de noi mijloace de prevenire şi reducere a inevitabilului proces de uzură. Uzarea nu constituie o problemă exclusiv pentru ţările cu o economie in tranziţie, deoarece si tarile cu o economie de piaţa înregistrează preocupări privind politicile optime de reducere a uzării. De multe ori in ţările cu economie de tranziţie lipsesc resursele necesare, iar problema reclamă o soluţie globală întrucât există interdependente intre ţările cu economie de piaţa şi cele cu economie de tranziţie in privinţa reducerii gradului de uzură. Multe ţări cu economie de piaţă sa-u confruntat cu probleme privind procedeele de diminuare a uzării, întrucât numeroase unităţi industriale au fost proiectate fără a se acorda atenţia cuvenită acestui aspect. Conştiente de creşterea costurilor provenind din neglijarea datorită aspectului mai sus menţionat in ultimele trei decenii multe ţări cu economie de piaţa au efectuat cercetări şi studii privind dezvoltarea industrială şi ingineria in domeniul procedeelor de prevenire şi reducere a uzurii. Ţările cu economie de tranziţie nu au atins in general o poziţie comparabilă cu ţările cu economie de piaţa privind informaţiile referitoare la prevenirea uzurii pentru a servi ca baza de date si de formulare ale unor acţiuni întreprinse in vederea diminuării uzurii.

PROIECT GRUPA 2

4


UZAREA MAŞİNİLOR UTİLAJELOR Şİ İNSTALAŢİİLOR I.1 Definirea uzării În timpul exploatării maşinilor, piesele şi şi ansamblurile acestora, sub influenţa diferiţilor factori, se uzează. Prin proces de uzare, se înţelege orice pierdere de material de pe suprafeţele solide in frecare, având ca urmare modificarea dimensiunilor, a formei geometrice si a jocurilor. Acest proces apare ca un fenomen complex, datorat unor cauze diverse si determinat de un numar mare de factori si conditii (proprietatile, mecanice, particularitatile micro sau macrogeometrice ale suprafetelor, parametrii functionali, calitatea ungerii, lubrifintii folositi).

I.2 Uzarea maşinilor,utilajelor şi instalaţiilor Uzarea este procesul de distrugere a suprafeţelor aflate în contact, datorită frecării. Ea este urmată de schimbarea geometriei, calităţii, precum şi a proprietăţilor stratului superficial al materialelor. Procesul de uzare se desfăşoară în timp şi este însoţit de pierdere de energie calorică şi de material prin desprindere de material. Rezultatul uzurii se exprimă în unităţi absolute ( masă, volum, lungime), prin raportare la lungime, folosind o mărime numită intensitatea uzurii ( mg/h) sau viteza uzurii sau prin raportare la timpul de frecare ( mg/h , µm/h).

I.3 Etapele uzării Etapele uzării sunt reprezentate de variaţia uzurii în timp.

PROIECT GRUPA 2

5


Fig.1-Etapele uzarii Etapele uzării sunt:  I - Etapa de rodaj – este perioada de adaptare a suprafeţelor ;  II - Etapa de uzare normală – este perioada când viteza sau intensitatea uzării se menţin aproape constante  III - Etapa de uzare distructivă – este perioada în care parametrii de funcţionare au valori care nu mai corespund unei funcţionări normale.

I.4 Controlul uzării La determinarea uzării trebuie ţinut seama de modul cum s-a format. De exemplu, când pierderea de material s-a făcut pe direcţia forţei se poate admite că uzarea a fost provocată : de ulei insuficient sau prea fluid când uzarea este mai pronunţată şi are un aspect mat şi rizat şi de prezenţa unui agent corosiv în ulei dacă uzarea este apreciabilă şi suprafaţa uzată are aspect neted şi lucios. Cele mai frecvente metode de măsurare a uzării sunt:  Metodele micrometrice care permit măsurarea dimensiunilor pieselor cu instrumente curente( şublere de exterior, micrometre etc.) după un anumit timp de funcţionare. Această metodă impune demontarea pieselor;  Metodele cu amprente creează posibilitatea de a cunoaşte evoluţia uzării prin intermediul măsurării periodice a reducerii dimensiunilor unor amprente imprimate iniţial pe suprafaţa de frecare cu un anumit poanson( bilă, piramidă etc.). Din această categorie face parte şi amprenta în formă de semilună( fig.2.), produsă prin zgârierea suprafeţei 1 cu un corp 2 din carbură de wolfram sau de titan, în formă de piramidă triunghiulară. Metoda are avantajul de a nu deforma suprafaţa prin denivelări create de deformarea plastică a materialului în jurul urmei, după extragerea penetratorului. Aceste metode necesită aparatură optică de citire;

Fig. 2-Metoda obţinerii unei amprente sub formă de semilună.  Metodele chimice de determinare a conţinutului de metal în lubrifiant, care pot fi completate cu analiza spectroscopică pentru identificarea materialelor respective; sunt metode foarte precise dar care cer un anumit timp şi aparatură adecvată;  Metodele cu izotopi radioactivi care prezintă avantajul urmăririi evoluţiei uzării şi în timpul funcţionării, dar necesită aparatură şi instalaţii speciale şi un personal calificat.

PROIECT GRUPA 2

6


I.5 Metode de ameliorare a fenomenului de uzare După demontarea maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor în vederea reparării, în funcţie de uzarea pieselor se alege şi modul de înlăturarea a ei. Eliminarea uzării unei îmbinări de două piese se poate face prin:  înlăturarea metalului de pe una şi adăugarea de metal pe cealaltă piesă;  introducerea unei a treia piese între cele două piese conjugate ( adaosuri, inele etc.);  metalizarea sau cromarea pieselor, tratament termic sau termochimic care restabileşte dimensiunile şi proprietăţile iniţiale;  folosirea unor aliaje speciale în cazul unor crăpături sau fisuri.

I.6 Limitele admisibile ale uzurii şi metodele stabilirii lor Organele care alcătuiesc ansamblurile maşinilor, utilajelor sau instalaţiilor sunt definite prin caracteristicile lor de bază.  dimensiuni;  precizie dimensională;  precizia formei geometrice,

care pot fi normale sau la limită;

 precizia de poziţie reciprocă;  grad de netezime; Caracteristicile normale sunt cele care corespund tuturor condiţiilor prevăzute în desenul de execuţie. Caracteristicile admisibile, sau la limită, sunt acelea la care piesele mai pot fi refolosite în ansamblu, fără a fi recondiţionate, urmând a funcţiona satisfăcător până la următoarea reparaţie. Pe măsura exploatării maşinilor, utilajelor sau instalaţiilor, tot mai multe piese componente ale acestora ajung la limitele de uzură. Ele urmează a fi înlocuite sau recondiţionate în cadrul lucrărilor de întreţinere şi a reparaţiilor.

PROIECT GRUPA 2

7


Limitele de uzură se pot determina prin metode:  analitice;  grafice;  experimentale; I.6.1 Criterii de stabilire a limitelor uzurii Criteriile de stabilire a limitelor uzurii sunt urmatoarele: a) criteriul tehnic; b) criteriul funcţional; c) criteriul economic; d) criteriul recondiţionabilităţii; e) criteriul siguranţei; a)Criteriul tehnic Se aplică pieselor ce fac parte din îmbinări a căror exploatare în condiţiile unei uzuri peste limitele admise pot provoca uzura de avarie . b) Criteriul functional ( criteriul tehnologic) Se aplică acelor organe sau îmbinări, care după un anumit timp de funcţionare, cu toate că intensitatea uzurii rămâne constantă, nu mai asigură parametrii de lucru satisfăcători Exemplu: pompa de ulei a preselor nu mai debitează cantitatea de lubrifiant necesară ungerii lichide, cuplajul care are patinări mari datorită uzurii materialului de fricţiune). c) Criteriul reconditionabilitatii  se bazează pe limitarea uzurilor la acele valori care mai permit recondiţionarea şi repunerea pieselor în funcţiune  se aplică pieselor mari, greu de executat şi cu costuri ridicate cum sunt: roţile dinţate ale preselor mari, roţile cu excentric, arborii excentrici, arborii cotiţi etc. Criteriul ţine seama nu numai de posibilitatea recondiţionării, ci şi de costurile ei. În acest scop uzura se limitează la acele valori care permit o recondiţionare economică. d) Criteriul siguranţei Tine seama de limitele care asigură protecţia operatorului uman. e) Criteriul economic Ia în considerare acele limite ale uzurii care nu afectează consumurile maşinii în exploatare În aceste condiţii uzura se limitează la valorile care nu permit un consum mare de ulei, consum de energie peste cel prevăzut ş.a. şi care nu măresc costurile de fabricaţie NU este economică nici limitarea la uzuri prea mici deoarece efectuarea recondiţionării sau schimărilor pieselor implică scoaterea temporară a maşinilor din procesul de exploatare şi costuri de reparaţie, care pot fi mai mari decât cele care ar fi necesare acoperirii consumului suplimentar de lubrifiant şi energie. PROIECT GRUPA 2

8


I.7 Factorii care influenţează uzura Factorii care influenteaza uzura sunt:  Functia pe care o indeplineste piesa; o piesa care se roteste si se antreneaza si alte piese; va avea o uzura mai mare.  Forma piesei- piesele cu forme regulate si muchii rotunjite se vor uza mai putin decat cele cu forme regulate.  Tratamentul termic aplicat cand piesa, dupa prelucrare, a fost supusa unui tratament termic, rezista la uzura mai bine decat piesele netratate.  Solicitarile repetate care solicita elementele componente cu cat solicitarile vor fi mai mari si mai variate ca intesitate, piesa supusa unei sarcini continue se uzeaza mai putin decat daca este supusa aceleasi sarcini sub forma de socuri.

PROIECT GRUPA 2

9


FACTORİİ CARE CONTRİBUİE LA UZURA PİESELOR COMPONENTE ALE UTİLAJELOR În condiţiile producţiei industriale moderne, maşinile, utilajele şi instalaţiile trebuie să funcţioneze la parametrii optimi, fără întreruperi sau opriri accidentale, condiţie esenţială pentru obţinerea unei calităţi superioare a produselor cerute şi a unei eficiente economice ridicate. Întrucât în timpul funcţionării maşinile, utilajele şi instalaţiile se uzează fizic, această uzare poate provoca erori de prelucrare, mărirea consumurilor specifice şi chiar accidente de muncă.

II.1 Prelucrarea pieselor Dat fiind faptul că forţele de frecare acţionează asupra straturilor superficiale ale pieselor, gradul de uzură şi de rezistenţă la uzură depinde de prelucrarea lor. Oricare ar fi această prelucrare, se vor obţine totuşi în final suprafeţele cu neregularităţi microscopice sau macroscopice . S-a constatat că prin prelucrare se produc unele modificări în structura superficială a metalelor sau aliajelor pieselor în frecare, care influenţează rezistenţa la uzură.

II.2 Calitatea materialelor utilizate Rezistenţa la uzură depinde în mod cert de materialele utilizate la confecţionarea pieselor. În construcţia de maşini se utilizează pe scară din ce în ce mai mare fontele aliate, şi în special cele cu grafit modular. La oţeluri, cea mai utilizată structură, care dă o bună rezistenţă la uzură, este cea cu sorbită şi perlită. De reţinut este faptul că durabilitatea creşte o dată cu creşterea durităţii. De exemplu: o piesă din oţel cu duritatea de 600 HB are o durată de funcţionare de 10 ori mai mare decât a unei piese cu duritatea de 200 HB. De menţionat este faptul că oţelurile aliate au o mare rezistenţă la uzură.

II.3 Calitatea lubrifianţilor În scopul măririi rezistenţei la uzură a pieselor, se utilizează uleiuri. Acestea trebuie să fie lipsite de acizi şi impurităţi mecanice, deoarece provoacă coroziuni. Uleiul trebuie să formeze un film stabil absorbant, contribuind în acest fel la micşorarea coeficientului de frecare. PROIECT GRUPA 2

10


II.4 Viteza relativă a pieselor în frecare Viteza relativă a pieselor în frecare interesează mai ales ca mărime, prezentând valori de la 0,1 m/s până la peste 10m/s, fapt care poate contribui la micşorarea sau intensificarea procesului de uzură.

II.5 Forţele şi presiunea de contact Forţele care solicită piesele în frecare provoacă o stare de tensiune care contribuie la uzura lor. Din acest punct de vedere se deosebesc două feluri de sarcini :  sarcini ce provoacă solicitări statice, care, pe lângă menţinerea valorii lor constantă, mai au şi direcţia constantă;  sarcini ce provoacă solicitări dinamice, care pot fi de două feluri • sarcini ce provoacă solicitări prin şoc; • sarcini ce provoacă solicitări variabile continue. Uzura este direct proporţională cu presiunea de contact. În cazul ungerii lichide, o presiune de contact considerabilă poate duce la ruperea şi întreruperea filmului de lubrifiant. De asemenea este important şi felul mişcării dintre două piese în frecare, mişcare care poate fi:  de alunecare;  de rostogolire;  combinată;

II.6 Jocurile dintre piese în frecare Uzura creşte pe măsură ce cresc jocurile dintre piesele aflate în frecare, deoarece apar solicitări dinamice care perturbă regimul de lucru al maşinii sau utilajului. Jocurile provoacă încălzirea şi ruperea filmului de lubrifiant, putând duce în final la distrugerea pieselor respective, sau a altor piese îmbinate cu acestea.

II.7 Mediul şi regimul de exploatare Mediul, care influenţează considerabil de mult frecarea, poate fi de două feluri:  corosiv;  abraziv. Mediul corosiv se întâlneşte în special la maşinile şi utilajele ce funcţionează în întreprinderile de produse chimice, iar cel abraziv la maşinile şi utilajele miniere, petroliere, metalurgice etc., acestea furnizând elemente suplimentare faţă de cele obişnuite în problema frecării şi uzurii . În ce priveşte regimul de exploatare, se va ţine seamă de următorii factori:  ungerea maşinii;  curăţirea ei; PROIECT GRUPA 2

11


 protecţia suprafeţelor în frecare. Sub aspectul ungerii, se pune problema dacă uleiul este suficient sau dacă el este de calitate bună. În privinţa curăţirii, se au în vedere posibilităţile de îndepărtare a diferitelor impurităţi, materiale abrazive etc. Pentru protecţia suprafeţelor în frecare trebuie luate măsuri corespunzătoare în vederea etanşării şi perfecţionării continue a mijloacelor de ungere.

II.8 Felul frecării În funcţie de felul mişcărilor, unei suprafeţe faţă de cealaltă, se disting următoarele tipuri de frecări:  Frecarea de alunecare, care se produce în planul tangent comun a două corpuri în contact, care alunecă sau tind să alunece unul peste altul. Exemple de frecare de alunecare: mişcarea unei sănii pe ghidajele acestuia, rotirea fusurilor în lagărele de alunecare etc.  Frecarea de rostogolire este frecarea asociată mişcării de rostogolire a unui corp pe altul, care determină un cuplu de sens contrar mişcării sau tendinţei de mişcare de rostogolire, rezultat din acţiunea forţelor de sprijin din suprafaţa de contact deformată plastic. Exemple de frecare de rostogolire : corpurile de rostogolire a unui rulment pe inele, roţile unui vehicul de cale ferată pe şine etc.  Frecarea mixtă care poate fi interpretată ca o combinaţie a frecării de rostogolire cu cea de alunecare. Exemple de frecare mixtă : frecarea în angrenaj, frecarea în transmisii prin ficţiune etc. După cum între suprafeţele în mişcare există sau nu substanţe de ungere, frecarea poate fi : 1) fluidă; 2) semifluidă; 3) uscată. 1) Frecarea fluidă se produce, în mod normal, la funcţionarea de regim a maşinilor şi utilajelor. Frecarea fluidă se poate menţine când între suprafeţe se realizează deplasări cu viteze mari, suprafeţele sunt supune unei apăsări mijlocii şi sunt alimentate în mod continuu cu lubrifianţi. 2) Frecarea semifluidă poate să apară ca urmare a unei ungeri defectuoase sau insuficiente, precum şi la pornirea şi, oprirea maşinii când, datorită vitezei prea mici, nu se poate introduce stratul de ulei necesar între cele două suprafeţe în mişcare relativă. La staţionarea maşinii, din cauza sarcinii de pe arbore, lubrifiantul este îndepărtat dintre cele două suprafeţe ale fusului şi ale cuzinetului, contactul a staţionat un timp îndelungat (fig. 3, a). La viteze de rotaţie mici, arborele începe să transporte sub el lubrifiant, care, având formă de pană şi o oarecare presiune, începe să-l ridice; în acest caz, ungerea va fi semifluidă (fig. 3, b, c). La creşterea turaţiei, centrul fusului se apropie de cel al cuzinetului, pentru a coincide cu el la turaţie foarte mare. În acest ultim caz (fig. 3, d), teoretic, grosimea peliculei de lubrifiant devine constantă pe întreaga periferie a fusului. 3) Frecarea uscată ia naştere când între cele două suprafeţe în mişcare relativă nu există nici un strat intermediar de lubrifiant, nici chiar în punctele disparate, astfel încât contactul lor este direct.

PROIECT GRUPA 2

12


Fig. 3. Frecarea în lagăre. La staţionarea maşinii, din cauza sarcinii de pe arbore, lubrifiantul este îndepărtat dintre cele două suprafeţe ale fusului şi ale cuzinetului, contactul făcându-se direct pe vârful asperităţilor suprafeţelor respective, rămânând o cantitate foarte mică de lubrifiant în golurile dintre asperităţi. Astfel, la pornire, ungerea va fi incompletă, semifluidă sau chiar uscată, dacă sistemul tehnic a staţionat o perioadă îndelungată de timp. La viteze de rotaţie mici, arborele începe să transporte sub el lubrifiant, care, având formă de pană şi o oarecare presiune, începe să-l ridice ; în acest caz, ungerea va fi semifluidă. La creşterea turaţiei, centrul fusului se apropie de cel al cuzinetului, pentru a coincide cu el la turaţie foarte mare. În acest ultim caz , teoretic, grosimea peliculei de lubrifiant devine constantă pe întreaga periferie a fusului. În condiţiile frecării fluide se realizează:  micşorarea uzării suprafeţelor de frecare;  reducerea consumului de energie prin frecare;  mărirea sarcinilor admisibile;  mărimea siguranţei în funcţionare;  economie de lubrifianţi.

PROIECT GRUPA 2

13


TIPURILE DE UZURI CE APAR ÎN FUNCŢIONAREA MAŞINILOR, UTILAJELOR ŞI INSTALAŢIILOR Procesul de frecare dintre suprafeţele în contact ale pieselor componente ale maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor are ca efect pierderea de energie manifestată prin căldura produsă şi uzarea fizică, rezultat al desprinderii de material şi al modificării stării iniţiale a acestor suprafeţe.

III.1 Uzarea fizică Conduce la modificarea dimensiunilor şi a formei geometrice a suprafeţelor pieselor în contact. În anumite condiţii de temperatură pot interveni simultan şi modificări structurale ale straturilor superficiale. Toate acestea influenţează, direct sau indirect, capacitatea portantă a organelor de maşini, de exemplu în cazul lagărelor, precizia de lucru a maşinilor, a utilajelor şi instalaţiilor, cinematica funcţională, făcând totodată să apară forţe dinamice dăunătoare şi o funcţionare necorespunzătore, ducând în final la scoaterea din uz a maşinii, utilajului sau instalaţiei. Uzarea fizică Este un proces progresiv care poate şi trebuie să fie combătut pentru a se evita scoaterea prematură din funcţionare a maşinii, utilajului sau instalaţiei respective. Rezultatul fenomenului de uzare îl constituie uzura. Uzarea morală Este o consecinţă a deprecierii unei maşini sau utilaj ca urmare a apariţiei în exploatare a unor maşini şi utilaje de aceeaşi categorie, dar de un tip mai perfecţionat, cu indici tehnici şi economici superiori celor din dotare. De asemenea, tot în cadrul uzării morale intră şi deprecierea unor maşini, utilaje sau instalaţii aflate încă în exploatare, dar ale căror costuri au fost reduse. Pentru ca uzarea morală să nu manifeste influenţă economică negativă 2este necesar ca exploatarea maşinilor, utilajelor şi instalaţiilor să se efectueze intensiv, astfel ca amortizarea lor să se realizeze într-un timp cât mai scurt. Uzarea fizica este un proces progresiv, complex, distructiv, de natura fizicochimica care are ca efect principal producerea uzurii. In raport cu procesele care se desfasoara in timpul frecarii suprafetelor in contact, cu formele de interactiune ale suprafetelor, fenomenele si cu legile care guverneaza procesul de uzare care apare atat la frecarea uscata cat si in prezenta lubrifiantului, uzarea poate fi : de adeziune, de abraziune, de oboseala, de coroziune si de impact. In practica, la functionarea cuplelor de frecare se intalnesc combinatii ale acestor tipuri principale de uzari si separat numai in cazuri speciale. PROIECT GRUPA 2

14


Luând în considerare factorii care contribuie la deteriorarea suprafeţelor şi aspectul acestora, uzările fizice s-au clasificat în următoarele tipuri:  de adeziune,  de oboseală,  de abraziune,  de impact,  de coroziune etc. III.1.1 Uzarea de adeziune (de contact) Uzarea de adeziune (de contact) apare in toate formele de frecare atunci cand suprafetele conjugate nu mai sunt separate complet de lubrifiant, adica in momentul cand lubrifierea este intrerupta ca urmare a unor defectiuni ale instalatiei de lubrifiere, utilizarea unui lubrifiant necorespunzator in raport cu jocul, viteza si incarcarea cuplei sau a unei cantitati de lubrifiant insuficient intre suprafetele in contact . Uzarea de adeziune se produce prin sudarea si ruperea puntilor de sudare intre microzonele de contact, caracterizadu-se printr-un coeficient de frecare ridicat si o valoare mare a intensitatii uzarii. Microcontactele apar ca urmare a faptului ca suprafetele metalice, chiar si cele mai fin prelucrate, prezinta numeroase asperitati, care la contactul direct dintre suprafete suporta pe varful lor sarcini foarte mari. Sub efectul acestor forte excesive, asperitatile sufera o deformare plastica, care inceteaza atunci cand suprafata reala de contact devine suficient de mare ca sa suporte sarcina respectiva. De cele mai multe ori deformarea plastica este insotita de formarea microsudarilor punctiforme intre varfurile asperitatilor opuse Cand microsudarile au aceeasi rezistenta la rupere cu materialele cuplei de frecare sau mai mica, atunci ruperea se va produce chiar la nivelul sudarii . Daca rezistenta lor este mai mare decat a materialelor cuplei, atunci ruperea se va produce fie la sprafata mai moale cu transfer de material de pe o suprafata pe cealalta, fie in ambele suprafete cu eliberarea particulelor de uzare care pot provoca rizuri pe suprafata mai moale. III.1.1.1 Griparea O consecinta a uzarii de adeziune este griparea , care apare la sarcini mari , in lipsa lubrifiantului sau la strapungerea peliculei in urma unor incalziri locale ridicate pana la temperatura de topire a materialului. Sub actiunea sarcinii, suprafetele se apropie la o distanta de interactiune atomica. Adeziunile sau microcontactele puternice ce se uzeaza nu mai pot fi forfecate si deplasarea relativa intre suprafete inceteaza , cupla de frecare fiind astfel blocata. •

•

In functie de temperatura la care se produce , griparea poate avea doua forme : griparea la temperaturi joase este caracteristică unor viteze reduse de deplasare;apar deformaţii plastice ale stratului superficial al suprafeţei de frecare . Această formă se caracterizează prin valori mari ale coeficienţilor de frecare şi fenomenul are o evoluţie rapidă. griparea la temperaturi înalte (griparea termică) este caracteristică unor viteze mari şi apare ca urmare a energiei termice acumulate în zona de contact; coeficientul de frecare este mai mic (0,2…0,5), iar viteza uzării mai redusă.

PROIECT GRUPA 2

15


Apariţia gripajului poate fi înlesnită de un rodaj necorespunzător, jocuri prea mici între suprafeţe sau de suprafeţe superfinisate, lipsite de posibilitatea creării micropungilor de ulei, utilizarea unui lubrifiant neindicat, depăşirea unor parametri funcţionali (sarcină, viteză etc.), prezenţa unei perechi de materiale antagoniste etc. Aparitia gripajului este inlesnita de un rodaj necorespunzator : jocuri prea mici intre suprafete sau de suprafete superfinsate ,lipsite de posibilitatea crearii micropungilor de ulei: utilizarea unui lubrifiant neindicat: depasirea unor parametri functionali (sarcina, viteza ,etc.) prezenta unei perechi de materiale Se produce prin sudarea şi ruperea punţilor de sudare între microzonele de contact, caracterizându-se printr-un coeficient de frecare ridicat şi o valoare mare a intensităţii uzării. La sudarea unor asperităţi în contact(fig.4,a), notând cu τ1 şi τ2 τeforturile unitare la forfecare ale materialelor celor două suprafeţe1 şi 2 şi cu τs al microsudărilor, pot avea loc următoarele situaţii: • dacă τ2şiτs <τ1 (fig.4.b)ruperea va avea loc în interiorul corpului mai moale. Fiecare deplasare relativă produce un transport de materiale de pe corpul 1, iar după un anumit timp frecarea se produce între materialele corpului mai moale. Acest tip de frecare este denumit frecare prin sudare. Microjoncţiunile ce rămân prinse de suprafaţa corpului 1 pot provoca rizuri pe suprafaţa mai moale, iar după un anumit timp se vor rupe, provocând particule de uzare; • dacăτ1 şiτs<τ2, pentru a se produce mişcarea, se presupune, de asemenea, ruperea corpului mai moale, şi în acest caz se consideră că apare un tip de frecare prin sudare; • dacă τs<τ1 şiτ2(fig.4,c),vor ceda microsudările fără smulgere de metal de pe suprafeţele în frecare şi fără transport de material. Acest tip de frecare se numeşte frecare prin forfecare.

Fig.4.-Schiţa formării unor microjoncţiuni şi a forfecării acestora

PROIECT GRUPA 2

16


III.1.2 Uzarea de abraziune Este provocată de prezenţa particulelor dure între suprafeţele în contact sau de asperităţilor mai dure ale uneia dintre suprafeţele de contact. Această uzare este uşor de recunoscut prin urmele lăsate de microaşchiere, ea accelerând uzarea prin coroziune. Particulele dure pot proveni de la forfecarea prealabilă a unor contacte (uzare de adeziune), desprinderi de porţiuni din stratul de suprafaţă mai dur, prin desprinderea şi evacuarea materialului unor ciupituri etc., precum şi prin produsele metalice ale altor uzări. Rezultatele cantitative ale uzării abrazive sunt dependente de: • natura cuplului de materiale, în sensul că o duritate mai mare a suprafeţei opune o rezistenţă sporită acţiunii de rodare şi, dimpotrivă, materialele plastice permit împlântarea particulelor dure în ele; • natura abrazivului, dimensiunile şi forma lor; • condiţiile funcţionale. Prin rodarea vârfurilor asperităţilor se măreşte continuu suprafaţa de susţinere. Deoarece presiunea de contact scade invers proporţional cu creşterea suprafeţei, la un moment dat, intervine un echilibru de durată mai îndelungată, determinată în principal de încărcare, viteză, temperatură; aceasta cu atât mai mult cu cât particulele abrazive, prin tocire sa sfărâmare, îşi pierd capacitatea distructivă. Caracterul uzarii nu se schimba, indiferent daca particulele abrazive provin din afara sau sunt continute intr-unul din corpurile in frecare (cazul pieselor reconditionate prin cromare, metalizare, sudare etc.). Acest tip de uzare se manifesta prin deformatii plastice locale, microzgarierea si microaschierea suprafetelor in contact . Rezultatele cantitative ale uzarii abrazive sunt dependente de: natura cuplului de materiale, in sensul ca o duritate mai mare a suprafetei opune o rezistenta sporita actiunii de uzare si, dimpotriva, materialele plastice permit implantarea particulelor dure in ele; de natura abrazivului, dimensiunile si forma lor; presiunea specifica si viteza de alunecare. Brazdarea este o forma severa de abraziune, cu rizuri late si adanci, care poate fi produsa direct de contrapiesa la angrenaje, capul dintelui), de particule mari, dure, interpuse (in cazul discurilor de frana), de piese metalice si alte materiale dure (la organe active de lucru al solului). Zgarierea reprezinta forma cea mai usoara de abraziune si se manifesta prin rizuri liniare, paralele, izolate etc. ; poate aparea pe diferite piese (flancurile dintilor unui angrenaj, cuzinetul unui lagar, camasa unui cilindru) fiind produsa tot de interpunerea unor particule mai dure, actiunea unei rugozitati etc. III.1.3 Uzarea la oboseala Se produce în urma unor solicitări ciclice a suprafeţelor în contact, urmate de deformaţii plastice în reţeaua atomică a stratului superficial, de fisuri, ciupituri sau exfolieri. În general. Aceste uzări apar sub formă de desprinderi de particule din material, lăsând urme caracteristice fiecărui gen de asemenea uzare. Uzările de oboseală sunt:pittingul, uzarea prin exfoliere şi uzarea prin cavitaţie. PROIECT GRUPA 2

17


III.1.3.1 Pitingul Pittingul este o formă a uzării de oboseală a suprafeţelor cu contacte punctiforme (de exemplu, căile de rulare a lagărelor de rostogolire) sau liniare (de exemplu, flancurile roţilor dinţate) şi se recunoaşte sub forma caracteristică de gropiţe sau ciupituri (diferite de cele de adeziune provocate prin smulgeri). În aceste situaţii, însuşi modul de funcţionare dă naştere unor eforturi unitare în în punctele de contact, cu caracter pulsator. Oboseala stratului se exteriorizează prin fisuri foarte fine în locurile slăbite dintre cristale şi anume, la suprafaţă, în punctele de concentrare a tensiunilor, sau la o anumită adâncime, în stricta apropiere a suprafeţei, în locul în care există efortul unitar maxim de forfecare. Sub acţiunea unor presiuni mari de contact, în prezenţa unui ulei de vâscozitate insuficientă, acesta pătrunde în cele mai fine fisuri, contribuind la dislocarea unor particule de material printr-o puternică acţiune de pană. Astfel, la început apar mici ciupituri care, prin cumulare, se transformă în cratere de dimensiunile unei gămălii de ac şi mai mari. III.1.3.2 Uzarea prin exfoliere Uzarea prin exfoliere (cojire) este caracterizată prin desprinderea de mici particule metalice, de ordinul a 1µm, sau de oxizi de ordinul a 0,01µm, care se produce la materiale metalice plastice, când este depăşită rezistenţa la forfecare, în zonele de contact cu frecări concentrate. Exfolierea este activată de tensiunile interne rămase în urma tratamentelor defectuoase de călire, cementare sau nitrurare, prin micşorarea mobilităţii atomilor de reţea. Condiţiile iniţiale care provoacă această uzare sunt diferite de cele din cazul pittingului. III.1.3.3 Uzarea prin cavitatie Uzarea prin cavitaţie este definită ca fiind un proces de distrugere a suprafeţei ( i deplasare de material sub formă de mici particule) produsă de mediul lichid sau gazos în contact cu metalul, fără prezenţa celei de a doua suprafeţe de frecare ca în celelalte forme de uzare. Se mai numeşte şi eroziune de cavitaţie sau coroziune de cavitaţie şi se produce, de regulă, pe suprafeţele paletelor, rotoarelor de pompă, cilindrii motoarelor Diesel etc., care sunt în contact cu fluide la viteze mari. Uzarea prin cavitaţie se explică astfel: la mişcările relative mari sau la schimbări de viteză dintre un lichid şi metal, presiunile locale devin reduse, în fluid se produce transformarea de energie, temperatura lichidului depăşeşte punctul de fierbere şi se formează mici pungi de vapori şi gaze ( bule de cavitaţie). Când presiunea revine la normal (sau creşte) se produce o implozie (spargerea bulelor). Cu forţe mari de impact pe microzonele suprafeţei metalice, producându-se oboseala stratului şi apariţia de ciupituri de cavitaţie. III.1.4 Uzarea de impact

PROIECT GRUPA 2

18


La unele tipuri de maşini, utilaje şi instalaţii, ca de exemplu: concasorul cu ciocane articulate, moara cu bile, maşina de scris sau de perforat etc., datorită unor lovituri locale repetate se produce un tip specific de uzare mecanică, denumit uzare de impact. Uzarea de impact se poate produce şi în funcţionarea unor organe de maşini: came, roţi dinţate etc. atunci când, împreună cu alunecarea sau rostogolirea ( de exemplu, pe flancurile roţilor dinţate), are loc şi un impact compus. Uzarea de impact poate fi clasificată în două categorii: • uzare prin percuţie • uzare prin eroziune. În general, uzarea de impact conţine mecanismele de bază ale uzării: de adeziune, abraziune, oboseală de suprafaţă, uzare chimică şi termică. Uzarea de impact se datoreaza unor lovituri locale repetate si apare atunci cand impreuna cu alunecarea sau rostogolirea are loc un impact compus (componentele normale si tangentiale). Acest tip de uzare se intalneste la unele tipuri de masini, utilaje si instalatii, ca, de exemplu: concasorul cu ciocane articulate, moara cu bile, masina de scris sau de perforat etc. Uzarea de impact se poate produce si in timpul functionarii unor organe de masini:came, roti dintate, etc., cand, impreuna cu alunecarea sau rostogolirea (de exmplu, pe flancurile rotilor dintate), are loc si un impact compus. Uzarea de impact poate fi clasificata in doua categorii: uzare prin percutie si uzare prin eroziune. In general, uzarea de impact contine mecanismele de baza ale uzarii de: adeziune, abraziune, oboseala de suprafata, uzare chimica si termica. III.1.5 Uzarea de coroziune Constituie deteriorarea suprafeţei de frecare şi deci pierderea de material, de greutate, datorită acţiunii simultane sau succesive a factorilor chimici agresivi din componenţa mediului respectiv şi a solicitărilor mecanice. Mecanismul uzăriide coroziune presupune corelarea a două efecte de coroziune: coroziunea chimică şi coroziunea mecanochimică. III.1.5.1 Coroziunea chimică Coroziunea chimică este o acţiune chimică continuă a mediului ambiant asupra suprafeţelor elementelor componente ale maşinii, utilajului sau instalaţiei. Coroziunea chimică poate evolua diferit, în funcţie de parametrii fizico-chimici ai materialului respectiv. În perioada de repaus această coroziune acţionează ca proces chimic numai asupra suprafeţelor deschise, care nu trec prin zona de contact şi celorlalte suprafeţe libere. Ca forme de coroziune chimice se disting: Ruginirea, care este o coroziune electrochimică a fierului ce se datorează acţiunii combinate a oxigenului şi apei şi poate să apară în aer la temperatură normală. Coroziunea în mediu librifiant, de natură electrochimică, apare în cazul prezenţei în lubrifianţi a unor mici cantităţi de apă care, în contact cu suprafaţa, formează microcelule electrolitice. Corozivitatea lubrifianţilor se poate datora şi sulfului provenit din uleiul de bază sau din combustibil. Daca coroziunea are loc in gaze, latemperaturi obisnuite, produsul coroziunii este volatil (de exemplu, reactia fierului cu clorul), iar la oxigen, la temperaturi ridicate, se formeaza pelicule aderente de oxizi, care micsoreaza sectiunea piesei. In lichid PROIECT GRUPA 2

19


neelectrolitic se produce o dizolvare a metalului fara formare de pelicule protectoare (de exemplu, alumiu in clorura de amoniu, plumb in clorura de plumb etc.) La piesele din otel, incalzite in cuptoare, pentru a fi prelucrate sau reconditionate prin deformare plastica sau tratamente termice, coroziunea este insotita de o decarburare a cementitei, cu formarea de straturi de oxizi, care la prelucrari se desprind, formand insemnate pierderi de metal. Fenomenul este favorizat de temperatura ridicata din cuptoare, de peste 973 K, unde hidrogenul difuzeaza in reteaua metalica, producand decarburarea si formarea de hidruri. La piesele din fonta, o incalzire de lunga durata sau cu alternante face ca patrunderea agentului oxidant la limita dintre cristale sa dea produsi de coroziune voluminosi. Fenomenul "de crestere" limiteaza folosirea fontelor cenusii la temperaturi mai mici de 673 K.

III.1.5.2 Coroziunea mecanochimică Coroziunea mecanochimică (tribochimică) se referă la modificările suferite de suprafaţa de frecare în timpul funcţionării. După natura solicitărilor mecanice sunt acceptate următoarele subclase: • coroziunea de tensionare, ce apare datorită solicitărilor mecanice statice prin care se distruge stratul protector, producându-se o intensificare a efectului corosiv; • coroziunea de oboseală, care apare datorită solicitărilor periodice, fenomenul de oboseală propriu-zis fiind activat de prezenţa unui anumit mediu ambiant. Prin acţiunea combinată a factorilor mecanic şi chimic, are loc creşterea uzării şi scăderea accentuată a rezistenţei la oboseală; • coroziunea tribochimică propriu-zisă, consecinţă a solicitărilor de frecare . Solicitarile mecanice nu declanseaza reactii chimice. Ele provoaca, in prealabil, modificari in starea suprafetei sau in structura interna, degajari mari de enrgie termica, acumulari de potential electrostatic etc., care fac posibile sau accelereaza reactiile chimice ale materialelor suprafetei de frecare cu mediul ambiant respectiv. III.1.6 Coroziunea electrochimica Coroziunea electrochimica presupune, pe langa reactiile chimice, si un transfer de sarcini electrice la suprafata de separare intre metal si mediul corosiv. In cazul contactului metal-mediu corosiv, metalele au tendinta sa treaca sub forma de ioni in mediul corosiv, lasand pe metal o sarcina electrica, formata din electronii corespunzatori atomului metalic ionizat (fig.5). Sarcina negativa a suprafetei metalice atrage o cantitate egala de ioni pozitivi, afati in imediata vecinatate a suprafetei, cantitate echivalenta cu numarul sarcinilor suprafetei. In acelasi timp, la suprafata metalului imersat in mediu corosiv are loc absortia de constituenti ai mediului, dipolii apeii si moleculele polarizabile, prezente in mediul corosiv, orientandu-se sub influenta sarcinii suprafetei. Intre metalul incarcat cu sarcini de un anumit semn si solutia ce contine sarcina de semn contrar ia nastere o diferenta de potential, denumita potential de electrod, a carui marime in stratul dublu depinde de tendinta ionului metalic de a parasi reteaua.

PROIECT GRUPA 2

20


Aceasta reactie de ionizare a metalului constituie reactia anodica a procesului de coroziune. Atomii cei mai expusi ionizarii sunt cei aflati in muchiile, nodurile sau dislocatiile retelei cristaline, ca avand energia cea mai mare. Ionii formati pot trece sub forma de combinatii, aflate in stare solida (oxizi, compusi insolubili) sau sub forma de combinatii solubile. Electronii eliberati in procesul de oxidare trebuie sa fie acceptati de un component al mediului corosiv, a doua reactie constituind-o reducerea mediului corosiv, ea fiind reactia catodica a procesului de coroziune. Reactia catodica prezinta mare importanta, de multe ori putand da nastere coroziunii. Prin depistarea reactiei catodice si eliminarea ei sau cel putin prin reducerea vitezei acesteia, se ajunge deseori la sanctionarea unor probleme importante de coroziune. Metalul si mediul corosiv vor fi deci strabatute de un curent electric propriu, generat de procesele electrochimice, care se desfasoara la limita celor doua faze. Diferenta de potential o pot crea si aerosolii, praful, impuritatile atmosferice, care cad pe suprafetele pieselor, se aseaza in micronereguralitatile suprafetelor, absorb umiditatea din atmosfera, creand astfel transferul de electroni. Asa se explica de ce suprafetele cu rugozitati mai mari si atmosferele mai poluate favorizeaza fenomenul.

III.2 Alte tipuri de uzare III.2.1 Suprasarcinile Suprasarcinile care provoaca solicitari ale organelor de masini, putand depasi limitele de rezistenta. Chiar daca se respecta intocmai prescriptiile de lucru (de exemplu, regimurile de aschiere) se pot ivi suprasarcini cand masina, utilajul sau instalatia sunt uzate. In aceasta situatie frecarile cresc atat de mult, incat, prin aceasta, se depaseste incarcarea admisa, Suprasarcinile, prin actiunea lor brusca, maresc bataile, grabesc uzarea si pot duce chiar la distrugerea unora dintre organele masinii sau ale motorului. Uzarea provocata de folosirea unei anumite zone din cursa masinii, utilajului sau instalatiei se datoreaza faptului ca la productia in serie mare si in masa se executa aceleasi operatii. Din aceasta cauza, se pot uza numai anumite zone din suprafetele pe care le fac deplasarile. O marire a duratei de exploatare se obtine prin schimbarea cat mai deasa a zonelor de deplasare, prin asezarea diferita a sculelor, prin modificarea pozitiei opritoarelor etc. III.2.2 Imprimarea sferica Imprimarea sferica (brinellarea), specifica lagarelor cu bile, supuse unor sarcini mari, unde apre deformarea cailor de rulare in perioadele indelungate de repaus. In functionarea masinilor, uzarile nu apar singulare ci asociate (abraziunecoroziune, adeziune-abraziune etc.) sau multiple, cum este cazul uzarii prin ciocnire. Pe suprafetele prelucrate mecanic raman macro si microneregularitati, astfel ca la inceputul functionarii suprafata reala in contact va fi foarte mica, iar presiunea va fi foarte mare. In aceste conditii, perioada initiala de functionare, uzarea pieselor va creste rapid, intensitatea uzarii fiin foarte mare. Dupa uzarea initiala, se produce tocirea proeminentelor, cele doua piese in frecare vor avea in contact suprafete mai mari, presiunea specifica devenind mai mica. PROIECT GRUPA 2

21


1. 2. 3.

www.didactic.ro www.google.ro Auxiliare curriculare pentru ciclul superior al liceului – Calificarea Tehnician mecanic pentru întreţinere şi reparaţii

PROIECT GRUPA 2

22

Uzarea si tipuri de uzura ce apar in functionarea masinilor utilajelor si instalatiilor

Recommend Documents