Теоретические предпосылки к расчету осевых деформаций и напряжений при термообработке
У больного 36 лет утром появились ноющие боли в правой подвздошной области, усилившиеся и ставшие очень интенсивными к вечеру. Появились частые позывы на мочеиспускание, поднялась температура до 37,6°С, была однократная рвота. Раньше подобных болей больной не отмечал. Язык обложен белым налетом, суховат. Живот в правой подвздошной области напряжен, резко болезнен. Симптом Щеткина-Блюмберга справа резко положителен. Положительны симптомы Ровзинга, Снтковского. Симптом Пастернацкого отрицателен. В моче изменений нет. Лейкоцитов в крови 16,0-10 в 1 мкл. Ваш предположительный диагноз?
Какие исследования в данном случае необходимы для дифференциальной диагностики?
У больной 30 лет внезапно появились сильные боли в правой подвздошной области, слабость, головокружение, кратковременная потеря сознания. Больная бледна. Пульс 120 в минуту. Температура нормальная. Язык чист, влажен. Живот принимает участие в дыхании, мягкий. В правой подвздошной области определяется болезненность. Симптом Щеткина—Блюмберга слабо положительный. Лейкоцитов в крови 9,6-10 в 1 мкл. О каком заболевании можно думать? Что следует уточнить из анамнеза?
Какие дополнительные исследования помогут подтвердить предполагаемый диагноз?
Девушка 18 лет поступила в приемное отделение с жалобами на боли в правой подвздошной области. Боли начались внезапно 2ч назад, распространились по всему животу, иррадиировали в крестец и задний проход. Затем они локализовались в правой подвздошной области. Больная отмечала головокружение, слабость, тошноту. Последняя менструация закончилась у нее 12 дней назад (была в срок).
При осмотре отмечена бледность кожных покровов, Температура нормальная. Пульс 100 в минуту. Язык чист, влажный. Живот мягкий, в правой подвздошной области небольшое напряжение мышц. Анализ мочи без отклонений от нормы. Лейкоцитов в крови 10,0-109 в 1 мкл, эритроцитов— 3,1-10 в 1 мкл. Гемоглобин 100 г/л. Ваш диагноз и тактика лечения?
У больной 32 лет во время операции, предпринятой по поводу острого аппендицита, никаких макроскопических изменений в отростке не найдено.
При ревизии брюшной полости обнаружено большое количество увеличенных от 0,5 до 3 см лимфатических узлов в брыжейке тонкого кишечника. Какое заболевание у больной?
Существуют ли дифференциально-диагностические признаки этого заболевания? Как следует поступить во время операции?
У больного 56 лет, в течение 5 лет страдающего приступообразными болями в правом подреберье, очередной приступ болей сопровождался рвотой, повышением температуры до 38,5°С, напряжением мышц в правом подреберье, небольшой истеричностью склер. Положительный симптом Щеткина— Блюмберга в правом подреберье. Проводимые консервативные мероприятия не дают в течение, 1 сут. каких-либо положительных результатов. Лейкоцитоз крови колеблется от 15,0-103 до 18,0-Ю3 в 1 мкл. Ваш диагноз и тактика лечения?
Дополнительные методы исследования в первые сутки с момента госпитализации?
Больная 60 лет, тучная женщина, страдает хроническим калькулезным холециститом, тяжелым инсулиннезависимым диабетом и кардиосклерозом с недостаточностью кровообращения НА степени. Приступы холецистита у больной бывают 3—4 раза в год, протекают тяжело. Однако, учитывая ряд серьезных противопоказаний, хирурги отказывали больной в оперативном вмешательстве. Неделю назад у больной начался очередной сильный болевой приступ, но в отличие от предыдущих, он сопровождался желтухой. Икте-ричность появилась через сутки после начала приступа, а к моменту поступления в больницу желтуха была сильно выражена, билирубин крови составлял 119 мкмоль/л преимущственно за счет прямой фракции. Что произошло с больной? Какова должна быть тактика диагностики и лечения?
Больному во время операции по поводу острого калькулезного холецистита после холецистэктомии через культю пузырного протока произведена холан-гиография. На рентгенограмме определяются расширенные печеночные протоки и общий желчный проток. В начале общего желчного протока виден как бы обрыв контрастного вещества полусферической формы, дальше общий желчный проток не контрастируется и в двенадцатиперстную кишку контрастное вещество не поступает. Как вы расцениваете данные холангиограммы? Каковы ваши дальнейшие действия? Как вы закончите операцию?
Больного 24 лет в течение года беспокоят ноющие боли в эпигастральной области и наличие нечетко пальпируемого, сферической формы образования в глубине эпигастральной области размером 15 х 20 ем. Образование слегка пульсирует, шума над ним не выслушивается. Окружность живота постепенно увеличивается. В анамнезе больного была тяжелая тупая травма живота, однако, дело обошлось без оперативного вмешательства. Общее состояние больного особенно не страдает. Диспепсических расстройств, нарушений стула и мочеиспускания нет. Диастаза мочи 256 ед. В общем, клиническом анализе крови и биохимических исследованиях крови патологии не обнаружено. Дуоденальное зондирование без особенностей. При рентгенологическом исследовании желудочно-кишечного тракта определяется смещение желудка кпереди за счет образования, располагающегося позади него. Между какими заболеваниями и с помощью, каких методов следует проводить дифференциальный диагноз? Лечебная тактика.
В приемное отделение поступила больная 52 лет. Накануне обильно поужинала. Утром ощутила резчайшие, боли в эпигастральной области, опоясывающего характера. Появилось затрудненное дыхание, многократная рвота, не дающая облегчения, слабость, обильное потоотделение. Температура 37°С. Расстройства мочеиспускания нет. Задержка стула, газы не отходят. Раньше ничем не болела. Доставлена через 2 ч от начала заболевания. При осмотре состояние тяжелое, больная бледная выражен акроцианоз, кожа покрыта холодным потом. Пульс 140 в минуту. Артериальное давление 100/60 мм. рт. ст. Язык сухой, покрыт белым налетом. Живот принимает участие в акте дыхания. Перистальтика вялая. Печеночная тупость сохранена. Свободная жидкость брюшной полости не определяется. Живот мягкий при пальпации. Симптомов раздражения брюшины нет. Резкая болезненность в эпигастральной области. Симптомы Воскресенского и Мейо—Робсона положительные.
Лейкоцитов в крови 12,0-10 в 1 мкл. Диастаза мочи 1024 ед. Ваш диагноз и тактика лечения?
Больной 56 лет поступил в клинику с жалобами на нестерпимый зуд кожи, ноющие боли в правом подреберье и эпигастральной области, слабость, упадок сил, отсутствие аппетита, наличие желтухи, которая появилась 1Ш мес. назад и интенсивно нарастает. Приступов сильных болей никогда не отмечал. При осмотре: склеры и кожа больного оливкового цвета, тургор кожи резко понижен; на ней множество расчесов. Живот мягкий. Печень увеличена. В правом подреберье пальпируется слегка болезненное образование тугоэластической консистенции, овоидной формы. Стул ахоличен. Уробилин в моче отсутствует. При рентгенологическом исследовании желудочно-кишечного тракта подкова двенадцатиперстной кишки несколько развернута. Какой диагноз вы поставите? Чем можно помочь больному?
У больного, имеющего длительный «желудочный» анамнез, внезапно возникли сильнейшие боли в животе. Он вынужден был осторожно лечь, и лежал неподвижно; при малейшем движении боли усиливались. Была однократная рвота. Через полчаса боли почти полностью прошли. Больной самостоятельно ушел домой. На следующий день пришел к врачу, так как у него оставались небольшие боли в правом подреберье и температура повысилась до 37,5°С. При осмотре живот мягкий, безболезненный, за исключением правого подреберья, где имелась умеренная болезненность, защитное напряжение мышц и слабо выраженный симптом Щеткина—Блюмберга. Френикус-симптом отрицательный, симптом Грекова-Ортнера положительный. Печеночная тупость сохранена. Пульс 80 в минуту. Язык влажный. При рентгеноскопии органов брюшной и грудной полости патологии не обнаружено. Лейкоцитов в крови 8,6х103 в 1 мкл. Каковы ваш диагноз и действия?
Больной 50 лет поступил в стационар по поводу внезапно возникшей у него обильной кровавой рвоты. Никаких указании на заболевание желудка в анамнезе установить не удалось. Считал себя здоровым. Перенес вирусный гепатит 3 года назад. Общее состояние удовлетворительное. У брата больного туберкулез легких.
С какими заболеваниями вам придется проводить дифференциальный диагноз? Каковы будут ваши действия при поступлении такого больного? Какие дополнительные методы исследования можно применить на высоте кровотечения для уточнения диагноза?
Больной 38 лет поступил в отделение третий раз за 2 года по поводу желудочного кровотечения язвенной этиологии. Кровопотеря II степени. Применением комплекса консервативных кровотечение быстро остановлено и в течение недели состояние больного стало лучше'. Дальнейшее обследование больного. Какова ваша тактика в лечении этого больного?
Больной 45 лет поступил в стационар с диагнозом желудочного кровотечения
неясной этнологии. До момента возникновения кровотечения никаких жалоб
не предъявлял. Заболевание началось после многократной рвоты, вызванной неумеренным приемом алкоголя. Во время одного из приступов рвоты в рвотных массах появилась кровь, а затеям каждая рвота сопровождалась извержением жидкости цвета кофейной гущи с примесью алой крови. В больнице кровотечение продолжалось, несмотря на энергичные попытки остановить его консервативными мероприятиями.
Во время лапаротомии обнаружено, что желудок и верхние отделы кишечника наполнены кровью, другой патологии не обнаружено. После гастротомии в кардиальном отделе желудка были обнаружены трещины слизистой и под-слизистой оболочек желудка размером 16x5 мм, из которых струйкой поступала алая кровь. Что произошло с больным?
Какие методы диагностики и лечения следовало применить перед операцией? Как следует поступить хирургу во время операции?
У больной 58 лет диагностирована опухоль печени. Поражение выявляется как будто бы только в левой ее доле. Общее состояние больной вполне удовлетворительное и позволяет предложить ей радикальную операцию. Прежде чем решить вопрос об оперативном лечении, необходимо было выяснить, не является ли эта опухоль метастатической.
Локализация рака в каких органах может привести к метастазированию в печень?
Какие дополнительные исследования необходимо произвести больной для решения этого вопроса?
Больной 44 лет внезапно ощутил острую боль в животе схваткообразного характера, вскоре присоединилась частая рвота. Стула нет, газы не отходят. При осмотре состояние больного средней тяжести, периодически громко кричит, ведет себя беспокойно, часто меняет положение. Температура нормальная, пульс 112 в минуту. Язык влажный. Живот вздут больше в верхней половине, при пальпации мягкий, умеренно болезненный, симптомов раздражения брюшины нет. В брюшной полости определяется свободная жидкость. Выше и слева от пупка определяется овоидиой формы плотноэластическое образование, перистальтические шумы над ним не выслушиваются. При ректальном исследовании патологии не выявлено. Рентгенологически имеются множественные чаши Клойбера, тонкий кишечник вздут. Ваш диагноз и тактика лечения?
Больной 65 лет поступил на 2-й день заболевания с жалобами на умеренные боли внизу живота схваткообразного характера, иррадиирующие в крестец, вздутие живота, задержку стула и газов. Заболевание началось постепенно.
Больной страдает запорами, отмечает, что состояния, напоминающие настоящее, были несколько раз и разрешались дома после очистительной клизмы.
Общее состояние больного удовлетворительное температура нормальная, пульс 72 в минуту, язык обложен, влажный. Живот «перекошенный» — резко вздута правая половина, при пальпации мягкий, безболезненный, справа пальпируется большое образование плотноэластической консистенции, перистальтика над ним не прослушивается. Определяется «шум плеска», при перкуссии—высокий тимпанит. При ректальном исследовании: ампула прямой кишки пуста, сфинктер зияет. При попытке поставить сифонную клизму — жидкость, после введения ее в количестве 300 мл, изливается обратно. Диагноз?
Какая операция и в какие сроки должна быть произведена?
У больного 44 лет после переохлаждения поднялась температура до 39°С, появились боли в правой половине грудной клетки, усиливающиеся при дыхании, появился кашель. Мокрота почти не выделялась. Температура держалась 8 дней, несмотря на интенсивное противовоспалительное лечение. Затем у больного стала отделяться в большом количестве гнойная мокрота с неприятным запахом в количестве 200 мл в сутки. Температура снизилась до нормы; больной стал чувствовать себя лучше. Общее состояние удовлетворительное. Под правой лопаткой сзади определяется укорочение перкуторного тона, ослабленное дыхание. Другой патологии не выявлено. Какое заболевание вы заподозрили у больного?
Какие дополнительные методы исследования следует провести для уточнения диагноза?
Больной 52 лет обратился с жалобами на боли в груди, надсадный сухой кашель, одышку. Мокрота отделяется редко и с трудом, скудная. Иногда отмечает прожилки крови в мокроте. Болен 2 мес. За это время нарастают упадок сил и слабость. Температура была повышенной только в первую неделю заболевания. Сейчас нормальная. В легких везикулярное дыхание, несколько жестче справа. При рентгенологическом исследовании определяется интенсивная тень треугольной формы, соответствующая нижней доле правого легкого.
О каком заболевании следует думать? Какой план обследования вы наметите? Что могут показать дополнительные исследования, если ваш диагноз подтвердится?
Больная 42 лет в течение 4 лет страдает тиреотоксическим диффузным зобом
III степени. Основной обмен +50%. Больная раздражительна, плаксива. Отмечает потерю в массе (за полгода на 6 кг). Пульс 132 в минуту. Направлена в клинику для операции.
Какая операция показала больной? Какая необходима предоперационная подготовка? Что явится критерием, определяющим готовность больной к операции? Какое следует применить обезболивание?
Больная 24 лет поступила с жалобами на раздражительность, потливость, слабость, сердцебиение. Больна 2 года. Щитовидная железа не увеличена. Основной обмен +30%. При физикальном обследовании больной никакой патологии не выявлено. При рентгенологическом.исследовании в переднем средостении на уровне II ребра справа определяется образование округлой формы размером 5X5 см с четкими границами. Легочная ткань прозрачна. Какие дополнительные исследования необходимы для уточнения диагноза? Ваша тактика в лечении больной?
Больной 46 лет в течение ряда лет страдает варикозным расширением вен нижних конечностей. 3 дня назад появилась болезненность по ходу расширенной вены на заднемедиальной поверхности голени. Болезненность постепенно нарастала. Стал испытывать затруднение при передвижении, температура поднялась до 37,8СС. При осмотре по ходу вены определяется резкая гиперемия. Вена утолщена, местами четкообразно. Пальпируется в виде резко болезненного шнура. Кожа в окружности несколько инфильтрирована, гипе-ремирована, болезненна. Отека на стопе и голени нет. Каковы диагноз и тактика лечения?
Больной 71 года в течение 3 последних лет испытывает затруднения при мочеиспускании. Моча выделяется тонкой вялой струёй, часты стали позывы на мочеиспускание. Год назад больной заметил в обеих паховых областях округлой формы выпячивания размером 5x5 см, исчезающие в горизонтальном положении. Образования эти безболезненные, мягкой консистенции. Семенные канатики расположены кнаружи от выпячиваний. Наружные отверстия пахового канала круглой формы диаметром 1,5 см. Ваш диагноз и тактика лечения?
Больной 44 лет в течение 4 лет страдал болями в эпигастральной области и
появившейся в течение последнего месяца желтухой.
Какие приемы необходимо применить для диагностики в таких случаях?
В чем будет заключаться операция?
У больного наступило прободение длительно существующей язвы желудка. Доставлен в клинику через 2 ч после перфорации. Из анамнеза выяснено, что больной в последние месяцы сильно похудел. При ревизии обнаружена значительная инфильтрация краев язвы, местами края хрящевой плотности. Дифференциальная диагностика? Какую следует предпринять операцию?
Больной 42 лет страдает язвенной болезнью желудка в течение 10 лет. После лечения в стационаре наступали ремиссии, длящиеся 1-2-3 года. Три месяца назад у больного появились боли в поясничной области, иногда носящие опоясывающий характер. В остальном течение заболевания не изменилось. При рентгенологическом исследовании определяется глубокая ниша, располагающаяся на задней стенке ближе к малой кривизне антрального отдела желудка.
Почему изменился характер болей? Как рекомендуется лечить больного?
У больного 30 лет, считающего себя совершенно здоровым, при профилактическом осмотре в верхней доле правого легкого была обнаружена округлой формы гомогенная тень с четкими границами диаметром 6 см. Какое заболевание можно предположить? Какие вы проведете исследования в целях дифференциального диагноза?
Теоретические предпосылки к расчету осевых деформаций и напряжений при термообработке
Металлургическая анизотропия самопроизвольного изменения формы (размеров) обрабатываемого изделия - вала подобна общей анизотропии физических и механических свойств, является неоднозначностью микро и макростроений реального металла, в частности, в прокатном профиле наличие ориентированной структуры, локализованной разнозернистости ориентации карбидных включений и т.д. При прокате длинномерных заготовок можно выделить две причины возникновения и развития остаточных напряжений: неравномерность пластических пластических деформаций металла при обжатии его в калибрах валков и неоднородность температурного поля при охлаждении.
Существуют способы снижения уровня остаточных напряжений в маложестких деталях в зависимости от физико-механических свойств материала: пластическая деформация, отжиг, отпуск и так далее. Одним из способов сохранения формы - термообработка с жесткой фиксацией заготовки, т.к. при свободной термообработке (например отпуске) детали без фиксации формы, лишь в редких случаях может выполняться условие релаксации . Сложное механическое в состояние материала при термообработке изделий под напряжением в сочетании с разнообразием встречающихся фазовых состояний может вызывать технологические последствия, изменение размеров при последующих механических операциях или вылеживании. Следует заметить, что коробление в свободном состоянии продолжается после термообработки нередко в первоначальном заданном направлении (изгиб, растяжение) до завершения фазовых превращений и неупругих деформаций. Фиксация изделия при закалке также имеет свои особенности. Когда фиксация закаливаемого изделия продолжается достаточно долго, деформационное последействие невелико (на образцах 1…2 % от пластической деформации, реализованной под нагрузкой). Последующий отпуск - в особенности при наличии остаточного аустенита, если материал тлеет структурные преобразования (например, больше 10%) - несколько увеличивает последствия, которые суммируются с предшествующими (в тех же направлениях). Конечная деформация изделия имеет линейную зависимость от величины действующих напряжений.
Для сведения к минимуму коробления - автодеформаций валов целесообразно обеспечить при термообработке под нагрузкой достаточное развитие пластической деформации или разового превращения т.к. например, в момент протекания мартенситного превращения сталь разупрочняется и легко деформируется (s0,2 уменьшается в этом случае в 12…14 раз). При закалочных температурах поле остаточных напряжений сводится к нулю и однородно по сечению и полностью снимается наклепанный слой. Технологической трудностью является сохранение такого состояния материала до температуры охлаждения среды, т.к. при остывании и разгрузке не обеспечивается условие совместности упруго-пластических деформаций. Здесь целесообразно рассмотреть технологические особенности подготовки изделия к термообработке. Необходимо, чтобы геометрические параметры заготовки после холодной правки и механической обработки не превышали допуски на получистовую обработку. Неравномерность деформации по сечению и длине зависит от неточности изготовления (особенно от величины эксцентриситета на заготовке - не совпадению технологической и теоретической осей). При разгрузке несимметричность в поперечном сечении приводит к возникновению изгибающего момента за счет несовместимости деформаций.
Рассмотрим последовательно технологические приемы с применением осевой деформации в холодном состоянии материала и при нагреве. Каждая из операций может быть использована как самостоятельная в зависимости от служебного назначения изделия. Вкратце суть первого технологического процесса заключается в следующем, при растяжении все продольные слои в первом приближении равномерны, и в них возникают одинаковые напряжения (рис.3.1)
Рис.3.1. Деформации и напряжения при осевой нагрузке
Величина рабочих напряжений может быть определена из диаграммы напряжений по величине относительной деформацииeр (рис.3.2). В искривленных участках наряду с растяжением будут происходить и разгибка заготовки, вследствие чего относительные деформации продольных слоев этих участков будут различны. Обычно радиус кривизны искривленных заготовок не бывает меньше 20…30 кратной высоты поперечного сечения заготовок проката, в этом случае характер распределения деформации по сечению вала при разгибке можно принять таким же, или при изгибе прямолинейного бруса. Тогда распределение относительных деформаций по высоте заготовки будет соответствовать линейному закону (рис3.1), а наибольшая и наименьшая величины их в крайних наружном и внутреннем слоях вала выразится так , здесь R - радиус кривизны заготовки.
Значения относительных удлинений будут находиться в диапазоне, изображенном на диаграмме напряжений зоной (pиc.3.2). Модуль упрочнения Е y можно приближенно принять постоянным.
Рис.3.2. Диаграмма напряжения в пластической зоне
Для этого случая распределение напряжений по высоте вала также будет соответствовать линейному закону (рис.3.1). Тогда зависимость напряжений в зоне относительных деформаций будет иметь вид
. (3.1)
здесь у - координата напряжений от центрального слоя заготовки.
Следовательно, растягивающая сила и изгибающий момент могут быть определены из уравнений . Вследствии неравномерного распределения напряжений по диаметру в искривленных участках действует момент внутренних сил, который должен уравновешиваться внешним изгибающим моментом. Последний возникает благодаря смещению центра тяжести поперечного сечения искривленного участка вала от линии действия растягивающего усилия. Тогда изгибающий момент внешних сил будет равен , здесь Y ои представляет собой абсолютную величину части остаточного искривления. Подставляя значения М и Р, выраженные через известные величины, получим . Величина Y ои является только частью конечного, остающегося после правки искривления. Основная часть конечного искривления возникает при снятии внешней растягивающей нагрузки вследствии релаксации остаточных напряжений и неупругих последствий, т.е. ранее искривленные участки частично восстанавливают кривизну, т.к. в них наряду с растягивающим усилием также снимается изгибающий момент, создаваемый этим усилием.
Из проведенных аналитических исследований процессов осевого деформирования вала можно заключить, что остаточная кривизна изделия зависит от исходной искривленности1/ R, от физико-механических свойств материала и технологии изготовления. Следовательно, следует отметить несколько подходов, если материал тлеет упрочняющуюся характеристику, то внешнюю растягивающую нагрузку надо назначать из условия, чтобы зона относительных удлинений соответствовала участку диаграммы s - e, имеющему минимальный модуль упрочнения. Для малоуглеродистой стали, это площадка текучести (Е у=0). Для материалов, склонных к упрочнению, осевую деформацию назначать так, чтобы зона располагалась на диаграмме s-e после начального участка с крутым подъемом кривизны напряжений. Высокоуглеродистые и высоколегированные стали, которые имеют крутой подъем напряжений на участке равномерного удлинения, т.е. вследствии больших величин модуля упрочнения качество осевого деформирования незначительно и требует больших осевых нагружений и деформаций, значительно превосходящих предел прочности материала.
Рассмотренный технологический прием исправления кривизны осесимметричных деталей приемлем как процесс черновой, предварительной обработки для деталей соотношением l/d ≥ 100 и не имеющих склонности к упрочнению.
Рис.3.3. Общий вид фиксации изделия относительно стапеля (а) и функциональные зависимости деформации от температуры охлаждения (б); температуры от времени охлаждения (в); напряжений от деформации при равных коэффициентах линейного расширения (г): 1 – стапель; 2 – изделие; 1' и 2'' – кривые характеристики для стапеля и изделия соответственно
С целью повышения точности и стабильности геометрических форм маложестких деталей разработан новый способ, сочетающий в себе процесс правки и термообработки. Суть способа, осевая деформация - растяжение прикладывается к валу при нагреве, (температура закалки), а при остывании изделие фиксируется относительно стапеля (рис.3.3), причем скорость остывания вала в несколько раз больше, чем стапеля (рис.3.3.а).
Здесь и далее на рис.3.3 цифрами 1 и 2 обозначены стапель и изделие, а так же характеристики при нагреве и охлаждении.
Для теоретического расчета полагаем, что кривизна оси заготовки описывается синусоидой , а величина изменения длины заготовки определяется зависимостью (рис.3.3, а), здесь Y - начальная стрела прогиба. При растяжении заготовки начальная кривизна не должна быть более 1% на длину l. Тогда величина остаточного прогиба Y 1 связана с начальной кривизной Y зависимостью , отсюда величина осевой нагрузки, необходимой для уменьшения прогиба от Y до Y 1, равна , где P кp - критическая сила. Эту зависимость целесообразно применять при условии, что гибкость заготовки , если c £ 100 то вычисление осевой растягивающей силы следует по формуле . Расчет показал, что для выхода на предел пропорциональности материала (например, нержавеющих сталей) заготовки диаметром 60 мм и длиной 3000 мм и имеющейs02=200 Н/мм2, необходимо приложить осевые усилия в пределах 6×105 Н. Следовательно, процесс осевой деформации, кроме перечисленных выше недостатков, имеет и еще один – требуется мощный силовой привод. В предлагаемых способах используется физика самого процесса термообработки, когда осевая деформация заготовки, осуществляется за счет подбора коэффициентов термического расширения изделия и стапеля, а также их длин (заготовка помещается в стапель и закрепляется по концам на торцах стапеля (рис.3.3, а). Разность удлинения заготовки и стапеля рассчитывается по уравнению
. (3.2)
Анализ подобных зависимостей показывает, что с ростом температуры нагрева разность удлинения возрастает нелинейно. Для стабилизации геометрии изделия необходимо при термообработке в стапеле создавать суммарное удлинение не менее 1%его длины.
При нагреве заготовка удлиняется на величину
D l S = (D l нк + D l Т + D l 0,2 + D l e) l y. (3.3)
Здесь D l нк, D l Т, D l 02, D l e - удлинения, вызванные начальной кривизной, различием коэффициентов термического расширения материалов, условным пределом пропорциональности при Т° = 20°С, относительным удлинением детали; - коэффициент, учитывающий сжатие стапеля. Расчет зависимостей (3.3) показывает, что с ростом температуры нагрева осевая деформация заготовки растет нелинейно и составляет не более 1%.
В предлагаемом решении пластическая деформация вала происходит при нагревании с заданной скоростью, согласно технологии термообработки, причем стапель удлиняется больше изделия пропорционально разности коэффициентов линейного расширения, а при охлаждении стапеля его скорость остывания в 1,5…2,3 раза меньше скорости охлаждения вала, последнее позволяет стабилизировать осевую нагрузку в начале охлаждения и плавно провести разгрузку, т.е. обеспечить совместность других деформаций при разгрузке. Для решения расчета тепловых процессов не обходило решить задачу нестационарной теплопроводности - это значит зависимость изменения температуры и количества переданного тепла во времени для любой точки тела. Дифференциальное уравнение теплопроводности для твердых тел:
. (3.4)
Для аналитического решения этого уравнения необходимо задание краевых условий: 1) начальное распределение температуры в теле; 2) действие на поверхности окружающей среды, что может быть задано тремя способами; а) задание температуры поверхности; б) задается количество тепла, проходящего через поверхность. Тогда согласно закона Ньютона:
где dQ - количество тепла; Т с, Т ж - температура стенки и жидкости; dF - единица поверхности; g - коэффициент температуропроводности.
Результатом решения уравнения (3.4) является функция, которая должна одновременно удовлетворять этому уравнению и краевым условиям. Искомая функция зависит от большого числа параметров, которые можно сгруппировать в два безразмерных комплекса, критерий Био: , критерий Фуръев , здесь jТ - коэффициент теплопроводности; d - толщина стенки стапеля; t - время охлаждения; gП - коэффициент теплоотдачи.
На основании второй теоремы подобия искомая функция в виде безразмерной температуры , в различных сходственных точках может быть представлена как .
Вал можно представить бесконечно длинным цилиндром с радиусом R, тогда дифференциальное уравнение теплопроводности имеет вид
. (3.5)
Граничное условие: при .
Начальное условие: при .
На графике зависимости (рис.3.3, б) показан характер зависимостей деформаций стапеля и вала при охлаждении, здесь eост деформация, которую имеет заготовка деформируется на величину eпл(рис.3.4, б) в случае наличия разности коэффициентов линейного расширения. Эти коэффициенты термического расширения изделия и стапеля одинаковы, то осевая деформация может (согласно расчетов) быть обеспечена за счет разности длин вала и стапеля или подборов скоростей охлаждения последних (рис.3.4, a).
Осевые растягивающие напряжения при термообработке оцениваются по зависимости
,
где D Т - разность температуры вала и стапеля при охлаждении; - истинная разность коэффициентов термического расширения.
Если при закалке изделия (вала) в продольном направлении вал ступенчатый, то условия равенства рабочих напряжений на всех ступенях заготовки определяется из уравнения
. (3.6)
Здесь , , , - площадь поперечных сечений изделия и стапеля в n и n - 1 ступенях.
На первом этапе охлаждения вала в стапеле, т.е. когда разность температур вала и стапеля максимальна, величина малых остаточных деформаций вала (изделия) представляет собой сумму упругой ey, пластической eпли температурой деформации eТ:
, (3.7)
здесь . При разработанной технологии термообработки с приложением осевых деформаций, остаточные напряжения оставшиеся от предыдущих операции полностью уничтожаются, независимо от свойств материала. Однако при охлаждении растянутого вала, закрепленного в стапеле, возникают новые остаточные напряжения - равномерно расположенные по сечению заготовки. Уровень остаточных напряжений определяется зависимостью
.
При охлаждении наружная поверхность вала остывает быстрее, чем внутренняя и напряжения в высших слоях будут противоположны напряжениям во внутренней области изделия. При полном охлаждении знаки напряжений поменяются, но главное достоинство предлагаемого технологического приема заключается в том, что во внешних слоях напряжения будут одного знака, последнее исключает коробление.
Дальнейшая обработка, при равномерном снятии металла относительно оси вала, также не приведет к короблению последнего. Рассмотренные в этом параграфе аналитические зависимости справедливы, если считать процессы линейными. Нелинейность, т.е. пластические деформации при закалке с осевой деформацией не превышает 1%, что позволяет аппроксимировать указанную нелинейность с достаточной для практики точностью.
Процесс закалки является началом технологии термообработки, следовательно, процессы релаксации и других последствий в данном параграфе не рассматриваются.
Дата добавления: 2015-01-18 | Просмотры: 970 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|