包装机械零件变形故障原因分析及其相关措施

文章就包装 

文章就包装机械在运行过程中造成零件变形的原因和经验教训进行了深入的阐述，提出了在运行过程中减缓其变形的具体措施，这些措施切实可行，效果明显。
关键词：机械零件；变形原因；减缓；措施
1 前言
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。
2 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。
3 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。
4 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。
5 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。
5．1 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。
5．2 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。
5．3 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。
5．4 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。

机械在运行过程中造成零件变形的原因和经验教训进行了深入的阐述，提出了在运行过程中减缓其变形的具体措施，这些措施切实可行，效果明显。
关键词：机械零件；变形原因；减缓；措施
1 前言
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。
2 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。
3 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。
4 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。
5 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。
5．1 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。
5．2 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。
5．3 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。
5．4 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。