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轧机轴承失效分析过程探讨

尽管轧机用滚动轴承的转动极为可靠,但是安装、使用或制造不当同样会造成早起失效。对轴承期望寿命内早期失效进行研究,可以防止轴承在使用中发生频繁的早期失效。

为了减少滚动轴承早期失效,为了确定滚动轴承早期失效的失效原因,依据工况条件首先要了解制造该轴承的钢材合金成分、轴承从投料到成品的加工工艺过程及轴承精度等级。针对它所应用场合适当搜集使用该轴承轧机的轧制力、线速度、轧制产品品种、润滑方式与效果、轴承密封效果、轧制板材原料形状和轧制后成品质量等等。根据搜集的轧机数据结合轴承所有数据进行轴承失效分析。

当轴承不能按预期的要求运转时即可认为该轴承已失效,通常早期失效远远早于轴承完全丧失功能的时间,因此对轴承早期失效的研究和分析是十分必要。见下图;

搜集轴承失效数据流程图:

「技术」轧机轴承失效分析过程探讨 原创


轧机轴承供货前的早期了解。对于轴承而言,一个新的轧钢环境设计者需要了解轴承之前的使用状况,如有可能,早期调查应包括观察轴承拆卸前和拆卸过程中以及拆卸后有关和轴承相配合零件基本特征,应把这些特征使用文字和照片的形式记录各零部件特征,以便设计人员根据工况条件设计更实用的轧机轴承,对于安装和拆卸过程中的不当之处应给指出并更正。对之前使用轴承的损坏特征要予以充分了解,尽可能通过早期了解的数据来规避轴承早期失效。

轴承的安装和拆卸方法因类型不同而各异,在此不做说明。无论采用什么方法都必须小心以避免损伤轴承,不允许采用暴力手段(如锤子砸、铁棍撬等等);微小的划伤痕迹都会造成使用或对以后的失效分析发生偏差。安装时的轴承座和轧辊尺寸公差可参阅相关关国家标准。轴承损坏后应保存第一现场以备轴承失效分析使用。如果急需拆机应对损坏轴承及配件进行拍照取证,拆下废轴承应放置库房并保存原始状态不得破坏。

失效机理

机械损坏:轧机轴承零件具有良好的加工精度和表面粗糙度,安装时的不良操作,滚动接触面出现擦伤划痕时,表面应力状态会发生改变,从而会影响轴承寿命,特别当这些划痕和压痕产生在滚动表面时更为有害,当划痕和擦伤破坏产生的金属颗粒发生移动并嵌入滚道时对轴承会再次产生影响。

滚动体过载时产生的永久压痕称之为布氏压痕,这种压痕会导致轴承失效,例如;轴承跌落或安装不合适等。轴承运转中发出的不正常噪音都是出现布氏压痕的初始信号。

当轴承承受震动而滚动体不旋转时,滚道也会出现损伤,这种损伤称之为伪布氏压痕,它主要发生在轴承安装前后。运输过程中受震动和长时间闲置设备上的轴承中可以观察到伪布氏压痕损伤。

轴承滚道在磨加工过程中,由于机床震动、磨削砂轮修整不锋利、工件与砂轮线速比配置的不合理而产生的滚道表面微震动以及粗糙的波峰波谷处理不当,都是出现早期失效根源,这种现象在成品轴承检测时就会表现出来。

磨损损坏

磨损通常引起轧机轴承零件逐渐损坏,并最终导致轴承零件尺寸精度丧失以及其他相关的问题,磨损引起失效并非意味着只是更换轴承。因为游隙和配合发生变化,磨损引起的其他状态可能变成主要失效机理,磨损可能产生引起裂纹的应力集中源。

适当的润滑条件下,轴承配对件表面微凸体可能发生塑性变形并有冷压而变平坦,在这种状态下,轴承可以达到预期的使用寿命。但是,当润滑条件恶化时,使轴承内部滚动表面形成金属与金属接触从而导致磨擦力增大,造成轴承内部局部变形和磨擦焊接,在这种交变作用力下可以将局部磨擦焊点从机体上撕裂而增大塑性变形,这样就会形成表面点蚀,而另一个零件表面会有转移材料。这种状态是否恶化取决于运转状态,轻微粘着损伤称之为擦伤,严重的粘着则称之为咬合。

轴承零件接触表面之间夹杂坚硬颗粒且相对接触表面移动时,将引起磨粒磨损,锋利的磨粒可以产生明显犁沟,这也是早期失效根源。这种磨粒主要来自轴承内部或来自机器系统内部,如:润滑的纯洁度、轴承安装时的洁净度、轴承出厂前清洗的清洁度。

裂纹破坏

轴承零件的裂纹是由过载或循环载荷应力造成的,冶炼工艺和加工工艺也能引起制造裂纹,除了由夹杂物和氧化物造成的裂纹外,由冶炼和加工工艺造成的裂纹,不可能进入后续的加工工序中。

轴承后续加工过程产生的裂纹通常与热处理和磨削工艺有关,如果某一制造过程中存在裂纹流入下工序,在后续加工中会促使裂纹迅速扩展。但有一个例外,终磨阶段产生的裂纹如果没检查出来,就会带到运转设备上。排除上述情况,通常所遇到的裂纹问题大都与按装和运转过程有关,是由安装划痕、擦伤及循环载荷造成的。零件的残余应力安装引起的静应力及外加载荷造成的应力相互影响使得应力状态,由于裂纹的扩展方向垂直于作用应力方向,因此,由于裂纹的扩展方向可以获得一定信息。

在轧机轴承下机维护时,可以根据这些裂纹破坏信息来查找轴承的早期失效根源,从而使轧机轴承获得更长寿命。

轧机轴承的失效原因很多,不是解决或说明一个或两个原因就可以提高轧机轴承使用寿命,如果要提高轧机轴承的寿命,应该综合每一个因素环节,必须从选材、加工工艺制造、运输过程、装机运行状态等等环节加强控制。

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