尚文旭
沈阳飞机工业集团有限公司 辽宁 沈阳 110850
摘要:一些机械零件在长期受到外加环境载荷和内部环境的共同作用下后，就可能会逐渐损失自身零件原有的力学机械性能及物理、化学或其他特殊性能,直至不能完全恢复到继续正常运行服役的特殊现象,我们称之为零件弯曲变形所导致的零件失效现象。根据零件弯曲变形的特点、所受载荷的类型及所处条件的不同,零件弯曲变形的原因可归纳为受力引起的弯曲变形,热处理过程中引起的弯曲变形以及弹性及塑性变形几类。在实际操作中,由于不同客观因素的影响,机械零件会发生变形,这不仅影响了企业的经济效益而且缩短了产品的使用寿命。激烈的市场竞争中企业要提高竞争力,就必须研究机械零件变形的原因和改进措施。
关键词:机械零件、弯曲变形、原因分析、方法措施
1零件弯曲变形研究意义
机械加工的性能不仅仅关系着企业的切身利益,而且关系到机械加工过程中的安全。好的机械加工设备在为企业发展带来最大经济效益基础的同时还有效地降低了机械零件安全事故发生的最大可能性。因此,在机械加工零件的使用过程中,避免加工零件发生变形尤为重要,零件变形加工时机械操作技术人员自身应充分考虑到各种因素和环境条件,在加工过程中及时采取适当防护措施以防止零件变形,使一件成品零件能正常加工使用。那么为了能够使这些零件材料变形的加工事故尽可能不发生或少量的发生,就需要我们去详细分析这些零件材料加工发生变形的主要原因,确定这些零件加工变形的可靠解决措施,以此为实现现代企业战略目标提供坚实的基础。
2变形原因分析
2.1受力引起的弯曲变形
(1)内力作用引起的变形
当车床机械加工重要零件时，可用机械夹具固定整个工件。为了能够保证零件在加工过程中不至于出现松动损坏情况,必须要特别注意对切削力的自动控制,灵活地改变切削力以便于保证松动工件始终低于规定夹紧切削力。同时,为了能够保证整个零件材料加工的正常有序进行，还需要及时调整整个工件上下受力平衡情况,以此来保证整个工件上下的受力平衡。由此可知由于机体内应力变化引起的机械变形现象是很难完全消除的,目前最简单有效的解决方法就是对这些机械零件本身进行后续的热处理。
(2)外力作用引起的变形
部分零件的内部结构如果含有一层薄片,那么对于此部分零件的操作方法也就会有较高的技术要求。否则当操作者在进行零件的正确定位和位置装夹时,就可能无法与事先设计好的图纸之间进行相互间的对照而容易导致一些弹性零件变形。切削力的存在也是引起零件失效的重要原因。这些不同的外力原因直接导致了整个机械零件的各种弹性变形,反映了各种外力对整个机械零件生产加工工艺质量的直接影响。
2.2热处理过程中引起的弯曲变形
对于薄片类的机械零件由于其长径很大,易在热处理过程中出现中间鼓处现象使平面偏差增大。这主要原因是由于这种薄片类零件的主体材料比较轻薄,在长期处于这种高温高湿环境的情况下,就可能会容易出现弯曲变形。造成这种弯曲变形的主要原因不仅是由于热处理过程中零件的内应力发生了变化。还有操作人员欠缺的专业知识和不严谨的加工方法也是导致弯曲变形的重要原因。
2.3弹性及塑形变形
(1)弹性变形
任何一种机械零件在正常工作时都处于一种弹性变形工作状态,若零件发生载荷过量的弹性变形就可能会直接造成这些零件的功能失效从而严重丧失正常工作运转能力。在对零件毛坯进行机械切削材料加工时,零件的整体表面需要承受大量的机械切削力。由于这些毛坯的材料通常也都具有张力弹性特性,所以也就会容易发生弹性变形,一般零件厂的加工技术人员都将这种弹力变形称为让刀。比较常见的三种弹性变形方式有:
1)在一些大型机械零部件中会同时存在金属薄壁以及金属基壁等各种特殊结构,这些结构不仅会直接导致机械零件不能及时进行准确的安装定位,也会导致不合理的零件装卡,而且此类机械零件本身的刚度、强度、硬度以及力学性能也比较低,最终也会导致机械弹力变形。
2)在对零件中的毛坯材料进行二次切削弹力加工时,出现的让刀松动现象从而导致的切削弹力零件变形。
3)由于在直接贴紧其他刀具的部分,其在经加工后的形状较为完好,在其他加工部分就可能会因此出现很大程度的由刀具造成的弹力变形。
(2)塑性变形
承受较大载荷的零件由于发生过量的塑性变形,与其它传动零件的相对传动位置会发生变化,致使整个传动机器系统运转不良,导致传动失效。而切削机械加工过程造成的塑性变形则既是功能不可逆的也是功能永久性机械变形,因此我们要在切削机械加工中尽量的注意避免。
3零件弯曲变形失效分析的主要方法
对于零件性能失效原因分析的研究目的，主要是为了揭示导致零件性能失效的几个根本原因。影响零件失效的本身及环境因素都很多,需要充分利用各种包括宏观和其他微观的科学研究预测手段加以进行系统性的分析,其中的分析包括逻辑推理和实验研究两个方面。失效零件分析常用的检测方法主要包括无损零件检测、断口分析、金相分析、化学分析、力学物理分析。
1)材料无损裂纹检测技术是针对金属材料在各种冶金、加工及机械使用生产过程中可能产生的细微缺陷和明显裂纹，用新型无损声波探针伤法进行对零件的专项检查,以利于查清其缺陷状态及裂纹分布。
2)对断口裂纹分析的主要任务是针对断口上的裂纹进行全面的宏观及微观上的现象观察和对数据的综合分析,确定带状断口裂纹的主要发源地、扩展区和最终发生的断裂区,判断并分析裂口断裂的基本物理性质和发生断口的主要机理。
3)金相分析是通过观察各种零件的显微组织物和构成功能情况,如显微组织物的组织形态、粗细、数量、分布及均匀性等,辨别各种显微组织功能缺陷及零件失效源周围显微组织的形态变化,进而对各种组织功能是否正常运作做出正确判断。
4)整体化学分析方法是用于检验材料产品整体或局部应用区域的化学成分结构是否完全符合整体组织性能要求。
5)实验力学物理分析是指采用传统力学分析方法,检查并分析各种失效受力零件的机械应力强度分布、承载能力及脆断振动倾向等。
4零件加工中变形问题的方法改进
导致零件变形的因素很多,为了从根本上解决这些问题,零件加工过程中的操作员需要在实际工作中认真探索这些因素并且结合工作本质,来提出并制定改进措施。
4.1零件刚度的增加
零件的变形在一些机械零件加工过程中会直接受到许多客观因素的直接影响,特别是经过热处理后,应力的收缩等现象往往会直接引起机械零件变形。因此,为了有效防止零件变形的发生,技术人员常常需要通过选择合适的金属热处理工艺方式，来通过改变金属零件的硬度、强度及力学性能从而大大减少零件变形断裂现象的发生。还有可以从以下几个关键方面入手来帮助提高一个零件的机械强度:通过增大一个零件内部截面的尺寸或通过增大零件截面的惯性矩;通过增大零件贴合接触面以有效降低零件压力,可有效提高零件接触面的刚度;零件采用精细的加工以有效降低零件表面不平度。
4.2毛坯质量的提升
毛坯质量的不断提升在各种毛坯设备的日常运行管理过程中非常重要，其是有效防止毛坯零件磨损变形的重要保证。因此,操作者通常需要定期检查不同产品的毛坯质量,检查时发现这些毛坯本身有质量问题时,应及时更换新的毛坯,以有效避免不必要的质量问题再次发生。同时,操作者还应根据加工设备的具体使用要求合理选择可靠的辅料毛坯,确保设备加工辅料零件的生产质量和安全性能达到行业标准化的要求,从而有效延长加工零件的正常使用寿命。
5结语
机械加工是一项对零件尺寸和形状要求很高的技术工作。为了保证零件加工质量,不仅要依靠科学合理的政策,还要依靠操作人员的技术水平。需要注意到机械加工安全过程管理中的任何一个小细节,不断完善安全生产管理过程，努力争取使经济损失达到最低,使机械设备行业能够稳定正常工作从而最终实现我国机械加工的安全高质量,促使我国机械加工设备行业未来能够拥有一个更广阔的发展市场。
参考文献
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