АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

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 1^Ш 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 37,8^СС. 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 (s_0,2 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 деформацииe_р (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 j_Т - коэффициент теплопроводности; d - тол­щина стенки стапеля; t - время охлаждения; g_П - 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 e_ост деформация, которую имеет заготовка деформируется на величину e_пл(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 e_y, пластической e_пли температурой дефор­мации e_Т:

, (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: 968 | Нарушение авторских прав