1、1.3 机械零件失效形式及其对策1.3.2 零件的变形及其对策引入策略 机械零件或构件在外力的作用下，产生形状或尺寸变化的现象称为变形。过量的变形是机械失效的重要原因，也是判断韧性断裂的明显征兆，如各类传动轴的弯曲变形、桥式起重机主梁在变形下挠曲或扭曲、汽车大梁的扭曲变形、弹簧的变形等。变形量随着时间的增加，逐渐改变了产品的初始参数;当超过允许极限时，将丧失规定的功能。 机械零件或构件在外力的作用下，产生形状或尺寸变化的现象称为变形。过量的变形是机械失效的重要类型，也是判断韧性断裂的明显征兆。 学习内容一、零件的变形 机械零件或构件的变形可分为弹性变形和塑性变形两大类。 1.弹性变形 金属零件
2、在作用应力小于材料屈服强度时产生的变形称为弹性变形。弹性变形的特点如下所述。 1)当外力去除后，零件变形消除，恢复原状。2)材料弹性变形时，应变与应力成正比，其比值称为弹性模量，它表示材料对弹 性变形的阻力。在其他条件相同时，材料的弹性模量越高，由这种材料制成的机械零件或构件的刚度便越高，在受到外力作用时保持其固有的尺寸和形状的能力就越强。3)弹性变形量很小，一般不超过材料原长度的O. 1 % -1. 0%。 在金属零件使用过程中，若产生超量弹性变形(超量弹性变形是指超过设计允许的弹性变形)，则会影响零件正常工作。 例如：当传动轴工作时，超量弹性变形会引起轴上齿轮啃合状况恶化，影响齿轮和支承它
3、的滚动轴承的工作寿命;机床导轨或主轴超量弹性变形，会引起加工精度降低甚至不能满足加工精度b因此，在机械设备运行中，防止超量弹性变形是十分必要的。除了正确设计外，正确使用也十分重要，应严防超载运行，注意运行温度规范，防止热变形等。2.塑性变形 塑性变形又称为永久变形，是指机械零件在外加载荷去除后留下来的一部分不可恢复的变形。塑性变形的特点如下所述。 第一，引起材料的组织结构和性能发生变化。 第二，较大的塑性变形会使多晶体的各向同性遭到破坏而表现出各向异性，金属产生加工硬化现象。 第三，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，因而产生内应力。
4、 第四，塑性变形使原子活泼能力提高，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，主要有翘曲变形、体积变形和时效变形三种形式。(1)翘曲变形 当金属零件本身受到某种应力(如机械应力、热应力或组织应力等)的作用，其实际应力值超过了金属在该状态下的拉伸屈服强度或压缩屈服强度后，就会产生呈翘曲、椭圆或歪扭的塑性变形。因此，金属零件产生翘曲变形是它自身受复杂应力综合作用的结果。翘曲变形常见于细长轴类、薄板状零件以及薄壁的环形和套类零件。(2)体积变形 金属零件在受热与冷却过程中，由于金相组织转变引起比容变化，导致金属零件体积胀缩的现象称为体积变形。例如，钢件洋火相变时，奥氏体转变为马氏
5、体或下贝氏体时比容增大，体积膨胀，洋火相变后残留奥氏体的比容减小，体积收缩。马氏体形成时的体积变化程度，与洋火相变时马氏体中的含碳量有关。钢件中含碳量越多，形成马氏体时的比容变化越大，膨胀量也越大。此外，钢中碳化物不均匀分布往往会增大变形程度。(3)时效变形 钢件热处理后产生不稳定组织，由此引起的内应力处于不稳定状态;铸件在铸造过程中形成的铸造内应力也处于不稳定状态。在常温下较长时间的放置或使用，不稳定状态的应力会逐渐发生转变，并趋于稳定，由此伴随产生的变形称为时效变形。塑性变形导致机械零件各部分尺寸和外形的变化，将引起一系列不良后果。例如，机床主轴塑性弯曲，将不能保证加工精度，导致废品率增大
6、，甚至使主轴不能工作。零件的局部塑性变形虽然不像零件的整体塑性变形会引起明显失效，但也是引起零件失效的重要形式之一。 如键连接、花键连接、挡块和销钉等，由于静压力作用，通常会引起配合的一方或双方的接触面挤压(局部塑性变形)，随着挤压变形的增大，特别是那些能够反向运动的零件将引起冲击，使原配合关系破坏的过程加剧，从而导致机械零件失效。二、防止和减少机械零件变形的对策 变形是不可避免的，我们可从下列四个方面采取相应的对策防止和减少机械零件变形。(1)设计方面 设计时不仅要考虑零件的强度，还要重视零件的刚度和制造、装配、使用、拆卸与修理等问题。1)正确选用材料，注意工艺性能。如铸造的流动性、收缩性，
7、锻造的可锻性、冷徽性，焊接的冷裂、热裂倾向性，机加工的可切削性，热处理的洋透性、冷脆性等。2)合理布置零件，改善零件的受力状况。选择适当的结构尺寸，尽量使零件壁厚 均匀，可以减少热加工时的变形。例如，避免尖角，棱角改为圆角、倒角;厚薄悬殊的部分可开工艺孔或加厚太薄的地方:安排好孔洞位置，把盲孔改为通孔等。形状复杂的零件在可能条件下采用组合结构、镶拼结构，改善受力状况。3)在设计中，注意应用新技术、新工艺和新材料，以减少制造时的内应力和变形。 (2)制造方面 在制定毛坯制造工艺时，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。在毛坯制成后以及以后的机械加工过程中，必须安排足够的消除内
8、应力的工序，力求减少零件中的残余内应力。 在制定零件机械加工工艺规程中，要在工序、工步的安排上，工艺装备和操作上采取减少变形的工艺措施。例如，粗精加工分开的原则，在粗精加工中间留出一段存放时间，以利于消除内应力。在加工和修理过程中要减少基准的转换，保留加工基准以便维修时使用，减少维修加工中因基准不统一而造成的误差。对于经过热处理的零件来说，注意预留加工余量、调整加工尺寸。预加变形非常必要，在知道零件的变形规律之后，可预先加以反向变形量，经热处理后两者抵消;也可预加应力或控制应力的产生和变化，使最终变形量符合要求，达到减少变形的目的。(3)修理方面 在修理中，既要满足恢复零件的尺寸、配合精度、表面质量等技术要求，还要检查和修复主要零件的形状、位置误差。为了尽量减少零件在修理中产生的应力和变形，应当制定出与变形有关的标准和修理规范，设计简单可靠、好用的专用量具和工夹具，同时注意大力推广三新技术，特别是新的修复技术，如刷镀、粘接等。(4)使用方面 使用方面包括加强设备管理，制定并严格执行操作规程，加强机械设备的检查和维护，不超负荷运行，避免局部超载或过热等。学习评测学习评测填空题1.故障可以从不同角度进行分为 和永久性故障。2.按故障表现形式分为功能故障和 。总结评价小结：1.弹性变形和塑性变形的特点2.防止和减少机械零件变形的对策 作业： 习题册相关习题
