王桂龍
摘要:現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)機(jī)械的使用,機(jī)械在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中會(huì)不可避免的發(fā)生各種各樣的故障問(wèn)題,大多數(shù)的機(jī)械故障都是由于零件的損壞導(dǎo)致的。通過(guò)對(duì)零件損壞的常見(jiàn)方式進(jìn)行分析,說(shuō)明了零件修復(fù)過(guò)程中的主要注意事項(xiàng),并介紹了金屬零件的常用修復(fù)方法。
關(guān)鍵詞:金屬零件;損壞;方式;修復(fù)方法
中圖分類(lèi)號(hào):TH17文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
doi:10.14031/j.cnki.njwx.2018.11.007
零件是機(jī)械的基礎(chǔ)組成部分,零件的工作狀態(tài)直接決定了機(jī)械性能和工作能力。金屬作為工業(yè)上常用的零件加工材料,其制作的零件在質(zhì)量、強(qiáng)度、韌性、硬度等方面都具備不可替代的優(yōu)勢(shì)。金屬零件因長(zhǎng)期使用和不同工作環(huán)境的影響,可能出現(xiàn)不同程度和不同形式的損壞,容易造成機(jī)械工作效率下降、故障發(fā)生甚至機(jī)械損壞等問(wèn)題。因此,無(wú)論對(duì)于那種機(jī)械,零件在使用中發(fā)生損壞都是不可避免的,應(yīng)注意對(duì)關(guān)鍵零件的保養(yǎng)與檢修,發(fā)現(xiàn)零件損壞或有損壞趨勢(shì)時(shí),應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行維修或更換,以保證機(jī)械的正常和高效率使用,并保證其具有科學(xué)的使用壽命。
1金屬零件的損壞方式
1.1零件磨損
磨損是由于零件與零件之間相互運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中在接觸面間產(chǎn)生的相互消耗現(xiàn)象,磨損是零件損壞最主要的原因之一,由于機(jī)械傳動(dòng)的必要性,磨損問(wèn)題是不可避免的。在正常情況下,機(jī)械磨損在有潤(rùn)滑或良好加工質(zhì)量的金屬零件表面,產(chǎn)生的消耗量是很小且十分緩慢的,只有在某些特殊情況下,摩擦條件存在著一定的影響因素和不正?,F(xiàn)象時(shí),才會(huì)出現(xiàn)零件的早期磨損失效,其具體表現(xiàn)在:
(1)磨料磨損。當(dāng)金屬接觸面或潤(rùn)滑劑中混入大量顆粒性雜質(zhì),這些微小的雜質(zhì)會(huì)在零件運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中加劇摩擦的損耗,例如礦山使用的碎石機(jī),工作時(shí)會(huì)有大量的巖石粉塵顆粒在傳動(dòng)系統(tǒng)中與金屬零件產(chǎn)生磕碰和剝落,嚴(yán)重影響使用壽命。
(2)黏著磨損。由于快速傳動(dòng)中會(huì)因摩擦作用產(chǎn)生大量的熱,當(dāng)潤(rùn)滑或散熱不良時(shí),摩擦面溫度持續(xù)升高會(huì)導(dǎo)致表層金屬熔化,形成粘黏現(xiàn)象,導(dǎo)致金屬不斷被粘落,引起嚴(yán)重?fù)p壞。
(3)疲勞磨損。采用滾動(dòng)摩擦的傳動(dòng)方式,由于接觸面積較小,當(dāng)傳動(dòng)速度較快時(shí),會(huì)在金屬零件接觸位置的表層產(chǎn)生較大的切應(yīng)力,引起表層的薄弱區(qū)域產(chǎn)生裂紋,長(zhǎng)此以往,裂紋最終轉(zhuǎn)變?yōu)樗槠蝾w粒脫落,使金屬表面的加工精度大幅降低。
1.2零件腐蝕
金屬零件在使用的過(guò)程中,會(huì)不可避免的與周?chē)目諝饣蚱渌橘|(zhì)接觸,在未經(jīng)特殊處理的金屬表面很容易產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題。金屬零件的腐蝕總體上可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類(lèi)。化學(xué)腐蝕通常是零件附近的介質(zhì)中含有一定量的酸、堿或鹽類(lèi)物質(zhì),同金屬零件接觸后產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng),引起零件損壞的現(xiàn)象。電化學(xué)腐蝕是指金屬零件在與酸、堿、鹽接觸的同時(shí),還受到潮濕空氣或水的影響,使酸、堿、鹽以溶液的方式與金屬反應(yīng),從而在不同性質(zhì)的金屬零件之間因原本存在的電位差出現(xiàn)局部的電解現(xiàn)象,加速金屬零件腐蝕的速度。通常來(lái)說(shuō),電化學(xué)腐蝕的損害程度要遠(yuǎn)大于化學(xué)腐蝕的程度。當(dāng)受腐蝕的零件進(jìn)行傳動(dòng)工作時(shí),因腐蝕問(wèn)題的存在磨損也會(huì)加劇,導(dǎo)致零件使用壽命急劇縮短。
1.3零件變形及斷裂
機(jī)械傳動(dòng)在設(shè)計(jì)之初會(huì)考慮到實(shí)際的使用情況,并采用一定的安全系數(shù)保證零件在傳動(dòng)過(guò)程中的可靠承載能力,但在實(shí)際的機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中,由于使用環(huán)境和條件的綜合影響,加之操作者的操作方式不當(dāng)?shù)葐?wèn)題,可能會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)超載問(wèn)題的發(fā)生,超載會(huì)引起局部位置的薄弱零件因無(wú)法承受過(guò)大載荷而發(fā)生損壞,常見(jiàn)的損壞形式包括了變形和斷裂兩類(lèi),變形多發(fā)生在較長(zhǎng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)處,因金屬零件具有一定的延展性和韌性,在受到過(guò)大載荷作用時(shí),超出其彈性形變負(fù)荷而產(chǎn)生永久變形問(wèn)題。斷裂多發(fā)生在硬度較大的傳動(dòng)結(jié)構(gòu),例如齒輪傳動(dòng),當(dāng)瞬時(shí)載荷過(guò)大,會(huì)在零件的最薄弱位置產(chǎn)生斷裂,導(dǎo)致零件無(wú)法繼續(xù)使用。
1.4零件疲勞破壞
當(dāng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期交變載荷的作用下,容易使零件在多次應(yīng)力循環(huán)作用下達(dá)到材料的疲勞極限,進(jìn)而發(fā)生零件的疲勞損壞。通常情況下,零件在發(fā)生疲勞斷裂之前,會(huì)在薄弱位置出現(xiàn)細(xì)小的裂紋,在交變載荷的持續(xù)作用下,裂紋被進(jìn)一步擴(kuò)大,導(dǎo)致零件實(shí)際承受載荷的截面越來(lái)越小,最終發(fā)生斷裂。在這種情況下對(duì)斷裂后的表面進(jìn)行觀察,可以發(fā)現(xiàn)斷面明顯分為兩個(gè)區(qū)域,疲勞斷裂區(qū)域比較光滑,而普通斷裂位置表面粗糙,這是疲勞斷裂的顯著標(biāo)志。
2金屬零件修復(fù)注意事項(xiàng)
對(duì)于金屬零件的修復(fù),應(yīng)通過(guò)可靠的技術(shù)分析后進(jìn)行,盡量避免修復(fù)失敗或修復(fù)成本過(guò)高,并保證零件修復(fù)后的可靠性。
(1) 選擇合理的修復(fù)工藝。通過(guò)研究和分析零件的使用環(huán)境和條件,在選擇修復(fù)工藝時(shí)著重考慮零件的工作溫度、所承受載荷的大小與種類(lèi)、相關(guān)潤(rùn)滑條件以及周邊環(huán)境的復(fù)雜程度,以保證修復(fù)后的零件滿足受損零件原有的使用條件需求。通過(guò)總結(jié)和分析金屬零件的加工技術(shù)特點(diǎn),在修復(fù)過(guò)程中應(yīng)兼顧金屬零件的原有材料、尺寸、功能、結(jié)構(gòu)、外形以及熱處理方式和所具備的力學(xué)性能,以保證零件的修復(fù)質(zhì)量和原有的表面加工精度。修復(fù)工藝的選擇與原零件機(jī)械加工的工藝存在一定的不同,在選擇修復(fù)工藝時(shí),應(yīng)避免受損零件和修復(fù)材料之間的不適應(yīng)性,以保證修復(fù)零件的可靠性。
(2) 保證修復(fù)方案的可行性。大多數(shù)機(jī)械在使用過(guò)程中,損壞的零件在復(fù)雜程度和修復(fù)難度上存在較大差別,簡(jiǎn)單的零件可通過(guò)傳統(tǒng)的方式進(jìn)行修復(fù),而對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的零件,往往需要一定的專(zhuān)業(yè)設(shè)備和專(zhuān)業(yè)知識(shí)才能完成,不合理的修復(fù)方案很可能會(huì)影響到維修的進(jìn)度,并造成機(jī)械使用誤工時(shí)間的延長(zhǎng)。因此。對(duì)于零件的修復(fù),應(yīng)綜合考慮本單位的設(shè)備條件、修復(fù)技術(shù)水平,并分析修復(fù)過(guò)程中的工作環(huán)境是否適合,避免修復(fù)過(guò)程無(wú)法完成問(wèn)題的出現(xiàn)。同時(shí),專(zhuān)業(yè)維修部門(mén)應(yīng)當(dāng)及時(shí)學(xué)習(xí)先進(jìn)的修復(fù)技術(shù),并引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備,以保證零件的修復(fù)質(zhì)量。
(3) 綜合考慮零件的修復(fù)效率和經(jīng)濟(jì)性。零件的修復(fù)效率與工藝和設(shè)備具有較大的關(guān)系,若零件的修復(fù)效率低、耗時(shí)長(zhǎng),不僅影響了機(jī)械的繼續(xù)使用,也使修復(fù)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性大幅降低。對(duì)于較難修復(fù)的零件,通過(guò)聯(lián)系機(jī)械生產(chǎn)廠家購(gòu)買(mǎi)原廠零件更為經(jīng)濟(jì)合理,這是由于原廠零件多為批量生產(chǎn)制造,其制造成本更低,遠(yuǎn)低于復(fù)雜零件的修復(fù)成本,且更有利于減少修復(fù)時(shí)間。
3金屬零件的常用修復(fù)方法
3.1表面電鍍修復(fù)
電鍍修復(fù)是對(duì)金屬零件進(jìn)行修復(fù)的常用方法之一,通常采用的是鍍鉻或鍍鐵的方式,適用于腐蝕或磨損均勻零件的修復(fù),相對(duì)而言,表面鍍鉻應(yīng)用更為廣泛,對(duì)零件進(jìn)行表面電鍍不僅能夠恢復(fù)零件尺寸,還能改善零件的表層性能,使零件能夠更好的抵抗腐蝕和磨損。無(wú)論采用鍍鉻還是鍍鐵的方法,對(duì)零件的修復(fù)時(shí)間都相對(duì)較長(zhǎng),且在電鍍后經(jīng)機(jī)械加工使得鍍層變得更薄。由于鍍層相對(duì)于原金屬材料硬度更高,但脆性較大,因此經(jīng)電鍍修復(fù)的零件只適用于均勻的傳動(dòng)方式,且其使用壽命更長(zhǎng),但由于較薄較脆的鍍層存在,不能應(yīng)用于沖擊或載荷較大的場(chǎng)合,以免鍍層損壞、開(kāi)裂或脫落。
3.2材料添加修復(fù)
材料添加修復(fù)主要應(yīng)用于金屬零件局部磨損明顯的修復(fù);主要包括兩種形式:一是金屬材料溶覆修復(fù);二是焊接填補(bǔ)修復(fù)。金屬材料溶覆修復(fù)是利用激光或氧氣乙炔等高溫設(shè)備將專(zhuān)用的金屬材料液化覆蓋于零件磨損嚴(yán)重的位置,再經(jīng)機(jī)械加工恢復(fù)零件原有的配合尺寸。焊接填補(bǔ)修復(fù)是使用電焊或亞弧焊設(shè)備在相對(duì)較小的磨損位置進(jìn)行材料填補(bǔ)的修復(fù)方式,焊接填補(bǔ)修復(fù)要求操作人員具有較高的焊接水平,修復(fù)后也需經(jīng)機(jī)械加工恢復(fù)原有尺寸。
3.3局部加工修復(fù)
若金屬零件只是在某一部分出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損和損壞,在保證其他部位正常使用功能的前提下,可通過(guò)機(jī)械加工設(shè)備將損壞部位進(jìn)行去除,再通過(guò)機(jī)械制造新的去除部位零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行彌補(bǔ),新結(jié)構(gòu)與原零件的結(jié)合方式可采用壓配、螺紋連接、鉚接、焊接、鍵連接、粘接等方法實(shí)現(xiàn),這種局部加工的修復(fù)方法較適用于模數(shù)較大、圓周速度不高的齒輪或承載力不大的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的修復(fù)。
3.4扣合強(qiáng)化修復(fù)
主要針對(duì)于尺寸較大的鑄造零件使用,很多鑄鐵類(lèi)零件具有很高的硬度,但韌性不足,在使用中只具備良好的抗磨損能力,但其承受沖擊載荷的能力較弱。例如:大型齒輪傳動(dòng)或承載較大重量的密封箱體常會(huì)出現(xiàn)裂紋或折斷損壞的問(wèn)題,損壞后的零件由于尺寸較大具有足夠的斷面面積,可進(jìn)行機(jī)械加工修復(fù),通過(guò)銑鉆等方式在斷面加工出一定的形狀,再通過(guò)嵌入金屬連接結(jié)構(gòu)使斷裂面重新連接在一起,常用的金屬連接結(jié)構(gòu)包括了扣合鍵、連接銷(xiāo)、連接螺栓等,其中扣合鍵和連接銷(xiāo)最常采用拼接裝配的方法進(jìn)行連接,修復(fù)后的零件仍具備原有的承載能力,但只能臨時(shí)使用,不適于長(zhǎng)久工作使用。
4結(jié)語(yǔ)
綜上所述,機(jī)械在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中發(fā)生零件的損壞和故障是不可避免的,機(jī)械操作人員掌握足夠的零件損壞原因及特征的判斷方法,不僅能夠?yàn)榱慵男迯?fù)提供幫助,還能為避免損壞的再次發(fā)生起到重要作用,零件的合理修復(fù)固然能夠保證機(jī)械的繼續(xù)使用,但是,使用者的科學(xué)操作方式、定期維護(hù)保養(yǎng)及檢查也能夠在很大程度上減少機(jī)械故障和零件損壞的發(fā)生概率。因此,對(duì)于機(jī)械零件的損壞及故障應(yīng)以預(yù)防為主,修復(fù)為輔,才能最大限度的實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能的最大發(fā)揮。
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