Корсаков В.С. 1977 Основы (1004575), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Изменение длины резца при обработке партии заготовок показано на рис. 31, б. Если работа протекаег ритмично, то перерывы / процесса резания одинаковы и деформации резца постоянны для всех заготовок. При отсутствии ритмичности (/ ~ /„ /, чь /я) деформации резца различны. В этом случае рассеяние размеров заготовок в партии будет большим.
При обработке крупной заготовки тепловые деформации резца могут вызвать погрешность формы обрабатываемой поверхности. Тепловые деформации влияют па точность размеров при обработке на предварительно настроенных станках по методу автоматического получения размеров, но могут быть учтены при обработке методом пробных рабочих ходов. Остаточные напряжения в материале заготовок. Остаточные напряжения в наибольшей степени влияют па точность обрабатываемых тонкостенных нежестких заготовок.
Остаточными (или собственными) называют напряжения, которые существуют в заготовке или готовой детали при отсутствии впеппшх нагрузок. Остаточные напряжения полностью уравновешиваются, и их действие на деталь не проявляется. С нарушением равновесия, вызываемого удалением припуска, обработкой без снятия стружки или термическим воздействием, деталь начинает вб деформироваться до тех пор, пока перегруппировка напряжений не приведет к новому равновесному состоянию.
Различают три рода остаточных напряжений. Напряжения первого рода уравновешиваются в пределах больших объемов материала, соизмеримых с размерами обрабатываемых заготовок. Напряжения второго рода образуются в микроскопических объемах, соизмеримых с размерами зерен и крисгаллитов. Напряжения третьего рода возникают в ультрамикроскопических объемах; они уравновешиваются в пределах нескольких ячеек кристаллической решетки вещества.
В технологии машиностроения наибольшее внимание уделяется напряжениям первого рода. В зависимости от причины образования остаточные напряжения делят на конструкционные и технологические. Первые вызываются в деталях процессами, происходящими в конструкции; вторые возникают в детали прн ее изготовлении. Технологические напряжения возникают в результате неоднородных объемных изменений вследствие неоднородного (неравномерного) нагрева или охлаждения; фазовых или структурных превращений металла„ а также происходящих в нем диффузионнных процессов; пластической деформации при наклепе. Одновременное действие двух или трех причин приводит к весьма сложным эпюрам распределения остаточных напряжений по сечениям детали.
Взаимодействие перечисленных причин нередко приводит к образованию столь больших напряжений растяжения, что возможно появление трещин. Для многих деталей желательно создание сжимающих напряжений в поверхностных слоях для повышения их усталостной прочности. Знать характер распределения, а также качественную и количественную характеристики остаточных напряжений необходимо для повышения качества деталей и правильного построения технологических процессов их изготовления.
Поэтому методам упрочняюшей технологии, повышающих прочность н долговечность деталей машин, уделяется большое внимание. Рассмотрим влияние изменения объема при охлаждении на образование остаточных напряжений в стальном диске, нагретом до 700 — 800' С (рис. 32, а). Сначала осты- Рис. 62. Остаточные напря женив в диене при осты ванин 96 вант наружный слой, который при температуре ниже 500' С, стремясь сократиться по диаметру, сжимает еще горячую и пластичную сердцевину.
В результате наружные слои упруго растянуты, а внутренние сжаты. Эпюра напряжений для этого периода показана на рис. 32, б. Продолжающееся охлаждение диска вызывает сначала возрастание разности температур между сердцевиной и наружным слоем, а затем ее уменьшение. При дальнейшем охлаждении сердцевина стягивает на- ружный остывший слой, создавая в нем напряжения сжатия. Эпюра напряжений в остывшем диске показана на рис. 32, в. Напряжении в результате структурных превращений наблюдаются в стальных деталях при переходе аустеиита в мартенсит. На величину и распределение напряжений в металле действуют и такие факторы, как конфигурация детали, равномерность нагрева„ прокалнваемость, величина зерна, температура отпуска.
В зависимости от применяемого технологического метода различают остаточные напряжения литейные, возникающие прн остывании отливок; ковочные, образующиеся в поковках и горячештампованных заготовках; термические, создающиеся при термической обработке; сварочные; ог наклепа при холодной прокатке, волоченни, холодной штамповке, чеканке, дробеструйной обработке и других методах; от обработки металлов резанием; прн электролнтическнх покрытиях деталей. Литейные напряжения влияют на точность обработки заготовок из отливок.
Онн возникают из-за того, что температура толстых н тонких частей отливки получается неодинаковой при переходе из области пластических в область упругих деформаций. Для отливок из серого чугуна область этого перехода расположена в интервале 620 †4' С. Тонкие части отливки охлаждаются быстреетолстых, поэтому усадка ее массивных элементов происходит позднее. Однако усадка не может протекать свободно, так как ранее остывшие тонкие части отливки вызывают ее торможение (термическое).
Торможение (механическое) усадки происходит также в том случае, если на отливке имеются выступающие элементы. Чем медленнее охлаждается отливка в указанном интервале температур и меньше разница толщины ее стенок, тем меньше остаточные напряжения в остывшей заготовке. Особенно большнмн остаточные напряжения получаются в местах резкого изменения сечения отливок. Их величина может быть иногда настолько значительной, что отливка коробится и в ней возникают трещины. Остаточные напряжения могут быть уменьшены в правильно сконструированных отливках. Уменьшают напряжения также путем разрушения формы после перехода металла из жидкого состояния в твердое до его окончательного охлаждения.
Прн обработке отливки резанием равновесие остаточных напряжений из-за снятия поверхностных слоев нарушается и заготовка деформируется. Эта деформация происходит не мгновенно, а в течение продолжительного времени. При передаче предварительно обработанной заготовки на последующую отделку (без разрыва во времени) деформация продолжаегся и после приемки готовой детали, что вызывает нарушения при эксплуатации машин. Маложесткие детали часто деформируются значительно.
Снятие или уменьшением остаточных напряжений в отливках достигается естественным старением, термической обработкой (искусственным старением) н некоторыми методами механического воздействия. Естественное старение заключается в длительном хра- 4 в/р. корсакова в с. 97 00 00 00 0 ор 00 00 те0 т00 Дни а) (00 х(0 0 т00 ж з00 ню 000 "с Рис. ЗЗ. Остаточные напряжения при естсстисниои (о) и исиусстненнои (б) старении ненни (вылеживании) заготовок на воздухе.
Продолжительность вылеживания составляет нередко 6 — 12 месяцев. Естественное старение обычно производят после предварительной обработки (обдирки) отливки. Его протеканию способствует периодическое изменение температуры окружающей среды. Основной недостаток этого способа — длительность процесса и неполное снятие напряжений. Уменьшение остаточных напряжений от времени вылеживания при естествснгюм старении приведено на рис. ЗЗ, а. Через полгода остаточные напряжения уменьшаются только на 30",е.
Термическая обработка целесообразна для снятая остаточных напряжений в мелких и средних отливках. Для крупных отливок она не всегда применима, так как для ее выполнения необходимы печи болыпих размеров. Термическая обработка закгночается в медлентюм нагреве заготовок до 500 — 600" С, выдержке их при этой температуре в течение 1 — 6 ч (в зависимости от размера отливок) и последующем медленном охлаждении в печи до 160 — 200о С. Скорость нагрева должна быть небсьтьшой (60 - 150'С'ч), чтобы избежать большого перепада температур между толстыми и тонкими стенками отливки. Скорость охлаждения принимают в пределах 25 — 75'С(ч; ниже 150' С охлаждение может вестись ускоренно на открытом воздухе.
Влияние нагрева на снятие остаточных напряжений в отливках приведено па рис. 33, б. При нагреве до 350" С напряжения не снимаются. Для уменьшения остаточных напряжений в отливках механическим действием используют пневматические молотки или дробеструйную обработку. Места концентрации напряжений (переходы в сечениях) подвергают обстукиванию.
Этот метод, однако, не дает радикальных результатов. Ковочные напряжения возникают в заготовках, получаемых ковкой и горячей штамповкой, из-за их неравномерного охлаждения, особенно сильно сказывакицегося прн нерациональной конструктивной форме последних. Коночные напряжения влитпот на деформацию маложестких заготовок (длинные валики, коленчатые валы н пр.). Для снятия остаточных напряжений в поковках и штампованных заготовках применяют отжиг. 98 Термические напряжения являются следствием неравномерности нагрева и охлаждения деталей, а также результатом структурных изменений нх материала. Термические напряжения вызывают деформацию (короблепие) деталей и часто бывают настолько большими, что от их действия возникают трещины. Уменьшение деформации деталей с резкими изменениями сечений производится постепенным нагревом под закалку, защитой тонких стенок изолирующей обмазкой, выполнением закалки и отпуска в приспособлениях, а также смягчением закалочной среды.
На остаточные напряжения и остаточные деформации влияют скорость охлаждения при закалке, температура нагрева под закалку, исходная микро- структура материала, а также глубина закалки. Сплошная закалка обеспечивает ббльшую деформацию, чем поверхностная закалка после нагрева с помощью ТВЧ. Деформации при термической обработке влияют иа точность детали и припуск под последующую механическую обработку. Для данной детали н данного вида термической обработки опытным путем можно определить уменьшение или увеличение нужного размера. Найденную таким образом поправку используют для предварительного изменения размера детали под термическую обработку.
При закалке метчиков часто умепыпается шаг резьбы. Эта погрешность компенсируется иарезанием резьбы с несколько большим шагом. Необходимая поправка находится экспериментально на пробной партии заготовок. Сварочные напряжения возникают в результате неравномерного нагрева и остывания металла в процессе сварки. При перемещении источника тепла вдоль шва металл в зоне наплавки интенсивно нагревается.
Смежные участки металла, обладая более низкой температурой, препятствуют расширению нагретого металла и создают в нем напряжения сжатия. При остывапии в наплавлениом слое возникают остаточные напряжения растяжения, так как окружающий металл тормозит уменьшение его объема. Величина этих напряжений иногда достигает предела текучести металла. При сварке заготовок из пизкоуглеродистых сталей возникают в основном остаточные напряжения первого рода, а при сварке заготовок из закаливающихся сталей — напряжения всех трех родов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
