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如何处理包装机械各组成零件变形

日期:2012/3/28 9:22:31   点击:


在包装机械设备故障中,磨损是主要的。而包装机械各组成零件的变形,常常会加大零件磨损,导致设备故障。
 
包装机械在作业过程中,由于受力的作用使零件的尺寸或形状产生改变的现象叫做变形。包装机械零件,特别是基础零件或运转部位的零件的变形,将严重影响包装机械设备的工作质量和寿命。
 
金属零件的变形机理
 
金属零件变形的过程可分为弹性变形阶段和塑性变形阶段。实践证明,在两种变形中,塑性变形对零件的性能和寿命有较大影响。
 
金属材料弹性变形的机理是:金属原子间存在着相互平衡的力——吸力和压力。吸力使原子彼此密合到一起;而压力则使原子间不要接近得太紧密。在于常情况下,原子占据的是这两种力保持平衡的位置。当施加外力使原子间距靠近或拉远时,都必然产生相应的相斥抗力或相吸的抗力,并与之建立新的平衡。当外力去除后,又出现新的不平衡,原子重新回到原来相互平衡的位置。这也就是弹性变形的机理,即是说弹性变形乃是由于外力作用所引起的,原子间距离发生可逆性变化的结果。
 
金属材料塑性变形的机理是:金属的塑性变形都是金属晶体滑移或孪生造成的,而其中以晶体的滑移为主。机械零件的金属几乎都是多晶体,而且大部分为合金。由于多晶体中各个晶格位向不同,还有晶界存在,在合金中还有溶质原子或异向的存在,使各个晶粒的变形互相阻碍与制约,所以多晶体及合金塑性变形的情况要比单晶体复杂得多。
 
塑性变形对金属性能的影响是会出现加工硬化。随着塑性变形的增大,材料的强度和硬度会逐渐上升,塑性和韧性会逐渐降低。塑性变形还使金属容易生锈,不耐腐蚀和引起内应力,从而导致金属零件的变形。
 
零件冷却过程中的应力和变形
 
机械零件在从高温冷却下来的过程中,由于零件相连部分体积变化不均匀,互相牵制,会产生内应力。当内应力超过零件材料的强度极限时,零件将发生断裂;当内应力超过零件材料的屈服极限而没达到强度极限时,零件将发生变形;当应力小于弹性极限时,将以残余内应力的形式存在于零件之中。虽然在零件外表看不见有什么异样,但在切削加工时当零件部分被切去后,会破坏原来内应力的平衡,零件也会发生变形。当零件送去热处理或被投入使用时,由于热处理应力或外载荷与内应力的叠加,零件可能产生变形,甚至断裂。
 
包装机械零件在使用过程中变形的原因
 
前面讲过当零件的应力超过材料屈服极限时,将会发生变形。根据零件产生应力的原因,包装机械设备零件在使用过程中发生变形的原因大致可从毛坯制造、机械加工、修理质量和使用情况等几个方面进行分析。
 
(1)毛坯制作方面的因素包装机械零件的毛坯,无论是锻造、铸造还是焊接的,在制造过程中都有一个从高温冷却下来的过程。在这一冷却过程中必会产生内应力,而这种内应力会引起零件变形。
 
(2)机械加工方面的因素如果毛坯是在有应力的状态下机加工的,切去部分表面后就会破坏内应力的平衡。由于内应力的重新分布,零件将会发生变形,另外,在切削加工的过程中,由于切削力和切削热的作用,零件表面也会发生极大的塑性变形,因而也将产生内应力。这种残余的内应力,也与毛坯制造中形成的内应力一样,会引起机械零件的变形。
 
(3)修理质量方面的因素包装机械设备大修时,如果不知道零件已发生变形,在制订修理工艺时没有考虑到变形的因素,常常会造成更大的变形或增大变形的危害。
 
(4)使用方面的因素包装机械设备如果在比较恶劣的环境下工作,或者在极限载荷条件下工作,温度比较高时,都会使机械零件发生变形。
 
如果设计时考虑不周全,零部件布置不合理也会造成变形。
 
减轻变形危害的措施
 
引起包装机械设备零件变形危害的原因是多方面的,所以减轻变形危害的措施也应从设计、制造、修理、使用等诸方面综合考虑。在目前情况下,设备零件的变形是不可避免的,惟一的办法是研究零件的变形的规律,减轻变形的危害。
 
(一)科学设计
 
包装机械及其零件在设计时,不仅要充分考虑如何实现机构的动作和零件的强度,而且对零件的刚度、变形以及零件在制造、装配和使用过程中会发生什么问题也要充分考虑。
 
设计包装机械设备时,合理地布置各种零部件,改善零件的受力情况,可以减轻零部件的变形;设计机械零件时,尽量使零件壁厚均匀,可以减少热加工时的温度差异,从而达到减轻零件变形的效果。
 
(二)精心制造
 
在制订毛坯制造工艺时,要重视变形的问题,采取各种工艺措施,以减少毛坯的残余应力。在毛坯制成后,以及在后来的机械加工过程中,必须安排足够的消除内应力的工序,力求减少零件中的残余内应力。
 
在机械加工中,把粗加工精加工分成两个工序,并在两道工序中留出一段存放时间,有利于消除内应力;在机械加工过程中应尽量保留工艺基准,留给修理时使用,可以减少修理加工中因基准不一而造成误差。在制造曲轴时,顶针孔如果被后续工序切除,修理时磨曲轴要另做针孔,则会增大误差。
 
为了减少零件在机械加工之后的应力和变形,对于比较重要的或比较复杂的零件,在精加工之后应该再进行一次自然时效或人工时效处理。某些特别精密的零件,如分度计量机构等,在精加工工序之间还应安排几次时效处理。
 
(三)保质修理
 
由于机械零件变形是不可避免的,所以在包装机械设备大修时不能只是检查配合面的磨损情况,对于相互位置精度也必须认真检查和修复。为此,在对包装机械设备进行大修时,应制订出合理的检修标准,并且应该设计出简单、可靠、容易操作的专用量具和专用工卡具。
 
由于零件在内应力作用下的变形,通常在12~20个月内完成,所以对第一次大修机械设备的变形情况尤其要注意检查、修复,使其恢复到规定的相互位置。
 
在包装机械设备大修时的机加工中,必须合理地选择定位基准;大修时的某些热加工或压力加工工艺,也要采取措施以减少应力和变形。
 
(四)合理使用
 
包装机械设备在使用过程中,必须严格按规程操作,尽量避免超载运行和避免局部高温,以减少零件变形的发生。