Определение остаточных напряжений при охватывающем упрочнении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение остаточных напряжений при охватывающем упрочнении

Зайдес С.А.

Климова Л.Г.

Калиброванный металл являются эффективным видом заготовок в технологии машиностроения. Его используют при изготовлении, например, рабочих и трансмиссионных валов артезианских турбинных насосов, валов и осей для зерноуборочных комбайнов и другой сельскохозяйственной техники. Механической обработке при этом подвергаются лишь небольшие поверхности заготовок. Автоматные стали (А12, АС14 и др.) специально предназначена для изготовления деталей на станках-автоматах и автоматических линиях.

Более широкому использованию холоднотянутого металла в промышленности препятствует нестабильность его формы, проявляющаяся в виде искривления на всех этапах технологического процесса изготовления, сборки, транспортировки и хранении изделий. Известны случаи растрескивания латунных и стальных прутков при калибровке и механической обработке (Рис. 1).

а) б)

Рис. 1 Дефекты изделий изготовленных из калиброванного металла: а) - раскрытие конца прутка при выходе из матрицы, б) - трещина на поверхности детали после обработки резанием

Основной причиной таких и подобных дефектов являются технологические остаточные напряжения, которые формируются в процессе холодного деформирования и распределяются по всему объему заготовки [1]. Значительное влияние остаточные напряжения оказывают на искривление деталей при механической обработке. Поэтому с точки зрения геометрической точности образование остаточных напряжений является в принципе отрицательным фактором. Это относится в равной мере как к растягивающим, так и к сжимающим напряжениям.

Осесимметричные процессы деформирования нашли применение и в технологии машиностроения в виде отделочно-упрочняющих (охватывающих) операций [2]. Рассмотрим на примере стержневой модели (рис. 2) процесс образования остаточных напряжений при охватывающем поверхностном пластическом деформировании цилиндрических деталей.

Рис. 2. Схема к определению остаточных напряжений по теореме генки о разгрузке

В результате упругопластической деформации волокна материала 1, 2, 3 (см. рис. 2,б) получают относительную деформацию<<, соответственно, при этом <<. При снятии внешней нагрузки эти элементы будут разгружаться по линиям . (Эти равенства предполагают равновесие стержневой системы в результате полной разгрузки). Предположим, что т. 2 разгрузилась до нуля. Тогда т. 1 получит остаточное напряжение = -, т. 3 получит остаточное напряжение = +. Анализ схемы на рис. 2 позволяет использовать геометрические соотношения для определения остаточных напряжений и деформаций по теореме Генки [3]:

. (1)

(2)

. (3)

Использование теоремы Генки для определения остаточных напряжений при охватывающем упрочнении имеет некоторые особенности. Так, напряженно-деформированное состояние в очаге деформации, по которому определяются остаточные напряжения, зависит от координаты поперечного сечения и с этой точки зрения такое состояние материала можно рассматривать как результат нестационарного процесса. Поэтому предлагается следующая последовательность действий по определению остаточных напряжений. Сначала решается упругопластическая задача, и определяются радиальные напряжения в зоне контакта. Затем такие же напряжения прикладываются к изделию из идеально упругого материала. Разность значений этих напряжений дает величину остаточных напряжений.

Порядок расчета:

Расчет осевого усилия деформирования по величине относительного обжатия.

Расчет напряжений и деформаций в пластической области методом упругих итераций.

Расчет упругих фиктивных напряжений и деформаций при краевом условии по радиальному напряжению, полученном на предыдущем шаге.

Фактически решается та же задача что и на шаге один, только обжатие подбирается так, чтобы решение по радиальным напряжениям при упругой и упругопластической задачам совпадало. Практически для этого подбирается величина обжатия, при которой на идеально упругом материале получалась бы равноценная эпюра. Эти напряжения и будут фиктивными.

Процесс охватывающего упрочнения, как и любой другой механический процесс обработки материалов, характеризуется наличием очага деформации, форму и размеры которого не всегда удается получить близкими к реальным. По этой причине использование теоремы Генки для определения остаточных напряжений осложняется тем, что, рассматривая очаг упругопластического деформирования, мы не знаем точку (плоскость) разгрузки, которая “плавает” по длине очага деформации. Зону начала разгрузки на выходе из очага деформации предлагается определять по изменению характера распределения интенсивности напряжений [2].

Литература

остаточный напряжение деформирование заготовка

1. Зайдес С.А. Остаточные напряжения и качество калиброванного металла. - Иркутск, 1992.- 200 с.

2. Зайдес С.А. Охватывающее поверхностное пластическое деформирование. - Иркутск, - 2001.- 309 с.

3. Генки Г. К теории пластических деформаций и вызываемых ими в материале остаточных напряжений // Теория пластичности / Под ред. Ю.М. Роботнова - М., 1948. - С. 114-135.

Размещено на Allbest.ru