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机床研伤现象与修复技术研究

文章出处:未知 人气: 发表时间:2017-11-02

  研伤是机床上常见的非正常情况下的磨损,其后果直接导致机床的使用精度降低、使用寿命缩短。若不及时修复,研伤产生的颗粒,还会加剧研伤,最终是相互滑动的零件终止滑动,产生“咬死”现象。

  我们一般把机床上产生研伤的原因分为两种类型:

  一、粘着磨损型研伤

  相对运动的摩擦副,由于互相摩擦,接触表面的材料从一个表面粘附到另一个表面,使摩擦表面产生了划痕与沟槽的研伤。我们称之为粘着磨损型研伤。

  (一)粘着磨损性研伤的产生机理

  生产实践与研究表明

  固体表面状况,从微观的角度看是存在凹凸不平的缺陷的,即使是经过抛光等精加工也不能完全避免这种现象。两个摩擦表面接触时,实际上是两个摩擦表面的凸峰相互接触。由于接触应力很大,以至产生弹性、塑性变形,使接触面积物理性增大,直到能够承受全部负荷为止。此时,金属接触表面将出现牢固的粘着点,我们通常把这种现象叫做冷焊粘着。在没有表面膜的情况下极易产生这些粘着点。如果摩擦副表面有表面膜时,或只受法向力作用。这种现象就不会产生了。

  若同时又有切向力的作用,而且法向力和切向力都很大,那么在相对滑动时,摩擦表面的温度就会升高,高温高压的双重作用下,致使油膜破坏,接触的金属表面就软化、或溶化,接触点就产生粘着撕脱粘着撕脱得循环过程,使接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面,从而使其中一个表面(或两个表面)上形成划痕与沟槽,也就是粘着磨损型研伤(二)粘着磨损型研伤的分类

  依据摩擦副表面研伤的程度,一般将机床上常见的粘着磨损型研伤分为四类:

  1.涂抹 这事只发生在软金属浅层表面,被研伤的软金属薄层以涂抹的方式,转移到硬金属表面。例如:运行后的蜗轮表面的铜涂抹在蜗杆表面上。

  2.擦伤 破坏方式是沿运动方向产生细小划痕,发生在软金属表面表层以下较浅的部分。有时硬金属表面也会有划伤,常见于设备磨合期。

  3.胶合 (撕脱)当摩擦副做相对滑动时。粘着点从基体金属上剪切下来,使其表面产生撕脱性破坏,出现胶合性损伤。多发生在相互摩擦的两个零件的基体较深处。如机床导轨与滑板在缺乏润滑油而导致于摩擦多属于此类研伤。

  4.咬死 相对滑动的零件表面瞬时闪发的温度相当高、粘着区又大、粘着点的强度也非常高,粘着不能从基体上剪切下来,造成相对运动终止的现象。这是我们研究的研伤中最为严重的一种,俗语也称之为“抱轴”。

  (三)粘着磨损型研伤影响因素

  很多因素都影响到研伤现象的发生,我们可以通过研究这些因素有真对性的采取措施,预防研伤现象的发生和发展。

  1.润滑油的因素 润滑状态对粘着磨损型研伤影响很大,能否保持摩擦表面始终保持足够强度的润滑膜,避免摩擦表面之间金属表面的直接接触而形成千摩擦或半干摩擦,是防止产生粘着磨损型研伤的关键。确保摩擦表面的良好润滑是很重要的。

  2.压力因素 一般情况下,随着压力的增大,粘着磨损型研伤也会加重。当压力载荷超过摩擦副材料的硬度时,摩擦副表面氧化膜被压溃,两表面之间新生面的凸出点互相嵌入,而相互移动则使此类研伤加重,严重时导致摩擦副表面胶合,甚至咬死。重型机床多属于此类研伤。

  3.温度因素 在摩擦过程产生的热量,使摩擦表面温度升高到一定程度时,轻者破坏润滑膜,使属表面的直接接触而形成干摩擦或半干摩擦:严重时能使材料处干回火状态而降低材料硬度;更严重的现象是局部高温使摩擦表面的慈材料处于溶化状态。因此,温度对产生粘着磨损型研伤影响很大。

  4.滑动速度的因素 压力一定时,滑动速度小,形成润滑膜的作用就减小,这时油膜的横渡较小,油膜常因承受不了运动件的压力而部分破坏,造成两金属见得直接接触,容易导致研伤。但滑动速度达到一定程度时。也容易导致摩擦副的温度升高,易破坏润滑油膜,进而导致研伤。

  5.表面粗糙度的因素 越是光滑的表面,抗粘着磨损型研伤的能力就越大。适当降低表面粗糙度值可以预防此类研伤。因此,在保养机床时,常常在机床导轨表面刮研花纹,目的是便于出储油,预防研伤。

  6.材料的因素 脆性材料比塑性材料的抗粘着磨损能力强:互溶性大的材料所组成的摩擦副比互溶性小的材料所组成的摩擦副,更容易产生粘着磨损型研伤。金属与非金属所组成的摩擦副产生此类研伤的倾向小。

  二、磨粒磨损型研伤

  污染进入两摩擦表面间的颗粒,在表面运动时所产生的显著切削作用,致使摩擦表面产生划痕和沟槽研伤类型。

  (一)磨粒磨损型研伤产生的机理

  硬颗粒进入两摩擦表面之间后受到两个力的作用,一个是垂直于表面的力,另一个是平行于表面的力。硬颗粒在前者的作用下刺入表面,而在后者的作用下产生切向运动,其结果导致表面留下划痕或沟槽。

  (二)磨粒磨损型研伤的分类

  我们把机床上常见的磨粒磨损型研伤大致分为三类:

  1.磕碰引起的在我们生产加工过程中,机床的导轨难免会受到工件或工具等高应力物品的磕碰,因此是导轨的表面出现凹坑,而其周围同时会出现凸起或毛刺。如不及时修复,当滑板在导轨上华东时,势必将滑板研伤。

  2.硬粒进八摩擦面之间引起的外界的切屑和型砂进入机床的到归与滑板之间,将形成典型的磨粒磨损型研伤:切屑或型砂在垂直的压力下,压溃导轨或滑板表面,当滑板移动时,使导轨和滑板研伤。

  3.污物进入摩擦面引起的污垢通过润滑油进入摩擦面之间,虽然不会压溃摩擦表面,但能改变摩擦表面的接触状态,由于污垢的支承,与污垢接触位置承受的压应力增大,长时间运行后,也将产生擦伤或微小的划痕。不论我们采取什么样的措施,机床研伤的问题也是难以避免的。因此,我们研究研伤产生的机理和类型的目的,就是要找出修复研伤的办法。

  机床一旦发生了研伤,就必须立即停止运行,找出原因,对症下药,及时修复。一般来讲,对涂抹一类的轻微研伤,可以不做修复,但必须加强润滑,防止研伤扩大。而对胶合、咬死等研伤,则必须进行修复。现就常见的几种摩擦副的研伤修复进行探讨:

  (三)滑动轴承与轴的修复

  1.滑动轴承表面被研伤后,首选的方法是刮研法。滑动轴承一般都有可供调整修复的余量,完全可以满足机床的一个修理周期。如果研伤十分严重,修复余量不能满足时,就要及时更换轴承。

  2.当轴颈有研伤时,可采用磨小轴颈、更换滑动轴承的方法。但轴颈修磨量不宜过大,比如机床主轴,修磨量不能超过轴承表面淬火、渗碳、氧化、及碳氮共渗的厚度,修磨后轴颈表面硬度不低于原设计硬度的下限:对于传动轴来说,轴颈不应小于装配时在装配方向前端轴颈或凸台的尺寸。

  当然也可以采用焊接修补的方法来修复轴颈,但要考虑焊补时加热过程对轴的几何精度、机械强度及表面硬度的影响。

  还有一点需要注意,轴颈修复后,一般都需要按轴颈重新配做滑动轴承或轴承套。

  (四)蜗杆副的修复

  蜗杆副发生粘结或研伤时,蜗杆的齿面均被硬化和擦伤,蜗杆表面硬度会下降,渗碳蜗杆齿面有时会产生龟裂现象。在修复蜗杆副时,是修复蜗轮报废蜗杆,还是修复蜗杆报废蜗轮,或者都修复,除了根据他们的损坏程度外,还应考虑蜗杆副传动的结构形式。当传动为固定中心距传动的蜗杆副,一般只能修复一件,更换一件,被修件的齿厚减薄量由增厚新件的齿厚补偿,以免啮合齿隙增大。从考虑齿强度的观点出发,不宜减薄蜗轮齿厚,而应优先选用修复蜗杆的方法。如果蜗杆为渗碳淬火件,则齿面修磨量不宜过大。如果考虑蜗轮的价值较贵,也可选用修复蜗轮,更换蜗杆的方法。

  (五)机床导轨的修复

  对于机床导轨的轻微研伤和擦伤,只要用刮刀或磨石修复,即可继续运行。

  而对胶合性研伤,则需要用焊接修补或充填粘补得方法来修复。

  对机床导轨的焊接修补与粘补,相对来说工艺较为复杂,特别是大面积的修复,修复前更应考虑全面:第一,要考虑所采用的修复工艺对导轨的精度,力学性能有否影响。如受温度的影响,是否会引起达导轨变形,是否会改变导轨的机械强度呵表面硬度等。第二,要考虑所采用的修复工艺对导轨材料的适应性,如铸铁材料的导轨一般不采用铸铁堆焊,因铸铁的可焊性差,易产生裂纹、气孔等缺陷,也不宜加工。第三,要考虑修补层本身的机械强度与导轨实际工作环境。规格不同、性能不同、实用环境不同的机床,在修补时要选用适用的焊补和粘补材料以及先进的修复手段和新工艺。


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