机械零件变形原因及解决措施

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：机械零件或构件的变形可分为两种：弹性变形和塑性变形。c.时效变形是应力变化引起的变形。塑性变形对金属零件的性能和寿命有很大影响，主要表现在金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，并使零件内部产生残余应力。在粗加工阶段完成后，应给零件安排一段存放时间，以消除粗加工阶段产生的应力；对于高精度零件，还应在半精加工后安排人工时效，以彻底消除应力。

在实践中常常会出现这样的情况，虽然磨损的零件已经修复，恢复了原来的尺寸、形状和配合性质，但是设备装配后仍达不到原有的技术性能。这是由于零件变形，特别是基础零件变形使零部件之间的相互位置精度遭到破坏，影响了各组成零件之间的相互关系造成的。机械零件或构件的变形可分为两种：弹性变形和塑性变形。

4.4.1　弹性变形

弹性变形是当外力去除后，能完全恢复的变形。其机理是：在正常情况下，晶体内部原子所处的位置是原子间引力和斥力达到平衡时的位置，此时原子间的距离r =r0，当有外力作用时，原子就会偏离原来的平衡位置，同时产生与外力方向相反的抗力，与之建立新的平衡，原子间距发生相应的变化r≠r0；当外力去除后，为消除出现的新的不平衡，原子又恢复到原来的稳定位置，即r=r0。

材料弹性变形后会产生弹性后效，即当外力骤然去除后，应变不会全部立即消失，而只是消失一部分，剩余部分在一段时间内逐渐消失，这种应变总落后于应力的现象，称为弹性后效。弹性后效发生的程度与金属材料的性质、应力大小、状态以及温度等有关，金属组织结构越不均匀，作用应力越大；温度越高，则弹性后效越大。通常，经过校直的轴类零件过了一段时间后又会发生弯曲，就是弹性后效的表现。消除弹性后效现象的办法是长时间回火，以使应力在短时间内彻底消除。

4.4.2　塑性变形

塑性变形是指外力去除后不能恢复的变形。其特点如下：

①引起材料的组织结构和性能变化。

②由于多晶体在塑性变形时各晶粒及同一晶粒内部的变形是不均匀的，当外力去除后各晶粒的弹性恢复也不一样，因而有应力产生。

③塑性变形使原子活动能力提高，造成金属的耐腐蚀性下降。

金属零件的塑性变形从宏观形貌特征上看有体积变形、翘曲变形和时效变形

a.体积变形是指金属零件在受热与冷却过程中，由于金相组织转变引起质量热容变化，导致零件体积胀缩的现象。

b.翘曲变形是指零件产生翘曲或歪扭的塑性变形，其翘曲的原因是零件发生了不同性质的变形（弯曲、扭转、拉压等）和不同方向的变形（空间X、Y、Z轴方向），此种变形多见于细长轴类、薄板状零件以及薄壁的环形和套类零件。

c.时效变形是应力变化引起的变形。

塑性变形对金属零件的性能和寿命有很大影响，主要表现在金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，并使零件内部产生残余应力。减轻塑性变形的危害，应从以下两个方面采取对策。

（1）设计方面

设计时在充分考虑如何实现机构的功能和保证零件强度的同时，要重视零件刚度和变形问题，以及零部件在制造、装配和使用中可能发生的问题。在设计时，要尽量使零件壁厚均匀，以减少热加工时的变形；要尽量避免尖角、棱角，改为圆角、倒角，以减少应力集中等。此外，还应注意新材料、新工艺的应用，改变传统加工工艺，减少产生变形的可能性。

（2）加工方面

对热加工而成的毛坯，要特别注意其残余应力的消除问题。在制造工艺中，要安排自然时效或人工时效工序，让毛坯内部的应力得到充分释放。

在机械加工阶段，要将粗加工和精加工分为两个阶段进行。在粗加工阶段完成后，应给零件安排一段存放时间，以消除粗加工阶段产生的应力；对于高精度零件，还应在半精加工后安排人工时效，以彻底消除应力。

机械零件变形原因及解决措施

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