Miten rullanpaine vaikuttaa kulutusosan materiaalivalintaan?

Laitoksessa näen usein, että ihmiset jahtaavat tuotantoa nostamalla telojen painetta. Silloin mylly alkaa täristä, holkin lämpötila nousee ja kulumiskuvio muuttuu rumaksi. Ongelma on yksinkertainen. Paine muuttaa koko vikaantumistapaa. Jos valitsen materiaalin tavan mukaan, maksan siitä halkeamilla, lohkeiluilla ja ennenaikaisilla seisokkeilla.

Rullan paine määrittää holkin pintaan kohdistuvan kontaktijännityksen, lämmön ja väsymiskuormituksen, joten se ratkaisee, pitäisikö minun asettaa etusijalle kovuus, sitkeys vai komposiittirakenne. Kun paine nousee, hankaus- ja väsymiskuluminen lisääntyvät nopeasti, ja "turvallisesta" korkeakromisesta valinnasta tulee usein riskialtis valinta.

Opin tämän kantapään kautta. Näin kerran, kun "tarpeeksi kovalta" näyttänyt holkki epäonnistui aikaisin, koska se ei ollut tarpeeksi kova todellisille painepiikeille. Sen jälkeen lakkasin kysymästä vain "kuinka kova se on?" ja aloin kysyä "mitä paine tekee pinnalleni ja ytimelleni?".

Miksi korkeampi rullapaine nopeuttaa hiomakomponenttieni kulumista?

Korkeampi paine ei ole vain "enemmän voimaa". Se muuttaa sitä, mitä kontaktilinjalla tapahtuu. Jos en noudata tätä, kuluminen kiihtyy nopeasti ja vikaantuminen tapahtuu suunniteltua aikaisemmin.

Korkeammassa rullapaineessa kosketusjännitys kasvaa. Tämä aiheuttaa pinnan plastisen muodonmuutoksen, jos kovuus ei ole riittävän suuri. Silloin pinta karhentuu, ja hiomahiukkaset leikkaavat syvemmälle. Paine lisää myös todellista kosketuspinta-alaa mikrotasolla, joten liimauskuluminen voi lisääntyä. Tämän lisäksi syklinen kuormitus kasvaa, joten väsymiskuluminen siirtyy etualalle. Kun väsyminen alkaa, näen mikrohalkeamia, sitten halkeamalenkkejä ja sitten lohkeamia.

Kun jaottelen sen huoltoryhmälle, käytän yksinkertaista karttaa. Paine ratkaisee, mikä kulumistapa on hallitseva, ja se ratkaisee materiaalin.

Kokemukseni mukaan, kun paine nousee "korkeaksi", en enää luota yksinkertaisiin teräksiin. Alan etsiä järjestelmää, joka kestää kuormitusta, kestää leikkaamista ja estää halkeamien kasvun samanaikaisesti.

Miten valitsen oikean rullahylsymateriaalin eri painetasoille?

Paineella valitseminen on oikeastaan stressillä ja väsymyksellä valitsemista. Jos sovitan materiaalin painealueeseen, yllätykset vähenevät ja voin suunnitella seisokit.

Sovitan matalapaineisiin kustannustehokkaita kulumisseoksia, keskipaineisiin parannettuja kovafaasijärjestelmiä ja korkeapaineisiin komposiitti- tai lajiteltuja rakenteita, jotka pitävät kovuuden pinnalla ja sitkeyden rungossa. Tavoitteena ei ole maksimaalinen kovuus. Tavoitteena on vakaa kuluminen ilman halkeamia.

Näin teen sen paikan päällä. Aloitan paineella, sitten lisään rehun hankaavuuden, kosteuden ja tärinähistorian. Sitten valitsen materiaaliperheen.

Noudatan myös yhtä sääntöä: jos paine on korkea ja myllyssä näkyy painepiikkejä, asetan kovuuden ja väsymiskestävyyden etusijalle ensin, sitten lisään kovuuden. Tuo yksi sääntö estää monia lohkeamia.

Mitä tapahtuu, jos rullan holkin materiaali ei kestä myllyn painetta?

Kun materiaali on alimitoitettu paineelle, mylly ei vikaannu kohteliaasti. Se pettää tavalla, joka varastaa tuotantoaikaa.

Jos kovuus on liian alhainen, näen plastista muodonmuutosta, nopeaa profiilin häviämistä ja epätasaista kulumista. Tämä aiheuttaa tärinää, jolloin kosketus huononee, ja kuluminen kiihtyy jälleen. Jos sitkeys on liian alhainen, näen halkeamia pinnalla, sitten halkeamat kasvavat syklisessä kuormituksessa, sitten alkaa lohkeilu. Kun lohkeilu alkaa, pinnasta tulee karkea, ja sängystä tulee epävakaa. Mylly tarvitsee enemmän tehoa, ja käyttäjä lisää painetta palautuakseen. Tämä nopeuttaa vaurioiden syntymistä.

Selitän sen ketjureaktiona:

Tämän vuoksi en hyväksy "se on toiminut ennenkin" -lausetta todisteeksi. Jos laitos on nostanut rullapaineita, vanha todiste on poissa.

Miten metallikeraaminen komposiitti toimii korkeassa rullapaineessa?

Korkea paine rankaisee materiaaleja, jotka ovat vain kovia tai sitkeitä. Metalli-keraaminen komposiitti voi selvitä, koska se jakaa työn vaiheisiin.

Korkeassa rullapaineessa metallikeraaminen komposiitti säilyttää kovan kulutuspinnan, joka kestää leikkaamista, kun taas metallimatriisi antaa sitkeyttä ja kuormitusta hidastaakseen halkeamien kasvua. Oikein tehtynä sillä vältetään myös suuret haurausalueet, jotka aiheuttavat lohkeilua.

Kun tarkastelen suorituskykyä paineen alaisena, kiinnitän huomiota kolmeen asiaan: kosketusjännitys, väsymissyklit ja halkeamien pysähtyminen. Hyvä komposiitti antaa minulle kovan vaiheen, joka kestää kulutusta, ja kovemman vaiheen, joka pysäyttää halkeamat. Komposiitti voidaan myös suunnitella porrastetuksi, jolloin pinta on kovempi ja sisäpuoli kovempi. Tällä on merkitystä, koska pinta kuluu, mutta runko altistuu taivutukselle ja iskuille.

Dafang-valuprojekteissa keskityn pitämään keraamisen vaiheen vakaana ja hyvin sidottuna, koska korkeassa paineessa heikko sidos ilmenee ensimmäisenä.

Miksi perinteiset kromirullat eivät toimi korkeassa paineessa?

Korkeakrominen rauta on vahvaa kulutusta vastaan, mutta paine muuttaa taistelun väsymykseksi ja halkeiluksi. Siinä se voi hävitä.

Perinteiset korkean kromipitoisuuden telat perustuvat koviin karbideihin hauraassa matriisissa. Suuressa telan paineessa syklinen kuormitus aiheuttaa mikrosäröjä karbidin ja matriisin rajapinnoilla ja haurausvyöhykkeillä. Kun halkeamat alkavat, ne kasvavat nopeasti, koska materiaalin sitkeys on rajallinen. Jos valukappaleessa on karkeita karbideja tai segregaatiota, särön kulku helpottuu entisestään. Painepiikeissä näen usein pinnan halkeilua ja sitten lohkeilua, vaikka keskimääräinen kulumisnopeus näyttäisikin hyvältä.

Tämä on paineongelma yhdessä taulukossa:

En siis kutsu korkeakromaattista "huonoksi". Kutsun sitä "paineen rajoittamaksi". Jos paine on korkea, siirryn malleihin, jotka torjuvat väsymystä, eivät vain kulumista.

Miten oikea materiaalivalinta voi vähentää halkeilua rullapaineessa?

Paineen alainen halkeilu ei ratkea pelkästään kovuudella. Halkeilu ratkaistaan hallitsemalla jännitystä, pysäyttämällä halkeaman syntyminen ja hidastamalla halkeaman kasvua.

Vähennän halkeilua valitsemalla holkin, jonka sitkeys ja väsymiskestävyys on riittävä painepiikkejä varten, ja käyttämällä rakennetta, joka pitää kovat vaiheet hienoina ja hyvin tuettuina. Monissa tehtaissa tämä tarkoittaa siirtymistä monoliittisista seoksista komposiittisiin tai lajiteltuihin ratkaisuihin.

Käytännössä etsin näitä suunnittelusignaaleja:

Muistutan tiimejä myös siitä, että epävakaasta sängystä tulevat painepiikit voivat halkaista minkä tahansa materiaalin. Materiaalin valinta vähentää riskiä, mutta vakaa toiminta viimeistelee työn.

Vaikuttaako rullapaine myllyn käyttöikään ja tonnikohtaisiin kustannuksiin?

Kyllä, ja se tekee sen usein tavalla, joka ei ole lineaarinen. Pieni paineen nousu voi lyhentää käyttöikää paljon enemmän kuin ihmiset odottavat.

Korkeampi paine lisää kulumisnopeutta ja väsymisvaurioita tunnissa. Tämä lyhentää huoltovälejä. Tällöin seisokkien tiheys kasvaa. Todelliset kustannukset tonnia kohti nousevat, koska seisokit ovat kalliita. Vaikka halvemman holkin yksikköhinta olisi alhaisempi, se voi maksaa enemmän tonnilta, jos se pakottaa ylimääräisiin seisokkeihin tai aiheuttaa värähtelyvaurioita muille osille.

Näytän sen mielelläni yksinkertaisella kustannus tonnilta -näkymällä:

Siksi pidän "korvattavuutta" osana valintaa. Korkeassa paineessa haluan ennustettavan käyttöiän enemmän kuin alhaisimman ostohinnan.

Miten voin sovittaa rullan paineen kulumiskestävyyden ja sitkeyden yhteen?

Paine pakottaa tekemään kompromissin. Jos tavoittelen vain kulutuskestävyyttä, voin saada hauraan holkin. Jos tavoittelen vain sitkeyttä, voin saada nopean kulumisen. Ottelu on tasapaino.

Sovitan rullapainetta valitsemalla materiaalijärjestelmän, jolla on suuri pintakovuus kulutusta varten ja riittävä sitkeys ja väsymiskestävyys halkeilun ja lohkeilun estämiseksi. Korkeassa paineessa suosin komposiitti- tai lajiteltuja malleja, jotka hoitavat molemmat tehtävät.

Käytän tätä päätösopasta:

Tarkkailen myös liiman kulumista ja puristumista korkeassa paineessa. Jos kitka on suuri, valitsen järjestelmiä, jotka vähentävät kitkaa ja vastustavat tarttumista, enkä vain suurempaa kovuutta.

Miten optimoin rullapaineen ja materiaalin valinnan, jotta myllyn toiminta olisi vakaata?

Jos haluan vakaata toimintaa, en voi käsitellä painetta ja materiaalia kahtena erillisenä säätimenä. Ne toimivat yhtenä järjestelmänä. Parempi holkki voi mahdollistaa turvallisemman paineen. Parempi paineen säätö voi mahdollistaa yksinkertaisemmat materiaalit. Paras tulos on vakaa hiomapohja ja ennustettava kuluminen.

Optimoin asettamalla rullapaineen ensin sängyn vakautta varten ja valitsemalla sitten holkkimateriaalin, joka vastaa todellista huippupaine- ja väsymissykliä, ei vain keskimääräistä painetta. Tämä vähentää tärinää, halkeilua ja yllättäviä seisokkeja.

Tämä on käyttämäni käytännön työnkulku:

Noudatan myös tiukkaa sääntöä: jos mylly tarvitsee äärimmäistä painetta pysyäkseen tuottavana, se tarkoittaa usein, että jauhatustila ei ole vakaa. Vakauden korjaaminen voi olla halvempaa kuin ostaa joka kerta eksoottisin holkki.

Päätelmä

Rullan paine ratkaisee kosketusjännityksen, lämmön ja väsymiskuormituksen, joten se ratkaisee myös kulumismateriaalistrategiani. Paineen kasvaessa kuluminen on vain osa tarinaa, ja halkeilusta ja lohkeilusta tulee todellinen riski. Saan parhaat tulokset, kun sovitan painetason ja painepiikit yhteen materiaalin kanssa, jossa pintakovuus ja ytimen sitkeys ovat tasapainossa. Kun paine on korkea, valitsen usein Dafang-Castingin metallikeramiikkakomposiitin, koska se säilyttää kulutuskestävyyden ja torjuu samalla väsymisvaurioita, joten mylly pysyy vakaana ja tonnikohtaiset kustannukset laskevat.