Базров Б.М. - Основы технологии машиностроения (1042954), страница 47
Текст из файла (страница 47)
В зависимости от конкретных условий при трении возникают механические, химические, теплофизические процессы. Преобладание какого-либо из них определяет вид и скорость изнашивания. Остаточные напряжения а депшлях. Остаточными называют такие внутренние напряжения, которые остаются в деталях после снятия нагрузок или воздействия внешних факторов. Внутренние напряжения образуются во всем объеме металла детали или в небольшой его части. Обычно внутренние напряжения взаимоуравновешиваются и внешне ничем не проявляются до тех пор, пока это равновесие не будет нарушено.
Нарушение равновесия приводит к перераспределению внутренних напряжений и, как следствие, к деформации детали. С нарушением этого равновесия, вызываемого удалением части материала в виде припуска, обработкой без снятия стружки, термическим или химическим воздействием, деталь начинает деформироваться до тех пор, пока перераспределение напряжений не приведет к новому равновесному состоянию.
Различают; напряжении 1 рода — макронапряжения, охватывающие области, соизмеримые с размерами детали; напряжения Д рода — микро- напряжения, распространяющиеся на отдельные зерна или группу зерен металла; напряжения Н( рода — субмикроскопическис, связанные с искажениями атомной решетки кристалла. ОБщие пОАОжения мехАнизмА ОБРАзОВАния пОГРешнОстеЙ ззт Непосредственной причиной образования остаточных напряжений является неоднородность изменений в смежных макро- и микроскопиче- ских обьемах металла.
По причине образования остаточные напряжения делятся на две группы: конструкционные и технологические. Конструкционные вызы- ваются в деталях процессами, происходяшими в конструкции; вторые возникают в детали в процессе ее изготовления. Технологические напря- жения возникают в результате неоднородных объемных изменений вследствие причин: неоднородного (неравномерного) нагрева или охла- ждения; фазовых или структурных превращений металла, а также проис- ходяших в нем диффузионных процессов; пластической деформации при наклепе. Одновременное действие двух или трех факторов приводит к весьма сложным эпюрам распределения остаточных напряжений по се- чениям детали; их взаимодействие нередко приводит к образованию столь больших напряжений растяжения в поверхностных слоях детали, что возможно появление трошин и даже разрушение летали.
Например, при получении заготовки литьем наличие неодинаковых по толщине стенок у заготовки приводит к возникновению оста~очных напряжений при охлаждении заготовки. По мере остывания меняется состояние металла, переходя из пластического состояния в упругое. По мере остывания заготовки наступает момент, когда металл в толстой стенке еше находится в пластическом состоянии, а в тонкой стенке — уже в упругом состоянии, поэтому и возникают в ней остаточные напряже- ния. В дальнейшем, по мере перехода металла толстой стенки в упругое состояние. эти напряжении усиливаются.
Рассмотрим процесс возникновения остаточных напряжений в от- ливке, имеюшей одну тонкую и одну толстую стенки (рис, !.6.8), Если бы стенки отливки были разделены и остывали отдельно, то падение их температур и величина усадок соответствовали бы (см.
рис. !.6.8, б): лля тонкой стенки )- кривой!, для толстой стенки!1- кривой 2. Однако, так как стенки связаны одна с другой, усадка отливки идет по какой-то средней кривой ЬАВ, Процесс остывания отливки можно разделить на три этапа. Первый этап протекает от начала остывания до момента времени ть когда мате- риал обеих с~спок отливки находится в пластическом состоянии, При этом тонкая стенка будет растянута, толстая сжата. Вследствие этого в отливке произойлут пластические деформации, не порождаюшие, однако, внутренних напряжений, так как металл находится в пластическом со- стоянии.
з88 злкономерности ойрлзовлния отклонений клчествл изделия к с~ с ~Ь ь с Ф а) б) Рис. К6.8, Зависимости остыввния стенок детали: а — эскиз детали; б- график изменения усалки отливки по мере изменения температуры Второй этап составляет промежуток времени от т| до ть в течение которого тонкая стенка достигает температуры порядка 620 'С, при которой металл тонкой стенки перешел в упругое состояние, в то время как металл толстой стенки остается еше в пластическом состоянии. За этот промежуток времени кривая БА действительной усадки отливки становится эквидистантной кривой Е Так как металл толстой стенки находится в пластическом состоянии, в тонкой стенке (а следовательно и во всей отливке) никаких упругих деформаций не появляется, т.е. не возникает н внутренних напряжений.
Третий этап начинается с момента времени ть когда металл толстой стенки переходит преимушественно в упругое состояние. Если бы в этот момент обе стенки отливки разделить, то при дальнейшем охлаждении их усадка протекала бы соответственно по кривой АВ~ — эквидистантной кривой ! свободной усадки тонкой стенки, и по кривой А — зквидистантной кривой 2 свободной усадки толстой стенки. При этом каждая из стенок сохранила бы полученную пластическую деформацию и была бы свободна от внутренних напряжений. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕХАНИЗМА ОБРАЗО(ЗАНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ 259 Однако так как стенки соединены и отливка представляет собой жесткую конструкцию, ее усадка будет происходить по средней кривой БАВ, Так как металл в обеих стенках перешел в упругое состояние, в них возникнут упругие деформации„обратные по знаку, но равные по величине пластическим деформациям, так как ВВ, = АА, и ВВз = ААь При этом в тонкой стенке возникают внутренние напряжения сжатия, а в толстой — напряжения растяжения.
Напряжения возрастают с увеличением модуля упругости материала, поэтому внутренние напряжения в стальных отливках в 2 раза меньше, чем в чугунных. Наибольшие остаточные напряжения образовываются в деталях сложных конструктивных форм с резкими переходами от местных скоплений металла к тонким стенкам и ребрам. Примерами таких деталей могут служить станины, рамы, корпусные детали, лапа долота и др. В сварных деталях также создаются остаточные напряжения вследствие нх неравномерного нагрева и остывания при сварке.
Конструкция сварных деталей, как правило, имеет меньшую жесткость, чем литых, поэтому в ней остаточные напряжения больше. Возникают остаточныс напряжения и в заготовках. полученных из проката, также вследствие неравномерного остывания, обусловленного различным скоплением металла. В процессе обработки заготовок, имеющих остаточные напряжения, при снятии с них слоя материала напряжения, а следовательно, и деформации заготовок значительно возрастают.
Если при этом учесть, что заготовка зажата в приспособлении и напряжения не перераспрсделяются, то деформации после раскрепления заготовки станут еше больше. В процессе изготовления деталей большой длины и малой жесткости часто применяют операцию хододной правки заготовки. При холодной правке возникают остаточные деформации в детали, направление которых противоположно направлению деформаций, имеющихся до правки, и равные им по величине. При нагружении балки поперечной силой Р (рис. 1.6.9) на участке АБ возникают упругие деформации, подчиняющиеся закону Гука, а на участках АГ и Б — пластические деформации. После снятия нагрузки деталь начинает упруго деформирова(ься и противоположном направлении под действием упругих напряжений, оставшихся в ее средней части. После наступления равновесия напряжений упругие деформации детали прекращаются; в результате на последующую обработку деталь поступает в напряженном состоянии н при снятии с нее слоя материала равновесие нарушается и она деформируется.
26а зАкономврности ов Азовлния отклонений клчествА изделий Рис. 1.6лй Схема распределения напряжений прн колодной правке: а — схема нагружсния; б, о — эпюрв напряжений при нагрузке Р и после снятия нагрузки соответственно Остаточные напряжения в поверхностных слоях металла возникаюз при наклепе деталей после операций волочения, прошивки, развальцовки. калибровки и другой обработки методом холодного давления. Под влиянием суточных и сезонных температурных колебаний остаточные напряжения и деформации деталей постепенно перераспределяются. При этом перераспределение остаточных напряжений и деформаций вначале протекает интенсивно, а затем постепенно замелляется.
Практически установлено, что детали машин после их обработки продолжают деформироваться при работе в машинах за счет прололжаюшегося перераспределения остаточных напряжений. 1.6ДН ОБРАЗОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ДЕТАЛИ Рассмотрим, как действие вышеизложенных факторов порождаюз геометрические погрешности детали.
Их влияние на геометрические погрешности детали происходит через изменение закона относительного движения заготовки и обрабатываюшего инструмента, что приволит в каждый момент времени к отклонению относительного положения заготовки и инструмента. Рассмотреть все возможные варианты механизма образования геометрических погрешностей обработки не представляется возможным в силу огромного разнообразия конструкций технологической системы. схем базирования, условий обработки и др. Поэтому задача сводится к тому, чтобы изложить методический подход к установлению механизма образования погрешностей обработки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
