Témata
Reklama

Zvyšování životnosti abrazivně opotřebených strojních částí

18. 05. 2005

Problematika snížení opotřebení strojních součástí, a tím i zlepšení ekonomické efektivnosti rychle opotřebitelných částí, zasahuje do většiny výrobních procesů. Životnost a spolehlivost řady strojních částí je v rozhodující míře ovlivněna třením a opotřebením, které se významně podílí na ztrátách energie a materiálu. Má též významný vliv i na náklady spojené s údržbou, opravami a renovací strojních součástí. Opotřebení má na svědomí až 80 % poruch strojů a zařízení.

Rozvoj vědních a technických oborů, jako je např. strojírenství, stavitelství, hutnictví aj., vede ke stále se zvyšujícím požadavkům na stroje a zařízení, které mají stále vyšší měrné výkony, rostou požadavky na těžbu, dopravu a zpracování základních surovin a hmot. Nadměrné opotřebení vede k postupné ztrátě požadované funkční způsobilosti stroje či strojního zařízení. Opotřebení je přitom složitý děj, protože je ovlivňováno řadou faktorů a vlivů. Základní metodou při analýze opotřebení je systematické a komplexní zhodnocení zkoumaného případu. Problémy, které by analýza neměla v žádném případě opomenout, jsou vnější podmínky prostředí, ve kterém stroj pracuje (teplota, vlhkost, chemické působení, prašnost), pracovní médium (rychlost proudění, obsah částic, jejich tvrdost, tvar, počet, hmotnost), dynamické zatížení povrchu, vnitřní podmínky (vhodnost stroje k předpokládané funkci, vhodnost volby materiálu, správnost technologie při výrobě součástí a stroje, výskyt vad narušujících správnou funkci součástí) a provozní podmínky (porovnání skutečných podmínek provozu s podmínkami předepsanými, soustavné nebo občasné překročení provozních podmínek, chyba obsluhy při řízení stroje nebo zařízení).
Při zkoumání změn opotřebení funkčních ploch s časem, tj. dobou provozu, tedy jde vždy o určité zjednodušení a schematizaci. Všeobecně je přijímána hypotéza, že při smykovém tření a neměnných podmínkách provozu je velikost opotřebení úměrná třecí práci. Tato závislost je rovnicí přímky. V praxi bývají tyto předpoklady jen zřídkakdy splněny, a to v případě, kdy jsou provozní a třecí podmínky ustálené. Časový průběh opotřebení se v praxi přibližuje k průběhu, který je uveden na obrázku (děj). U toho průběhu lze rozlišit dobu záběhu třecí dvojice, dobu ustáleného opotřebení a dobu zrychleného opotřebení, kdy se k původnímu opotřebení přidává další mechanismus - mnohdy jde o rázy v důsledku zvětšených vůlí apod. V krajním případě doby provozu může na jejím konci dojít k poruše součásti.
Reklama
Reklama
Reklama

Hodnocení odolnosti materiálu proti abrazivnímu opotřebení

Pro vzájemnou porovnatelnost a interpretaci výsledků při zkouškách opotřebení je v tabulce uveden přehled základních měřených veličin v opotřebení. Odolnost materiálu proti abrazivnímu opotřebení se hodnotí tzv. poměrnou odolností proti abrazivnímu opotřebení ?abr. Je to poměr objemového úbytku etalonu a objemového úbytku zkoušených vzorků. Tato hodnota umožňuje porovnávat opotřebení zvolených materiálů vzhledem k etalonům a lze ji zjišťovat pomocí porovnávacích zkoušek abrazivního opotřebení. Zkoušky na odolnost proti opotřebení se většinou provádějí na speciálních zkušebních zařízeních. Výhodou laboratorních zkoušek je jejich opakovatelnost, časová nenáročnost a relativně nízké náklady, nevýhodou je odlišnost průběhu zkoušky od namáhání materiálu v provozu. Výhodou provozních zkoušek je hodnocení materiálu v podmínkách, v jakých bude skutečně pracovat, nevýhodou jsou zpravidla vysoké náklady, vyšší časová náročnost a možný vliv rozdílných podmínek (např. změna druhu půdy nebo její vlhkosti při zkouškách plužních čepelí).
Laboratorní zařízení pro tyto zkoušky se rozdělují podle podmínek v oblasti dotyku (opotřebovávaný povrch - abrazivní částice) na přístroje s vázanými částicemi, přístroje s volnými částicemi a přístroje s vrstvou volných částic mezi dvěma stykovými povrchy. U přístrojů s vrstvou volných částic mezi dvěma stykovými povrchy je obtížné odstraňování rozdrcených částic z pracovní oblasti a dodávka čerstvých částic působí obtíže. Kromě těchto přístrojů existuje řada zkušebních zařízení poloprovozního charakteru (laboratorní čelisťové drtiče, kladivové mlýny).

Zkoušený návarový materiál

Jednou ze základních zkušebních metod je opotřebení vzorků vázanými abrazivními částicemi. Vázané abrazivní částice mohou být ve formě brusného plátna nebo brusného kotouče. Přístroje s brusným plátnem se používají ke zkouškám kovových materiálů nejčastěji. Jejich předností je jednoduchost a spolehlivost. Rozptyl výsledků je relativně malý (?10 %). Nevýhodou je proměnná kvalita brusného plátna, která se musí průběžně kompenzovat etalony. Metodika zkoušek na přístroji je popsána v normě ČSN 01 5084 Stanovení odolnosti kovových materiálů proti abrazivnímu opotřebení na brusném plátně. Nejčastěji se používají přístroje s brusnými plátny ve tvaru kotoučů upevněných na rotující desce, nebo přístroje s plátnem navinutým na válci nebo ve tvaru nekonečného pásu.
Nevýhodou všech přístrojů s vázanými částicemi je klesající abrazivita brusného plátna i kotouče v průběhu zkoušek. Abrazivní částice se postupně opakovanými interakcemi s povrchy zkoušených vzorků otupují a vylamují, kromě toho se jejich povrch znečišťuje částicemi otěru. Tento nedostatek se odstraňuje částečně tím, že se vzorek posunuje a přichází postupně do kontaktu s novým neopotřebovaným abrazivem.
Pro porovnání odolnosti proti opotřebení byl zkoušen návarový materiál Ledurit 65 ve více vrstvách. Návarový materiál je výrobcem doporučen pro tvrzení materiálu podléhajícího extrémnímu minerálnímu hladkému otěru. Velmi vysoké odolnosti proti otěru je dosaženo díky karbidům Mo, V, W, Nb.
Návarový materiál byl navařen dle podmínek stanovených výrobcem. Pro zkoušky byly navařeny vzorky s jednou, dvěma a třemi vrstvami návaru. Typické chemické složení svarového kovu dle katalogu výrobce je uvedeno v tabulce.
Opotřebení bylo stanoveno na přístroji s brusným plátnem podle ČSN 01 5084. Zkušební přístroj s brusným plátnem je složen z rovnoměrně se otáčející vodorovné desky, na kterou se upevňuje brusné plátno. Zkušební těleso je drženo upínací hlavicí a je přitlačováno k brusnému plátnu silou vyvozenou závažím o hmotnosti 2,35 kg. Hlavní pohyb koná příchytná deska s brusným plátnem, vedlejší pohyb vyvozuje šroub, který pohybuje upínací hlavicí s uchyceným vzorkem. Zkušební vzorek je během zkoušky posunován od středu ke kraji brusného plátna (nebo i v opačném směru) a částí svého povrchu přichází neustále do styku s nepoužitým brusným plátnem.
Porovnávací zkušební tělesa byla vyrobena z oceli dle ČSN 41 2014 s tvrdostí 101 HV. Z výsledků zkoušek je zřejmé, že s rostoucím počtem vrstev se současně zvyšuje tvrdost i odolnost proti opotřebení. Mikrostruktura návaru je tvořena jemným martenzitem + austenitem s karbidy Cr, Nb, V a W.
Naměřené výsledky ukazují, že velikost opotřebení závisí na více faktorech. Jednovrstvý návar měl 6% opotřebení, třívrstvý měl poměrnou odolnost vůči etalonu 4 %. V praxi bude nutné zohlednit i ekonomickou stránku problému - cenu návarových materiálů, ta se pohybuje v řádech tisíci korun za 1 kg návarového materiálu. Vyhodnocení ekonomických ukazatelů nebylo předmětem uvedeného příspěvku. Při praktické aplikaci návarových materiálů je nezbytné vzít do úvahy další nákladové položky.
Tento příspěvek vznikl v rámci řešení grantu TF ČZU 31140/1312/313128 - Technicko-ekonomické studium vlivu faktorů ovlivňujících intenzitu opotřebení funkčních povrchů.
Ing. Petr Hrabě
Ing. Rostislav Chotěborský, Ph.D.
Všechny obrázky a tabulky naleznete v tištěné podobě časopisu.
Reklama
Vydání #5
Kód článku: 50543
Datum: 18. 05. 2005
Rubrika: Výroba / Technologie
Autor:
Firmy
Související články
Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Jak zvýšit produktivitu?

Každý výrobní ředitel řeší otázku, jak navýšit produktivitu výroby, aniž by utrpěla její kvalita. Před stejným problémem jsem stál i já, když jsem před osmi lety začal řídit výrobu české části společnosti Colop, produkující razítka a ruční tiskárny. Níže nabízím několik tipů, jak se dá pomocí opatření ve výrobě navýšit produktivita - a v důsledku i obrat - o více než 100 %. Věřím, že většina těchto v praxi vyzkoušených rad bude užitečná i pro řadu jiných průmyslových oborů, než je výroba našeho typu.

Tvoříme historii vodního paprsku

Každá investice do podniká je spojena s velkým očekáváním. Jistou dávku důvěryhodnosti ve správnou investice může dávat také historie firmy i samotné technologie. Technologie řezání vysokotlakým vodním paprskem Flow slaví v tomto roce již 50 let, resp. 40 let v případě abrazivního vodního paprsku.

Související články
Urychlete svoji digitální transformaci

Jak může strategie digitální transformace, jejíž součástí je přechod na moderní distribuovaný řídicí systém, pomoci výrobcům dosáhnout vyšší produktivity, ziskovosti a snížit rizika? To se dozvíte, pokud se začtete do následujících řádek.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Plasty pomáhají modernizovat strojírenství

S pokračujícím vývojem nových materiálů se mění i materiálová skladba strojírenských výrobků a zařízení. V současné době si již nelze rozvoj téměř všech strojírenských odvětví bez použití plastových materiálů představit. Vývoj pak ukazuje, že plasty budou hrát ve strojírenství stále významnější úlohu.

Odlehčovací optimalizace 3D tištěné frézy

Vývoj v oboru obrábění se tradičně potýká s mimořádným dynamickým zatížením soustavy na straně jedné a požadavky na přesnost a produktivitu obrábění na straně druhé. Nalezení takové konstrukce nástroje, která odolá extrémním provozním podmínkám, a přitom umožní proces obrábění urychlit, může vést k zefektivnění výrobního procesu. Příkladem toho může být vývoj odlehčené frézovací hlavy. Dosavadní konstrukce obráběcích nástrojů vycházely z jednolitých plných tvarů zaručujících vysokou tuhost na úkor dynamických vlastností nástroje. Změnou vnitřní struktury je však možné najít optimum mezi těmito protichůdnými požadavky.

Využití neuronových sítí v optické kontrole

Většina moderních výrobních firem aktivně řeší, jak během výrobního procesu dosáhnout co nejvyšší kvality, za co nejnižší náklady. Přesto může dojít k chybě a vyráběný produkt není v požadované kvalitě. Důvodů může být mnoho, od špatného vstupního materiálu, přes poruchu některého ze strojů, či chyby operátora.

Chytré brýle pro průmysl

Chytré brýle a rozšířená realita se v posledních letech staly dalším trendovým tématem v průmyslovém prostředí. Na rozdíl od umělé inteligence, která je založena na strojovém učení a u které jsou stroje určeny k dlouhodobému nahrazení lidského faktoru, sleduje rozšířená realita jiný cíl: podporovat člověka v průmyslových procesech. Zde vstupuje firma Ayes, která představuje jedničku v oblasti hands-free technologií pro průmysl, chytré brýle RealWear HMT-1.

Odhrotování výbuchem

Odhrotování výbuchem se odborně nazývá termické odhrotování (TEM). Jde o vysoce výkonnou a maximálně produktivní metodu odhrotování menších, tvarově složitých, jednoduchých i velmi náročných výrobků, na které jsou kladeny ty nejvyšší požadavky z hlediska čistoty, kvality, a ekonomiky výroby. Tato nekonvenční metoda je schopna stoprocentně zajistit, že se později v zabudovaných součástkách nic neuvolní. Používá se zejména po třískovém obrábění železných i neželezných kovů nebo po středním či vysokotlakém lití menších neželezných odlitků.

Virtuální a rozšířená realita zvyšuje konkurenceschopnost

Dnes již máme řadu možností, jak můžeme v byznysu prakticky využít virtuální a rozšířenou realitu. A to doslova ve všech dostupných oborech a firemních procesech.

Jaká tajemství skrývá výroba razítek?

Představte si obyčejné moderní razítko. Připadá vám, že vyrobit je musí být velice jednoduché? Možná byste se divili. Složitá vulkanizace, vstřikolisovna s 21 vstřikolisy, obtížný proces barvení, to vše velmi náročné na stabilitu procesu. Tolik jen stručně o tom, s čím se během výroby razítek musíme u nás, v Colopu v Borovanech, denně potýkat. Chcete se dozvědět víc? Pak vás zvu ke čtení následujících řádků.

Vplyv ochrannej atmosféry pri zváraní hliníkových zliatin

Ľahké neželezné kovy ako hliník, horčík, titán a ich zliatiny, ktoré sú používané najmä v automobilovom, leteckom a kozmickom priemysle, musia spĺňať vysoké a často protichodné nároky ako je napríklad dostatočná pevnosť pri zachovaní vysokej ťažnosti alebo dobrá korózna odolnosť. Inak povedané, využívajú sa tam, kde ich náhrada dostupnejšími materiálmi nie je možná. Na zváranie materiálov z ľahkých neželezných kovov je potrebné použiť takú technológiu zvárania, ktorá bude ich vlastnosti degradovať čo najmenej. Celý rad štúdií a doterajších praktických skúseností ukazujú, že väčšina problémov vznikajúcich pri konvenčnom zváraní oblúkovými metódami môže byť potlačená použitím laserového lúča.

IoT na insfrastruktuře elektrických rozvodů

V minulém vydání jsme představili nový systém WorkSys, otevřenou IoT platformu pro tvorbu nových aplikací a jejich propojení s již existujícími. Dnes toto téma uzavřeme a představíme nástroj FactoryDashboard pro tvorbu komplexního digitálního dvojčete fabriky.

IoT na infrastruktuře elektrických rozvodů

Průmysl v současné době čelí potřebě transformovat lidskou činnost na činnost tvořivou a fyzicky náročnou rutinní práci na stroje a systémy. Jeho vyšší forma, inteligentní průmysl, pak předpokládá zjednodušené rozhraní mezi zákazníkem, výrobcem, dodavatelem a současně dává předpoklady tvorby komfortních pracovních podmínek.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit