yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->3.5.7 Залишкові напруги у матеріалі заготовки

Технологія машинобудування

Загрузка...

3.5.7 Залишкові напруги у матеріалі заготовки

 

Залишковими (власними) називають напруги, що мають заготовки або деталі за відсутності зовнішніх навантажень [1].

Найбільш негативно вони впливають на точність конструкцій, що мають недостатню жорсткість.

      Залишкові напруги, як правило, починають виявляти себе при порушенні рівноваги стану виробу, наприклад, видалення шару матеріалу з поверхонь при обробці, нагріванні при термічній обробці, прикладанні знакозмінних навантажень під час роботи тощо. Їх прояв призводить до деформації виробу (спотворення форми, точності взаємного розміщення поверхонь і цілих вузлів), втрати якості поверхневого шару поверхонь тощо, що може призвести в цілому до втрати його працездатності. Цей процес триває до того часу, доти не настане новий стан рівноваги цих напруг у виробі.

Розглядають три типи залишкових напруг:

- залишкові напруги 1-го типу, які врівноважуються у об’ємах матеріалу, відповідних до об’єму виробу;

- залишкові напруги 2-го типу створюються у мікроскопічних об’ємах матеріалу, відповідних до розмірів зерен та кристалів;

-залишкові напруги 3-го типу створюються в ультрамікроскопічних об’ємах матеріалу і врівноважуються у межах декількох елементів кристалічної гратки матеріалу виробу.

Найбільш вагомими з точки зору впливу на точність у технології машинобудування вважають залишкові напруги 1-го типу.

Залежно від чинника виникнення залишкові напруги поділяють на конструкційні та технологічні.

Конструкційні залишкові напруги є результатом процесів, що супроводжують виконання службового призначення виробу (знакозмінні навантаження, нагрівання тощо).

Технологічні залишкові напруги є результатом впливу факторів, що супроводжують виготовлення виробу, починаючи з виготовлення вихідної заготовки. Так можна розглядати ливарні залишкові напруги, від застосування обробки тиском (куванням, штампуванням тощо), від термічної обробки, при зварюванні матеріалів, обробки різанням та ін.

Наприклад, ливарні залишкові напруги частіше всього є наслідком нерівномірного охолодження заготовки. При цьому тонкі частини охолоджуються швидше, ніж масивні елементи заготовки, що

призводить до нерівномірної усадки заготовки і виникнення в її об’ємі залишкових напруг.

При чорновій обробці такої заготовки і зніманні значних припусків здійснюється перерозподіл залишкових напруг, що супроводжується спотворенням форми виробу.

Зменшення впливу цих напруг на точність забезпечує правильне конструювання форми виробів (товщина стінок, розміщення отворів, створення ребер жорсткості тощо), а також правильність проведення обробки виробу з точки зору його базування та закріплення, використання режимів обробки тощо.

Крім цього, при виготовленні деталей певних класів (станини верстатів, великогабаритні корпуси, деталі із зменшеною жорсткістю та ін.) у технологічному процесі треба передбачати операції, які призначені для зменшення залишкових напруг.

У більшості випадків з цією метою використовують природне та штучне старіння. Природне старіння полягає у тому, що виріб на певному етапі виготовлення витримують досить довго (до 6-10 місяців) на відкритому повітрі просто неба. Цей спосіб не має обмежень розмірів заготовки, але навіть при довготривалому проведенні не забезпечує повного видалення залишкових напруг.

Наприклад, через майже півроку проведення природного старіння залишкові напруги зменшилися лише на 30% (дивись рисунок 3.62а).

      а)                                                            б)

Рисунок 3.62 – Зміна розміру залишкових напруг [1]

     

Штучне старіння виконують шляхом поступового нагрівання заготовок у термічних печах до 500-6000С, витримуючи їх при цій температурі від години до 6 годин і подальшого поступового охолодження разом із піччю до 150-2000С.

Ефективність цього способу значно більша (дивись рисунок 3.62б), але його використання має обмеження розмірів виробів розмірами самої термічної печі.

Крім цих способів зменшення залишкових напруг, використовують високотемпературні відпуски виробів (600-6500С) після зварювання, термічної обробки тощо, а також механічні способи, наприклад, обдування виробу струменем чавунного або сталевого шроту.

При виготовленні валів та їм подібних виробів, при використанні вихідних заготовок із прокату різної форми на певних етапах технологічного процесу передбачають операції холодного виправлення їх осі. При цьому створюються додаткові залишкові напруги, які можуть проявити себе уже під час роботи деталей у виробі, наприклад, зміна зазорів у підшипниках ковзання.

Тому при виготовленні точних деталей такого типу операції виправлення осі не виконують, а викривлення осі вихідної заготовки компенсують додатковим припуском на поверхнях обробки.

У той самий час треба зазначити, що залишкові напруги у поверхневому шарі поверхонь деталей у деяких випадках створюють штучно способами зміцнювальних технологій для підвищення міцності та довговічності виробів.

Наприклад, наявність у поверхневому шарі залишкових напруг стискання (залишкові напруги 2-го типу) підвищує межу витримування у деталей із сталей підвищеної міцності на 50% [2].

Серед таких способів обробки, які належать до способів поверхнево-пластичного деформування (ППД), найбільш поширені накатування та розкочування сталевими загартованими кульками та роликами, алмазними інструментами, нанесення регулярного мікрорельєфу на поверхні, чеканка, обдування поверхні струменем шроту тощо.

Питання для самоперевірки

 

1 Точність обробки та критерії її оцінки (номінальний та дійсний розмір, допуск, квалітет, оцінка шорсткості поверхні (Ra, Rz)).

2 Фактори, що впливають на точність механічної обробки (у тому числі до її початку і під час обробки).

3 Похибка установлення, визначення та структура.

4 Похибка базування. Визначення, чинник виникнення.

5 Розрахунок похибки базування для лінійних розмірів.

6 Розрахунок похибки базування для діаметральних розмірів при використанні оправок різних конструкцій (із зазором, натягом тощо).

7 Види призм. Розрахунок похибки базування при базуванні у призмі. 8 Визначення оптимальних варіантів (з точки зору точності) виконання розмірів при використанні призм.

9 Види центрів. Похибка центрування.

10 Розрахунок похибки базування при базуванні у жорсткому та плаваючому центрах.

11 Похибка закріплення. Визначення та вплив на точність обробки.

12 Визначення оптимальної схеми базування та закріплення для забезпечення точності розмірів в операції (із запропонованих).

13 Похибка пристрою. Структура. Нормування взаємного розміщення ОКБ та ДКБ пристрою як частини допуску на розміри обробки.

14 Похибка статичного налагодження верстата.

15 Похибка динамічного налагодження верстата.

16 Розрахунок розміру налагодження інструмента.

17 Похибка від зношення різального інструменту. Види зношеннь.

18 Розрахунок похибки від зношення при точінні.

19 Розрахунок часу підналагодження верстата.

20 Геометричні похибки верстата, чинники виникнення та нормування величин.

21 Вплив геометричних похибок на точність обробки.

22 Джерела тепла у Т-системі механічної обробки.

23 Теплові стани Т-системи (ритмічний та аритмічний).

24 Вплив теплових деформацій на точність обробки.

25 Пружні деформації елементів Т-системи. Жорсткість та податливість. Методи визначення.

26 Вплив пружних деформацій на точність обробки.

27 Залишкові напруги, чинники виникнення та методи зменшення.

4 Аналіз точності обробки на попередньо налагоджених верстатах за допомогою методів математичної статистики

 

В умовах великосерійного та масового виробництв, а інколи і менш об’ємних, виникає необхідність контролю за точністю виконання технологічних операцій. При цьому, враховуючи значні обсяги випуску виробів, для оцінки якості їх виготовлення треба використовувати науково обґрунтовані методи, що дозволяють звести до мінімуму трудомісткість цієї роботи при високому рівні достовірності результатів аналізу.

Одним із напрямів виконання таких досліджень є використання методів математичної статистики, які дозволяють виконувати як миттєвий аналіз стану окремих факторів, так і прогнозувати їх розвиток у подальшому. Ці методи спираються на певні математичні закони, яким підпорядкований розподіл значень первинних похибок обробки, що безпосередньо впливає на точність виконання операцій.

Аналіз точності виконують на підставі дослідження дійсного значення параметра, визначеного для обмеженої кількості виробів (обсяг вибірки N), взятої за певними правилами із загального обсягу виготовлення виробів. Обсяг вибірки N може бути:

            25 - 30 штук – мала вибірка;

   30 - 150 штук – велика вибірка;

   понад 250 штук – представницька вибірка.

 

 

32

yandex rtb 4